ปล่องไฟพลังงานแสงอาทิตย์: ทางออกด้านพลังงานที่ใช้ได้หรืออากาศร้อนจัด?

เราคิดว่าพลังที่เราสร้างขึ้นนั้นมาจากแหล่งที่มาประเภทต่างๆ เหล่านี้ น้ำมัน ก๊าซ ถ่านหิน นิวเคลียร์ ลม… หลากหลายมาก! แต่โดยพื้นฐานแล้วพวกมันทั้งหมดลงมาเพื่อเคลื่อนก๊าซผ่านกังหัน เพื่อหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและผลิตน้ำผลไม้ แม้แต่โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บางแห่งก็ทำงานในลักษณะนี้ โดยใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์เพื่อทำให้น้ำร้อนกลายเป็นไอน้ำเพื่อหมุนใบพัดและเปิดไฟไว้

หอคอยกระแสลมพลังงานแสงอาทิตย์ทำงานตามหลักการพื้นฐานเหล่านี้เช่นกัน แต่มีรูปแบบที่ค่อนข้างเป็นเอกลักษณ์ ไม่ใช่ตั้งแต่รุ่งอรุณของยุคอุตสาหกรรมที่มนุษยชาติไปรอบๆ สร้างปล่องไฟขนาดใหญ่จำนวนมาก และหากเทคโนโลยีนี้สมเหตุสมผล เราก็อาจต้องกลับมาอีกครั้ง เรามาดูกันว่ามันทำงานอย่างไร และคุ้มค่ากับการระเบิดครั้งใหญ่ หรือเป็นแค่ลมร้อนเท่านั้น

คุณหมุนฉันขึ้นไปนะที่รัก ลุกขึ้นมา

แนวคิดของหอกระแสลมพลังงานแสงอาทิตย์นั้นค่อนข้างเข้าใจง่าย แนวคิดคือการสร้างโครงสร้างเรือนกระจกขนาดใหญ่ล้อมรอบปล่องไฟแนวตั้งสูง เมื่อพลังงานแสงอาทิตย์ไหลผ่านกระจกเรือนกระจก อากาศภายใน พื้น และเนื้อหาอื่นๆ จะร้อนขึ้น เนื่องจากโดยทั่วไปแล้ว เรือนกระจกไม่ได้เปิดออกสู่ชั้นบรรยากาศโดยสมบูรณ์ ความร้อนจึงไม่สามารถผ่านไปได้อย่างง่ายดายด้วยการพาความร้อน ดังนั้นอากาศภายในจึงมีแนวโน้มที่จะร้อนกว่าอุณหภูมิโดยรอบ นั่นคือยกเว้นปล่องไฟ เมื่ออากาศใต้เรือนกระจกอุ่นขึ้น ความหนาแน่นก็จะน้อยลง และด้วยแรงพยุงตัว มันจึงปรารถนาที่จะเคลื่อนขึ้นไปด้านบน และทางออกเดียวคือผ่านทางปล่องไฟ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะติดตั้งกังหันไว้ที่ฐานของปล่องไฟเพื่อจับพลังงานจากอากาศนี้ขณะเคลื่อนที่ขึ้นและออกจากหอคอย

นอกเหนือจากการผลิตพลังงานไฟฟ้าแบบธรรมดาแล้ว หอคอยกระแสน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ยังมีศักยภาพในการกักเก็บพลังงาน เช่นเดียวกับเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำ ดวงอาทิตย์สามารถใช้เพื่อให้ความร้อนกับอากาศใต้เรือนกระจกได้ แต่ไม่จำเป็นต้องปล่อยให้อากาศผ่านปล่องไฟทันที สามารถเก็บไว้ได้ระยะหนึ่งก่อนจะผ่านกังหันและขึ้นปล่อง แนวคิดบางประการเสนอให้ปรับปรุงความสามารถในการจัดเก็บเพิ่มเติมโดยการเพิ่มถังเก็บน้ำขนาดใหญ่เป็นอ่างระบายความร้อนใต้เรือนกระจก อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับการเก็บความร้อนอื่นๆ มีเวลาจำกัด เนื่องจากอากาศในเรือนกระจกเริ่มสูญเสียพลังงานเมื่อพระอาทิตย์ตกดินและอุณหภูมิโดยรอบลดลง

วิศวกรรมอย่างง่ายบอกเราว่ากำลังไฟฟ้าที่เป็นไปได้นั้นขึ้นอยู่กับปริมาณอากาศอุ่นที่คุณต้องหมุนกังหันเป็นหลัก และปริมาณที่คุณสามารถทำให้กังหันเคลื่อนที่ได้ ดังนั้นพื้นที่เก็บเรือนกระจกที่ใหญ่ขึ้นจะมีศักยภาพด้านพลังงานมากขึ้น ปล่องไฟก็จะสูงขึ้นเช่นกัน ซึ่งจะสร้างความแตกต่างของแรงดันที่มากขึ้นระหว่างอากาศร้อนที่ระดับพื้นดินกับอากาศโดยรอบที่เย็นกว่าที่ด้านบน ดังที่คุณอาจจินตนาการได้ว่า ไม่มีพลังงานจำนวนมากบรรจุอยู่ในอากาศที่เพิ่งเกิดขึ้น อุ่นเครื่องหน่อย โดยดวงอาทิตย์ ดังนั้นเพื่อให้ได้ผลผลิตจำนวนมาก คุณจะต้องมีเครื่องสะสมขนาดใหญ่และปล่องไฟขนาดใหญ่ หากคุณสงสัยเกี่ยวกับขนาด คุณอาจพิจารณาปล่องไฟที่มีความสูงหลายร้อยเมตร และเรือนกระจกที่มีหน่วยเป็นตารางกิโลเมตร

เพื่อเป็นแนวทาง โครงการหนึ่งที่เสนอในรัฐเวสเทิร์นออสเตรเลีย สัญญาว่าจะผลิตไฟฟ้าได้ 200 เมกะวัตต์ การแลกเปลี่ยน? มันเกี่ยวข้องกับหอคอยสูง 1 กม. และนักสะสมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 กม. ซึ่งสร้างขึ้นด้วยราคา 1.67 พันล้านดอลลาร์ ทีมวิศวกรที่อยู่เบื้องหลังแนวคิดนี้ Schlaich Bergermann และ Partner ตั้งข้อสังเกตว่าหอคอยกระแสลมพลังงานแสงอาทิตย์จะสมเหตุสมผลเฉพาะในระดับขนาดใหญ่เหล่านี้เท่านั้น การติดตั้งที่มีขนาดเล็กไม่สามารถแข่งขันกับแผงโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์ได้ แต่การติดตั้งที่ใหญ่กว่านั้นสามารถทำได้ โรงงานขนาดใหญ่ให้พลังงานเพียงพอเพื่อชดเชยต้นทุนการก่อสร้างจำนวนมาก และการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่องก็มีราคาถูก เนื่องจากจริงๆ แล้วเกี่ยวข้องกับการดูแลรักษากังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้ทำงานอยู่เสมอ ไม่มีแผงสกปรกให้ทำความสะอาด เป็นต้น

โดยทั่วไปแล้ว หอคอยกระแสลมพลังงานแสงอาทิตย์ยังคงเป็นแนวคิดส่วนใหญ่ โดยมีโครงการที่สร้างขึ้นในโลกแห่งความเป็นจริงเพียงไม่กี่โครงการ ตัวอย่างที่ดีที่สุดของหอคอยกระแสน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ที่เกิดขึ้นจริงคือ ความพยายามขนาดเล็กที่สร้างขึ้นใน Manzanaresซึ่งเป็นสถานที่ทางตอนใต้ของกรุงมาดริด ประเทศสเปน ในปี พ.ศ. 1982 สร้างขึ้นเพื่อผลิตไฟฟ้า 50 กิโลวัตต์ และตั้งใจจะเปิดดำเนินการเพียง 3 ปี หอคอยนี้ดำเนินไปเป็นเวลา 7 ปีในท้ายที่สุด ก่อนที่จะพังทลายลงในปี 1989 เนื่องจากลมพายุและสายไฟที่สึกกร่อนที่ยึดหอคอยสูง 194 เมตรไว้ ปล่องไฟถูกจับคู่กับตัวสะสมเส้นผ่านศูนย์กลาง 244 เมตร โดยใช้กระจกและเยื่อพลาสติกร่วมกันเพื่อสร้างเรือนกระจก

ล่าสุดมีโครงการนำร่องอื่นๆ ที่ได้ทดลองใช้เทคโนโลยีนี้ นักวิจัยในบอตสวานาทดลองกับอาคารขนาดเล็กที่มีความสูงเพียง 22 เมตร พร้อมด้วยตัวสะสมขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 เมตร ประเทศหันมาสนใจแนวคิดพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้นแทนตั้งแต่นั้นมา

ความพยายามของจีนก้าวหน้าไปเล็กน้อยแต่ไม่มากนัก ใน Jinshawan โครงการมูลค่า 200 ล้านดอลลาร์ มีการก่อสร้างหอพลังงานแสงอาทิตย์บนดินแดนทะเลทราย ย้อนกลับไปใน 2010. โดยผสมผสานการสร้างกระแสลมพลังงานแสงอาทิตย์เข้ากับประตูทางเข้าอากาศแบบพิเศษที่ช่วยให้สามารถจับพลังงานจากลมที่พัดผ่านได้เช่นกัน แผนการใหญ่คือการเห็นการก่อสร้างขยายออกไปหลายระยะเพื่อผลิตไฟฟ้าได้ 27.5 เมกะวัตต์ในที่สุด แต่ก็ไม่เคยทำได้สำเร็จ สามารถผลิตไฟฟ้าได้เพียง 200 กิโลวัตต์ และได้รับผลกระทบจากแผงกระจกที่แตกละเอียดในตัวเก็บเรือนกระจก เดิมทีปล่องไฟนี้ควรจะมีปล่องไฟสูง 200 เมตร แต่สนามบินใกล้เคียงทำให้สามารถสร้างปล่องไฟสูงได้เพียง 50 เมตรเท่านั้น สิ่งนี้จำกัดความแตกต่างของแรงดันที่มีอยู่อย่างมากเพื่อช่วยสร้างพลังงานจากอากาศร้อน โครงการดำเนินต่อไป เป็นเวลาหลายปีแต่ก็สร้างความประทับใจได้ไม่น้อย

หอคอยกระแสลมพลังงานแสงอาทิตย์เป็นแนวคิดที่น่าสนใจอย่างแน่นอน พวกเขาอาศัยฟิสิกส์ที่เรียบง่ายและเข้าใจง่าย อย่างไรก็ตาม เพื่อสร้างพลังที่มีความหมาย พวกมันต้องการที่ดินขนาดมหึมาและหอคอยที่สูงอย่างไม่น่าเชื่อ สิ่งเหล่านี้ก่อให้เกิดความท้าทายมากมาย ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเรื่องของการก่อสร้างและการใช้ประโยชน์ที่ดิน และมาพร้อมกับสิ่งที่ไม่ทราบอีกมากมาย

เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว ตอนนี้เราได้เรียนรู้วิธีติดแผงโซลาร์เซลล์บนพื้นผิวเรียบทุกอันที่ยังเหลืออยู่ และสามารถสร้างมันขึ้นมาได้ พลังงานจำนวนมหาศาลผ่านทางเส้นทางนั้น. เฮ้ พวกเขาเท่ากัน ตอนนี้ติดไว้บนน้ำแล้ว รัฐบาลหรือธุรกิจเพียงไม่กี่แห่งต้องการที่จะยอมรับโครงการผลิตไฟฟ้าแบบพายในท้องฟ้าที่เกี่ยวข้องกับการก่อสร้างขนาดใหญ่เมื่อมีเส้นทางที่ง่ายกว่า ดูเหมือนว่าเทคโนโลยีได้ก้าวผ่านจุดที่ปล่องกระแสลมพลังงานแสงอาทิตย์อาจใช้งานได้แล้ว แต่ใครจะรู้! บางทีสักวันหนึ่ง ผู้ที่มีเงินจำนวนมากและชื่นชอบโครงการเมกะโปรเจ็กต์ อาจจะทำให้โครงการหนึ่งเป็นจริงได้อีกครั้ง

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://hackaday.com/2024/01/15/solar-chimneys-viable-energy-solution-or-a-lot-of-hot-air/