Torre de pujada solar (central d'energia solar aerodinàmica)
Torre solar ascendent — un dels tipus de centrals solars. L'aire s'escalfa en un col·lector solar enorme (semblant a un hivernacle), puja i surt per una torre de xemeneia alta. L'aire en moviment impulsa les turbines per generar electricitat. La planta pilot va funcionar a Espanya als anys vuitanta.
El sol i el vent són dues fonts d'energia inesgotables. Es poden veure obligats a treballar en el mateix equip? El primer a respondre aquesta pregunta va ser... Leonardo da Vinci. Ja al segle XVI, va dissenyar un dispositiu mecànic accionat per un molí de vent en miniatura. Les seves pales giren en un corrent d'aire ascendent escalfat pel sol.
Experts espanyols i alemanys van triar la plana manxeca a la part sud-est de l'altiplà de Castella Nova com a lloc per dur a terme un experiment únic. Com no recordar que va ser aquí on va lluitar contra els molins de vent el valent cavaller Don Quixot, protagonista de la novel·la de Miguel de Cervantes, un altre creador destacat del Renaixement.
El 1903El coronel espanyol Isidoro Cabañez va publicar un projecte per a una torre solar. Entre 1978 i 1981, aquestes patents es van emetre als EUA, Canadà, Austràlia i Israel.
L'any 1982 prop d'un poble espanyol Manzanares Va ser construït i provat a 150 km al sud de Madrid model de demostració d'una central eòlica solar, que va realitzar una de les moltes idees d'enginyeria de Leonardo.
La instal·lació conté tres blocs principals: una canonada vertical (torre, xemeneia), un col·lector solar situat al voltant de la seva base i un generador de turbina especial.
El principi de funcionament d'una turbina eòlica solar és extremadament senzill. El col·lector, el paper del qual es realitza mitjançant una superposició feta d'una pel·lícula de polímer, per exemple, un hivernacle, transmet bé la radiació solar.
Al mateix temps, la pel·lícula és opaca als raigs infrarojos emesos per la superfície de la terra escalfada que hi ha sota. Com a resultat, com en qualsevol hivernacle, hi ha un efecte hivernacle. Al mateix temps, la part principal de l'energia de la radiació solar roman sota el col·lector, escalfant la capa d'aire entre el terra i el terra.
L'aire del col·lector té una temperatura significativament més alta que l'atmosfera circumdant. Com a resultat, es genera una potent corrent ascendent a la torre que, com en el cas del molí de vent Leonardo, fa girar les pales del generador de turbina.
Esquema d'una central eòlica solar
L'eficiència energètica d'una torre solar depèn indirectament de dos factors: la mida del col·lector i l'alçada de la pila. Amb un gran col·lector, s'escalfa un volum d'aire més gran, la qual cosa provoca una major velocitat del seu flux per la xemeneia.
La instal·lació a la població de Manzanares és una estructura molt impressionant.L'alçada de la torre és de 200 m, el diàmetre és de 10 m i el diàmetre del col·lector solar és de 250 m. La seva potència de disseny és de 50 kW.
L'objectiu d'aquest projecte de recerca va ser realitzar mesures de camp, per determinar les característiques de la instal·lació en condicions reals d'enginyeria i meteorològics.
Les proves d'instal·lació van tenir èxit. La precisió dels càlculs, l'eficiència i fiabilitat dels blocs, la senzillesa del control del procés tecnològic s'han confirmat experimentalment.
Es va treure una altra conclusió important: ja amb una capacitat de 50 MW, una central eòlica solar es torna força rendible. Això és encara més important perquè el cost de l'electricitat generada per altres tipus de centrals solars (torres, fotovoltaiques) encara és de 10 a 100 vegades superior al de les centrals tèrmiques.
Aquesta central elèctrica de Manzanares va funcionar satisfactòriament durant uns 8 anys i va ser destruïda per un huracà l'any 1989.
Estructures planificades
Central elèctrica «Ciudad Real Torre Solar» a Ciudad Real a Espanya. La construcció prevista té una superfície de 350 hectàrees, que en combinació amb una xemeneia de 750 metres d'alçada generarà 40 MW de potència de sortida.
Torre solar de Burong. A principis de 2005, EnviroMission i SolarMission Technologies Inc. va començar a recollir dades meteorològiques a Nova Gal·les del Sud, Austràlia, per intentar construir una planta d'energia solar totalment operativa l'any 2008. La potència elèctrica màxima que podia desenvolupar aquest projecte era de fins a 200 MW.
A causa de la manca de suport de les autoritats australianes, EnviroMission va abandonar aquests plans i va decidir construir una torre a Arizona, EUA.
La torre solar prevista inicialment havia de tenir una alçada d'1 km, un diàmetre de base de 7 km i una superfície de 38 km2. D'aquesta manera, la torre solar extreu al voltant del 0,5% de l'energia solar (1 kW). / m2) que s'irradia a tancat.
A un nivell més alt del conducte de fum es produeix una major caiguda de pressió, provocada per l'anomenat efecte xemeneia, que al seu torn provoca una major velocitat de l'aire que passa.
Augmentar l'alçada de la pila i la superfície del col·lector augmentarà el flux d'aire a través de les turbines i, per tant, la quantitat d'energia produïda.
La calor es pot acumular sota la superfície del col·lector, on s'utilitzarà per alimentar la torre del sol dissipant la calor a l'aire fresc, obligant-la a circular a la nit.
L'aigua, que té una capacitat calorífica relativament elevada, pot omplir les canonades situades sota el col·lector, augmentant la quantitat d'energia retornada si cal.
Els aerogeneradors es poden muntar horitzontalment en una connexió de col·lector a torre, de manera similar als plànols de la torre australiana. En un prototip que funciona a Espanya, l'eix de la turbina coincideix amb l'eix de la xemeneia.
Fantasia o realitat
Així doncs, la instal·lació aerodinàmica solar combina els processos de conversió de l'energia solar en energia eòlica, i aquesta última en electricitat.
Al mateix temps, com mostren els càlculs, és possible concentrar l'energia de la radiació solar d'una gran àrea de la superfície terrestre i obtenir gran energia elèctrica en instal·lacions individuals sense utilitzar tecnologies d'alta temperatura.
El sobreescalfament de l'aire del col·lector és de només unes desenes de graus, cosa que distingeix fonamentalment la planta d'energia eòlica solar de les centrals tèrmiques, nuclears i fins i tot de torres solars.
Els avantatges indiscutibles de les instal·lacions solars-eòliques inclouen el fet que, encara que s'implementen a gran escala, no tindran un impacte nociu sobre el medi ambient.
Però la creació d'una font d'energia tan exòtica està associada a una sèrie de problemes d'enginyeria complexos. N'hi ha prou amb dir que només el diàmetre de la torre hauria de ser de centenars de metres, l'alçada, al voltant d'un quilòmetre, l'àrea del col·lector solar, desenes de quilòmetres quadrats.
És evident que com més intensa és la radiació solar, més potència desenvolupa la instal·lació. Segons els experts, el més rendible és construir centrals eòliques solars en zones situades entre els 30 ° de latitud nord i els 30 ° de latitud sud en terrenys poc aptes per a altres finalitats. Les opcions per utilitzar el relleu muntanyós criden l'atenció. Això reduirà dràsticament els costos de construcció.
Tanmateix, sorgeix un altre problema, fins a cert punt característic de qualsevol central solar, però adquireix una especial urgència a l'hora de crear grans instal·lacions aerodinàmiques solars. Molt sovint, les àrees prometedores per a la seva construcció estan lluny dels consumidors intensius energètics. A més, com ja sabeu, l'energia solar arriba a la Terra de manera irregular.
Les torres solars petites (de baixa potència) poden ser una alternativa interessant per generar energia per als països en desenvolupament, ja que la seva construcció no requereix materials i equipaments cars ni personal altament qualificat durant el funcionament de l'estructura.
A més, la construcció d'una torre solar requereix una gran inversió inicial, que al seu torn es compensa amb els baixos costos de manteniment aconseguits per l'absència de costos de combustible.
Un altre desavantatge, però, és la menor eficiència de conversió d'energia solar que, p a les estructures miralls de les centrals solars… Això es deu a la major superfície ocupada pel col·lector i als majors costos de construcció.
Es preveu que la torre solar requereixi molt menys emmagatzematge d'energia que els parcs eòlics o les centrals solars tradicionals.
Això es deu a l'acumulació d'energia tèrmica que es pot alliberar a la nit, que permetrà que la torre funcioni les 24 hores del dia, que no poden garantir els parcs eòlics o les cèl·lules fotovoltaiques, per a la qual cosa el sistema energètic ha de disposar de reserves energètiques en forma de les centrals elèctriques tradicionals.
Aquest fet determina la necessitat de crear unitats d'emmagatzematge d'energia conjuntament amb aquestes instal·lacions. La ciència encara no coneix un millor soci per a aquests propòsits que l'hidrogen. És per això que els experts consideren més convenient utilitzar l'electricitat generada per la instal·lació específicament per a la producció d'hidrogen. En aquest cas, la central eòlica solar es converteix en un dels components principals de la futura energia d'hidrogen.
Així, ja l'any que ve, s'implementarà a Austràlia el primer projecte d'emmagatzematge d'energia d'hidrogen sòlid a escala comercial del món. L'excés d'energia solar es convertirà en hidrogen sòlid anomenat borohidrur de sodi (NaBH4).
Aquest material sòlid no tòxic pot absorbir hidrogen com una esponja, emmagatzemar el gas fins que sigui necessari i després alliberar hidrogen amb calor. L'hidrogen alliberat passa a través d'una pila de combustible per generar electricitat. Aquest sistema permet emmagatzemar l'hidrogen de manera econòmica a alta densitat i baixa pressió sense necessitat de compressió o liqüefacció que consumeixin energia.
En general, la investigació i els experiments permeten qüestionar seriosament el lloc de les centrals eòliques solars a la gran indústria energètica en un futur proper.