太阳能烟囱：可行的能源解决方案还是大量的热空气？

太阳能烟囱：可行的能源解决方案还是大量的热空气？

时间戳记：15年2024月10日，凌晨00:XNUMX
源节点： 3062574

我们认为我们产生的电力来自所有这些不同种类的来源。石油、天然气、煤炭、核能、风能……种类繁多！然而，它们从根本上都归结为使气体通过涡轮机，以实际旋转发电机并产生一些果汁。甚至一些太阳能发电厂也以这种方式工作，利用太阳的能量将水加热成蒸汽，以旋转一些叶片并保持灯亮着。

太阳能上升气流塔也遵循这些基本原理，但采用了相当独特的配置。自工业时代到来以来，人类还没有开始建造大量的大烟囱，如果这项技术有意义，我们可能会再次出现。让我们看看它是如何运作的，以及它是否值得所有的咆哮，或者它是否只是一堆空话。

你让我旋转起来，宝贝，旋转起来

太阳能上升气流塔的基本概念。信用： Cryonic07，Kilohn limahn。抄送-SA 3.0

太阳能上升气流塔的概念相对容易理解。这个想法是围绕一个高大的垂直烟囱创建一个大型温室式结构。当太阳能穿过温室的玻璃时，它会加热内部的空气以及地板和其他内容。由于温室大体上没有完全向大气开放，热量不易通过对流散失，因此温室内的空气往往会比环境温度更热。也就是说，除了烟囱。随着温室下的空气变暖，它的密度变得越来越小，因此由于浮力，它希望向上移动，而唯一的出路就是通过烟囱。因此，可以在烟囱底部安装涡轮机，以在空气向上和离开塔时捕获空气中的能量。

除了简单的发电之外，太阳能上升气流塔还提供了一些能量存储的潜力，就像水力发电大坝一样。太阳可以用来加热温室下的空气，但空气不必立即通过烟囱。在通过涡轮机并向上到达烟囱之前，它可以存储一段时间。一些概念建议通过在温室下方添加大型水箱作为散热器来进一步提高存储能力。然而，像所有热存储一样，它是有时间限制的，因为当太阳落山和环境温度下降时，温室中的空气开始损失能量。

简单的工程告诉我们，潜在的功率输出主要取决于需要多少热空气来转动涡轮机，以及可以让它移动多少。因此，更大的温室集热面积将具有更大的电力潜力。较高的烟囱也是如此，这将在地面的热空气和顶部较冷的环境空气之间产生更大的压力差。正如你可能想象的那样，空气中并没有大量的能量刚刚被压缩。 暖和了一点 由太阳。因此，为了获得显着的产量，您需要一个巨大的收集器和一个巨大的烟囱。如果您想知道规模，您可能需要考虑数百米高的烟囱和以平方公里为单位的温室。

作为指导， 西澳大利亚州的一个拟议项目 承诺发电200兆瓦。权衡？它包括一座高1公里的塔楼和一个直径10公里的集热器，耗资1.67亿美元建造。这一想法背后的工程团队 Schlaich Bergermann 和 Partner 指出，太阳能上升气流塔只有在如此大规模的情况下才有意义。较小的安装与光伏太阳能电池板相比没有成本竞争力，但较大的安装可以。大型设施产生的电力足以抵消巨额的建设成本，并且持续的维护成本低廉，因为它实际上只涉及保持涡轮机和发电机的正常运行。例如，没有脏面板需要清洁。

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西班牙建造的太阳能上升气流塔项目致力于做到这一点：你需要把烟囱建得高才能充分利用它。越高越好！图片来源：Widakora，CC BY-SA 3.0

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西班牙建造的太阳能上升气流塔项目致力于做到这一点：你需要把烟囱建得高才能充分利用它。越高越好！图片来源：Widakora，CC BY-SA 3.0

总的来说，太阳能上升气流塔在很大程度上仍处于概念阶段，很少有实际项目建成。实际太阳能上升气流塔的最佳例子是 在曼萨纳雷斯建立的小规模项目，1982 年位于西班牙马德里南部的一个地点。它的建造功率为 50 kW，预计仅运行 3 年。它最终运行了 7 年，然后于 1989 年因暴风和支撑 194 米塔楼的拉索腐蚀而倒塌。烟囱与直径 244 米的收集器配对，使用玻璃和塑料膜的组合来创建温室。

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曼萨纳雷斯塔是一座宏伟的建筑，这张照片是从其收藏家的聚酯屋顶下拍摄的。

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曼萨纳雷斯塔是一座宏伟的建筑，这张照片是从其收藏家的聚酯屋顶下拍摄的。信用： 维达科拉 CC BY-SA 3.0， 

最近，其他试点项目也尝试了该技术。博茨瓦纳的研究人员使用直径 22 米的小型收集器试验了高度仅 15 米的小规模建筑。此后，该国转而寻求光伏和聚光太阳能概念。

中国的努力取得了一些进展，但幅度不大。在金沙湾，耗资200亿美元的项目在沙漠土地上建造了一座太阳能塔 早在2010。它将太阳能上升气流发电与特殊的空气入口门结合起来，使其还可以从盛行风中获取能量。宏伟的计划是分多个阶段扩建，最终发电 27.5 兆瓦，但从未实现这一目标。它的功率仅为 200 千瓦，并且受到温室收集器中玻璃面板破碎的困扰。它原本应该有一个200米高的烟囱，但附近的机场意味着它只能建到50米。这极大地限制了可用于帮助利用热空气发电的压差。该项目继续进行 几年来，但印象并不深。

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通过卫星视图可以在谷歌地图上看到中国的太阳能上升塔。

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通过卫星视图可以在谷歌地图上看到中国的太阳能上升塔。

可以肯定的是，太阳能上升气流塔是一个有趣的概念。它们依赖于简单的物理原理并且易于理解。然而，为了产生有意义的电力，它们需要大片土地和令人难以置信的高塔。它们带来了大量的挑战，其中许多挑战只是与建筑和土地使用相关，并且伴随着许多未知因素。

相比之下，我们现在已经学会了如何将太阳能电池板粘贴在每个备用的平坦表面上，并且能够产生 通过该路线产生大量电力。哎呀，他们甚至 现在把它们粘在水上。 当有更容易的路线可走时，很少有政府或企业愿意接受涉及大规模建设的天上掉馅饼的发电项目。看来技术已经远远超过了太阳能上升烟囱可能可行的程度，但谁知道呢！也许有一天，一个拥有大量资金并且对大型项目感兴趣的人可能会再次使一个梦想成为现实。

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