Сонячні димоходи: життєздатне енергетичне рішення чи багато гарячого повітря?

Ми думаємо, що енергія, яку ми генеруємо, надходить із усіх цих різних типів джерел. Нафта, газ, вугілля, атомна енергетика, вітер… такі різноманітні! І все ж усі вони принципово зводяться до переміщення газу через турбіну, щоб фактично розкрутити генератор і виробити трохи соку. Навіть деякі сонячні електростанції працювали таким чином, використовуючи енергію сонця для нагрівання води в пару, щоб обертати деякі лопаті та підтримувати світло.

Сонячна вежа з висхідним потоком теж працює за цими основними принципами, але в досить унікальній конфігурації. З початку індустріальної ери людство не будувало багато великих димових труб, і якщо ця технологія має сенс, ми могли б бути знову. Давайте дізнаємося, як це працює, і чи варте воно всіх балакань, чи це просто згусток гарячого повітря.

You Spin Me Right Up, Baby, Right Up

Концепція сонячної вежі висхідного потоку відносно проста для розуміння. Ідея полягає в тому, щоб створити велику конструкцію тепличного типу, що оточує високий вертикальний димохід. Коли сонячна енергія проходить через скло теплиці, вона нагріває повітря всередині, а також підлогу та інший вміст. Оскільки теплиця, загалом, не повністю відкрита для атмосфери, тепло не може легко відійти шляхом конвекції, і тому повітря всередині має тенденцію ставати гарячішим за температуру навколишнього середовища. Тобто, крім димоходу. По мірі того, як повітря під теплицею стає теплішим, воно стає менш щільним, і, таким чином, завдяки виштовхуючим силам воно хоче подорожувати вгору, і єдиний вихід — через димохід. Таким чином, можна встановити турбіни в основі димоходу, щоб уловлювати енергію з цього повітря, коли воно рухається вгору та з вежі.

Окрім простого виробництва електроенергії, сонячна висхідна вежа також пропонує певний потенціал для зберігання енергії, подібно до греблі гідроелектростанції. Сонце можна використовувати для нагрівання повітря під теплицею, але це повітря не обов’язково пропускати через димохід. Він може зберігатися деякий час, перш ніж пройти через турбіни та піднятися в трубу. Деякі концепції пропонують ще більше покращити можливості зберігання шляхом додавання великих резервуарів для води як теплових раковин під теплицею. Однак, як і будь-яке термічне зберігання, воно обмежене за часом, оскільки повітря в теплиці починає втрачати енергію, коли сонце заходить і температура навколишнього середовища падає.

Просте проектування говорить нам, що потенційна вихідна потужність в першу чергу залежить від того, скільки теплого повітря ви маєте, щоб повернути турбіну, і наскільки ви можете змусити її рухатися. Таким чином, більша площа колектора теплиці матиме більший енергетичний потенціал. Так само буде і вищий димохід, який створить більшу різницю тиску між гарячим повітрям на рівні землі та більш прохолодним навколишнім повітрям угорі. Як ви можете собі уявити, у повітрі не міститься величезна кількість енергії трохи прогрівся сонцем. Таким чином, щоб отримати значну продуктивність, вам потрібен величезний колектор і величезний димохід. Якщо вас цікавить масштаб, ви б хотіли розглянути димарі заввишки багато сотень метрів і теплиці, виміряні в квадратних кілометрах.

Як орієнтир, один запропонований проект у Західній Австралії обіцяли виробляти 200 МВт електроенергії. Компроміс? Він включав вежу заввишки 1 км і колектор діаметром 10 км, вартість будівництва яких склала 1.67 мільярда доларів. Команда інженерів, що стоїть за ідеєю, Schlaich Bergermann and Partner, зазначила, що сонячні вежі з висхідним потоком дійсно мають сенс лише в таких величезних масштабах. Менші установки не є конкурентоспроможними з фотоелектричними сонячними панелями, але більші можуть бути. Великі об’єкти виробляють достатньо електроенергії, щоб компенсувати величезні витрати на будівництво, а поточне технічне обслуговування обходиться дешево, оскільки насправді передбачає лише підтримку турбін і генератора в робочому стані. Наприклад, не потрібно чистити брудні панелі.

Загалом, сонячні висхідні вежі залишаються в основному концептуальними, з невеликою кількістю реальних проектів. Найкращим прикладом фактичної висхідної сонячної вежі була невеликі зусилля, створені в Мансанаресі, розташований на південь від Мадрида, Іспанія, у 1982 році. Він був побудований для потужності 50 кВт і мав працювати лише 3 роки. Зрештою він пропрацював 7 років, перш ніж завалитися в 1989 році через штормовий вітер і корозію дротів, що тримали 194-метрову вежу. Димова труба була з’єднана з колектором діаметром 244 метри з використанням комбінації скляних і пластикових мембран для створення теплиці.

Зовсім недавно інші пілотні проекти експериментували з цією технологією. Дослідники з Ботсвани експериментували з невеликою спорудою заввишки всього 22 метри з невеликим колектором діаметром 15 метрів. Натомість країна звернулася до концепцій фотоелектричної та концентрованої сонячної енергії.

Зусилля Китаю просунулися трохи далі, але не набагато. У Jinshawan проект вартістю 200 мільйонів доларів передбачав будівництво сонячної вежі в пустелі ще в 2010. Він поєднав генерацію висхідного сонячного потоку зі спеціальними дверцятами для входу повітря, які також дозволяли вловлювати енергію від переважаючих вітрів. Великі плани полягали в тому, щоб розширити будівництво в кілька етапів, щоб зрештою виробити 27.5 мегават, але це так і не наблизилося. Він досяг лише 200 кіловат, і його мучили скляні панелі, які розбивалися в колекторі теплиці. Спочатку передбачалося, що димар має 200-метрову висоту, але сусідній аеропорт означав, що його можна було побудувати лише на 50 метрів. Це значно обмежувало перепад тиску, доступний для вироблення електроенергії з нагрітого повітря. Проект продовжувався протягом декількох років, але справив незначне враження.

Сонячні висхідні вежі, безперечно, є цікавою концепцією. Вони базуються на простій фізиці та їх легко зрозуміти. Однак, щоб отримати значну силу, їм потрібні величезні ділянки землі та неймовірно високі вежі. Вони створюють велику кількість проблем, багато з яких пов’язані просто з будівництвом і землекористуванням, і мають багато невідомих.

Для порівняння, тепер ми навчилися приклеювати сонячні батареї на кожну пласку поверхню, яка є запасною, і можемо генерувати величезна кількість енергії через цей маршрут. Чорт, вони рівні наклеївши їх на воду. Небагато урядів чи компаній захочуть прийняти масштабний проект виробництва електроенергії, який передбачає будівництво у великих масштабах, коли є простіші шляхи. Здається, технологія вже далеко переступила межу, коли сонячні димові труби можуть бути життєздатними, але хто знає! Можливо, одного разу хтось із великими грошима та смаком до мегапроектів знову втілить їх у реальність.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://hackaday.com/2024/01/15/solar-chimneys-viable-energy-solution-or-a-lot-of-hot-air/