Войти
Схематическое изображение восходящей солнечной башни Солнечная восходящая башня (SUT) - это конструкция концепция возобновляемой энергии электростанции для выработки электроэнергии из низкотемпературного солнечного тепла. Солнечный свет нагревает воздух под очень широкой крытой коллекторной конструкцией, напоминающей оранжерею, окружающей центральное основание очень высокой дымоходной башни. Результирующая конвекция вызывает восходящий поток горячего воздуха в градирне за счет эффекта дымохода. Этот воздушный поток приводит в движение ветряные турбины, размещенные в восходящем потоке дымохода или вокруг основания дымохода, для производства электроэнергии.
. По состоянию на середину 2018 года, хотя было построено несколько прототипов моделей, полномасштабная реализация невозможна единицы находятся в эксплуатации. Планируется, что увеличенные версии демонстрационных моделей будут генерировать значительную мощность. Они также могут позволить разработку других приложений, таких как сельское хозяйство или садоводство, добыча или дистилляция воды или уменьшение загрязнения городского воздуха.
Коммерческие инвестиции могли сдерживаться высокой первоначальной стоимостью строительства очень большого новаторского сооружения, требуемой большой земельной площадью и риском инвестиций. Недавно было построено несколько прототипов, и предлагаются проекты для некоторых частей Африки, США и Австралии.
В 2014 году National Geographic опубликовал популярное обновление, в том числе интервью с информированным сторонником разработки. Солнечная электростанция с восходящим потоком может вырабатывать электричество за счет градиента тепла в атмосфере низкой температуры между уровнем земли или поверхности и структурно достижимой высотой. Функциональная или механическая осуществимость сейчас не столь важна, как капитализация.
Доступен всесторонний обзор теоретических и экспериментальных аспектов разработки солнечной восходящей градирни (СУТЭС), рекомендующий коммерческую разработку.
Выходная мощность в основном зависит от двух факторов: площади коллектора и высоты дымохода. Большая площадь собирает и нагревает больший объем воздуха, поднимающегося вверх по дымоходу; обсуждались области коллектора размером до 7 км (4,3 мили) в диаметре. Чем больше высота дымохода, тем выше перепад давления из-за эффекта дымовой трубы ; обсуждались дымоходы высотой до 1000 метров (3281 фут).
Тепло накапливается внутри области коллектора, что позволяет ТРИ работать 24 часа в сутки. Земля под солнечным коллектором, вода в мешках или трубках или теплоотвод для соленой воды в коллекторе могут увеличить теплоемкость и инерцию коллектора. Влажность восходящего потока и конденсация в дымоходе могут увеличить поток энергии в системе.
Турбины с горизонтальной осью могут быть установлены в кольцо вокруг основания башни, как это когда-то планировалось для австралийского проекта и видно на диаграмме выше; или - как в прототипе в Испании - внутри дымохода может быть установлена турбина с одной вертикальной осью.
Практически незначительное количество двуокиси углерода производится в ходе производственной деятельности, в то время как производство строительных материалов может создавать выбросы. Чистая окупаемость энергии оценивается в 2–3 года.
Поскольку солнечные коллекторы занимают значительные площади земли, пустыни и другие участки с низкой стоимостью наиболее вероятны. Повышение эффективности сбора солнечного тепла за счет использования неглазурованного прозрачного коллектора может значительно уменьшить площадь земли, необходимую для солнечной батареи.
Небольшая солнечная восходящая башня может быть привлекательным вариантом для удаленных регионов развивающихся стран. Относительно низкотехнологичный подход может позволить использовать местные ресурсы и рабочую силу для строительства и обслуживания.
Размещение вышки в высоких широтах может дать до 85 процентов продукции аналогичной установки, расположенной ближе к экватору, если зона сбора значительно наклонена к экватору. Наклонное коллекторное поле, которое также выполняет функцию дымохода, построено на подходящих горных склонах с коротким вертикальным дымоходом на вершине горы для размещения воздушной турбины с вертикальной осью. Результаты показали, что солнечные дымоходные электростанции в высоких широтах могут иметь удовлетворительные тепловые характеристики.
Дымовой домкрат из «Трактата о механике» (1826 г.) дымоходная турбина задумывалась как дымовая труба и проиллюстрирована 500 лет назад Леонардо да Винчи. Животное, плюнутое над огнем или в печи, могло быть повернуто турбиной с вертикальной осью и четырьмя наклонными лопастями в восходящем потоке дымохода.
В 1896 году г-н Альфред Рослинг Беннетт опубликовал первый патент, описывающий «Конвекционную мельницу». Даже если в названии патента и в формуле изобретения явно присутствует слово «игрушка», и даже если в общем описании, сделанном внутри патента, очевидно, что идея заключалась в создании небольших устройств, на стр. 3 в строках 49-54 Беннетт предлагает гораздо более крупные устройства для более крупных приложений. Модель этой «конвекционной мельницы», построенной в 1919 году компанией Albert H. Holmes Son (Лондон) для демонстрации явления конвекционных потоков, выставлена в Музее науки в Лондоне.
В 1903 году Исидоро Кабаньес полковник испанской армии предложил в журнале La energía eléctrica солнечную дымоходную электростанцию. Другое раннее описание было опубликовано в 1931 году немецким автором Хансом Гюнтером. Начиная с 1975 года Роберт Э. Люсьер подал заявку на получение патента на электрогенератор с солнечным дымоходом; между 1978 и 1981 годами патенты (с истекшим сроком действия) были выданы в Австралии, Канаде, Израиле и США.
В 1926 году профессор инженер Бернар Дубос предложил Французской академии наук строительство солнечной аэроэлектрической электростанции. Завод в Северной Африке со своим солнечным дымоходом на склоне большой горы. Башня с восходящим потоком воздуха на склоне горы может также функционировать как вертикальная теплица.
Солнечная труба Мансанареса, просматриваемая через крышу коллектора из полиэстера В 1982 г. в Мансанаресе, Сьюдад была построена небольшая экспериментальная модель градирни на солнечной энергии. Реал, 150 км к югу от Мадрид, Испания, 39 ° 02′34,45 ″ с.ш., 3 ° 15′12,21 ″ з.д. / 39,0429028 ° с.ш., 3,2533917 ° з.д. / 39,0429028; -3.2533917 (Мансанаресская солнечная башня обновления). Электростанция проработала около восьми лет. Оттяжки башни не были защищены от коррозии и вышли из строя из-за ржавчины и штормовых ветров. Башня взорвалась и была выведена из эксплуатации в 1989 году.
SUT, как видно из Ла-Соланы Для оценки их характеристик использовались недорогие материалы. Солнечная башня была построена из железа толщиной всего 1,25 мм (0,049 дюйма) под руководством немецкого инженера Йорга Шлайха. Проект финансировался правительством Германии.
Дымоход имел высоту 195 метров (640 футов) и диаметр 10 метров (33 фута) с площадью сбора (теплицы) 46 гектаров (110 акров).) и диаметром 244 метра (801 фут), что дает максимальную выходную мощность около 50 кВт. Для испытаний использовались различные материалы, такие как одинарное или двойное остекление или пластик (который оказался недостаточно прочным). Одна секция использовалась как настоящая теплица. Во время его работы 180 датчиков измеряли внутреннюю и внешнюю температуру, влажность и скорость ветра посекундно. Эта экспериментальная установка не продавала энергию.
В декабре 2010 года вышла в эксплуатацию вышка в Внутренней Монголии, Китае, выработав 200 киловатт. Проект стоимостью 1,38 миллиарда юаней ( 208 миллионов долларов США) был начат в мае 2009 года. Он должен был охватить 277 гектаров (680 акров) и произвести 27,5 МВт к 2013 году, но должен был быть уменьшено. Ожидалось, что установка с солнечными трубами улучшит климат, укрыв рыхлый песок и сдерживая песчаные бури. Критики заявили, что 50-метровая башня слишком коротка, чтобы работать должным образом, и что было ошибкой использовать стекло в металлических каркасах для коллектора, поскольку многие из них треснули и разбились от жары.
Прототип силовой установки SUT в Мансанаресе, Испания, вид с точки в 8 км к югу Предложение о строительстве солнечной башни восходящего потока в Фуэнте-эль-Фресно, Сьюдад-Реаль, Испания, под названием Ciudad Real Torre Solar будет первым в своем роде в Европейском Союзе и будет иметь высоту 750 метров (2460 футов), занимая площадь 350 гектаров (860 акров). Ожидается выработка 40 МВт. На такой высоте она была бы почти вдвое выше телемачты Belmont, которая когда-то была самым высоким сооружением в Европейском Союзе, но затем была сокращена на 24 метра.
Солнечная труба Мансанарес - вид на башня через стеклянную крышу коллектора В 2001 году EnviroMission предложила построить солнечную электростанцию с восходящим потоком, известную как Solar Tower Buronga, недалеко от Буронга, Новый Южный Уэльс. Компания не завершила проект. У них есть планы построить аналогичный завод в Аризоне, а совсем недавно (декабрь 2013 г.) в Техасе, но ни в одном из предложений Enviromission нет никаких признаков «прорывов».
В декабре 2011 года компания Hyperion Energy, контролируемая западными австралийцами Тони Сейдж и Даллас Демпстер, как сообщалось, планировала построить 1 -км высотой солнечная башня с восходящим потоком около Микатарра для снабжения электроэнергией горнодобывающих проектов Среднего Запада.
Вид с башни на крыше с почерневшей землей под коллектором. Можно увидеть различные испытательные материалы для покрытия навеса и 12 больших полей незащищенной земли для сельскохозяйственных испытательных площадок. Исходя из необходимости планов долгосрочных энергетических стратегий, Министерство Ботсваны Наука и технологии спроектировали и построили небольшую исследовательскую башню. Этот эксперимент проводился с 7 октября по 22 ноября 2005 г. Он имел внутренний диаметр 2 метра (6,6 фута) и высоту 22 метра (72 фута), он был изготовлен из полиэстера, армированного стекловолокном, и имел площадь примерно 160 квадратных метров ( 1700 квадратных футов). Крыша была сделана из прозрачного стекла толщиной 5 мм, поддерживаемого стальным каркасом.
В середине 2008 года правительство Намибии одобрило предложение о строительстве солнечного дымохода мощностью 400 МВт, названного «Зеленая башня». Планируется, что башня будет иметь высоту 1,5 км (4900 футов) и диаметр 280 метров (920 футов), а база будет состоять из теплицы площадью 37 квадратных километров (14 квадратных миль), в которой можно будет выращивать товарные культуры.
Модель солнечной восходящей башни была построена в Турции как проект гражданского строительства. Функциональность и результаты неясны.
Вторая солнечная восходящая башня, использующая просвечиваемый коллектор, работает в Университете Тракья в Эдирне, Турция, и используется для тестирования различных инноваций в конструкциях SUT, включая возможность рекуперация тепла от фотоэлектрических (PV) массивов.
Солнечные башни могут включать фотоэлектрические (PV) модули на прозрачных коллекторах для дополнительной дневной выработки, а тепло от фотоэлектрических массивов используется солнечной башней. Дом ученика начальной школы Самостоятельная демонстрация SUT для школьной научной ярмарки была построена и изучена в 2012 году в пригороде Коннектикута. При 7-метровой трубе и 100 квадратных метрах коллектора это генерировало в среднем 6,34 мВт в день от компьютерного вентилятора в качестве турбины. Инсоляция и ветер были основными факторами разницы в мощности (диапазон от 0,12 до 21,78 мВт).
В Сиань, центральный Китай, 60-метровая городская труба с окружающим коллектором значительно снизила загрязнение городского воздуха. Этим демонстрационным проектом руководил Цао Цзюньцзи, химик из ключевой лаборатории химии и физики аэрозолей Китайской академии наук.
Традиционная солнечная башня с восходящим потоком имеет значительную скорость преобразования энергии ниже, чем у многих других конструкций в группе (высокотемпературных) солнечных тепловых коллекторов. Низкий коэффициент конверсии в некоторой степени уравновешивается более низкой стоимостью квадратного метра солнечной энергии.
По расчетам модели, для электростанции мощностью 100 МВт потребуется башня площадью 1000 м и теплица площадью 20 квадратных километров (7,7 кв. миль). Для башни мощностью 200 МВт с такой же башней потребуется коллектор диаметром 7 км (общая площадь около 38 км²). Одна электростанция мощностью 200 МВт будет обеспечивать электроэнергией около 200 000 типичных домохозяйств и ежегодно сокращать выбросы более 900 000 тонн парниковых газов в окружающую среду. Ожидается, что застекленная площадь коллектора будет извлекать около 0,5 процента, или 5 Вт / м² из 1 кВт / м², солнечной энергии, которая падает на нее. Если вместо застекленного коллектора используется прозрачный солнечный коллектор, эффективность увеличивается вдвое. Дополнительное повышение эффективности возможно за счет изменения конструкции турбины и дымохода для увеличения скорости воздуха с использованием конфигурации Вентури. Концентрационные тепловые (CSP) или фотоэлектрические (CPV) солнечные электростанции имеют КПД от 20% до 31,25% (тарелка Стирлинга ). Общая эффективность CSP / CPV снижается, поскольку коллекторы не покрывают всю площадь. Без дополнительных испытаний точность этих расчетов сомнительна. Большинство прогнозов эффективности, затрат и урожайности рассчитываются теоретически, а не эмпирически выводятся из демонстраций, и рассматриваются в сравнении с другими коллекторными технологиями или технологиями преобразования солнечного тепла.
Инновационная концепция, объединяющая сухую тепловую электростанцию. Градирня с солнечным дымоходом была впервые представлена Zandian и Ashjaee в 2013 году для повышения эффективности солнечных восходящих башен. Было показано, что эта гибридная система «градирня-солнечный дымоход» (HCTSC) способна производить более чем десятикратное увеличение выходной мощности по сравнению с традиционными солнечными дымовыми электростанциями, такими как Мансанарес, Сьюдад-Реаль, с аналогичными геометрические размеры. Кроме того, было показано, что с увеличением диаметра дымохода выработка электроэнергии может достигать выходной мощности МВт без необходимости строительства огромных индивидуальных солнечных панелей для дымохода. Результаты показали, что максимальная выходная мощность системы HCTSC составила 3 МВт, что привело к увеличению на 0,37% теплового КПД типичной электростанции на ископаемом топливе мощностью 250 МВт с диаметром дымовой трубы всего 50 метров (160 футов). Новая гибридная конструкция снова сделала возможной установку восходящей солнечной башни и доказала свою экономичность в плане экономии затрат и времени на строительство. Эта концепция также возвращает тепло радиаторов, выбрасываемых в атмосферу без эффективного использования, и предотвращает образование избыточных парниковых газов.
Рабочие характеристики градирни с восходящим потоком могут ухудшаться из-за таких факторов, как атмосферный ветер, сопротивление, вызванное связями, используемыми для поддержки дымохода, и отражением от верха навеса теплицы.
Солнечная электростанция с восходящим потоком потребует больших первоначальных капитальных затрат, но будет иметь относительно низкие эксплуатационные расходы.
Капитальные затраты будут примерно такими же, как у атомных станций следующего поколения, таких как AP-1000, примерно по 5 долларов за ватт мощности. Как и в случае с другими возобновляемыми источниками энергии, башни не нуждаются в топливе. Общие затраты в значительной степени определяются процентными ставками и годами эксплуатации и варьируются от 5 евроцентов за кВтч для 4% и 20 лет до 15 евроцентов за кВтч для 12% и 40 лет.
Оценка общих затрат варьируется от 7 (для электростанции 200 МВт) и от 21 (для электростанции 5 МВт) евроцента за кВтч до 25–35 центов за кВтч. Приведенная стоимость энергии (LCOE) составляет примерно 3 евроцента за кВтч для ветряной или газовой установки мощностью 100 МВт. Фактических данных по электростанции общего пользования нет.
