Solar Rising Tower (תחנת כוח אווירודינמית סולארית)
מגדל עולה סולארי - אחד מסוגי תחנות כוח סולאריות. האוויר מחומם בקולט שמש ענק (בדומה לחממה), עולה ויוצא דרך מגדל ארובה גבוה. האוויר הנע מניע טורבינות לייצר חשמל. מפעל הפיילוט פעל בספרד בשנות ה-80.
השמש והרוח הם שני מקורות אנרגיה בלתי נדלים. האם ניתן להכריח אותם לעבוד באותו צוות? הראשון לענות על שאלה זו היה... לאונרדו דה וינצ'י. כבר במאה ה-16 הוא עיצב מכשיר מכני המופעל על ידי טחנת רוח מיניאטורית. להביו מסתובבים בזרם אוויר עולה מחומם על ידי השמש.
מומחים ספרדים וגרמנים בחרו במישור לה מנצ'ה בחלק הדרום מזרחי של רמת קסטיליה החדשה כמקום לערוך בו ניסוי ייחודי. איך אנחנו לא זוכרים שזה היה כאן שהאביר האמיץ דון קיחוטה, הדמות הראשית של הרומן מאת מיגל דה סרוונטס, עוד יוצר מצטיין של הרנסנס, נלחם בטחנות הרוח.
בשנת 1903הקולונל הספרדי איזידורו קאבניז פרסם פרויקט למגדל סולארי. בין השנים 1978 ו-1981, פטנטים אלו הונפקו בארה"ב, קנדה, אוסטרליה וישראל.
בשנת 1982 ליד עיירה ספרדית Manzanares הוא נבנה ונבדק 150 ק"מ דרומית למדריד דגם הדגמה של תחנת כוח רוח סולארית, שהגשימה את אחד מהרעיונות ההנדסיים הרבים של לאונרדו.
המתקן מכיל שלושה בלוקים עיקריים: צינור אנכי (מגדל, ארובה), קולט שמש הממוקם סביב בסיסו וגנרטור טורבינה מיוחד.
עקרון הפעולה של טורבינת רוח סולארית הוא פשוט ביותר. האספן, שתפקידו מבוצע על ידי חפיפה עשויה מסרט פולימרי, למשל, חממה, מעביר קרינת שמש היטב.
יחד עם זאת, הסרט אטום לקרני אינפרא אדום הנפלטות משטח כדור הארץ המחומם שמתחתיו. כתוצאה מכך, כמו בכל חממה, יש אפקט חממה. במקביל, החלק העיקרי של אנרגיית קרינת השמש נשאר מתחת לקולט, ומחמם את שכבת האוויר בין הקרקע לרצפה.
לאוויר בקולט יש טמפרטורה גבוהה משמעותית מהאטמוספירה שמסביב. כתוצאה מכך, נוצרת עלייה חזקה במגדל, אשר, כמו במקרה של טחנת הרוח של לאונרדו, מסובבת את להבי מחולל הטורבינה.
סכמטי של תחנת כוח רוח סולארית
היעילות האנרגטית של מגדל סולארי תלויה בעקיפין בשני גורמים: גודל הקולט וגובה הערימה. עם קולט גדול, נפח גדול יותר של אוויר מחומם, מה שגורם למהירות גדולה יותר של זרימתו דרך הארובה.
המיצב בעיירה Manzanares הוא מבנה מרשים ביותר.גובה המגדל 200 מ', קוטר 10 מ', וקוטר קולט השמש 250 מ' הספק העיצובי שלו הוא 50 קילוואט.
מטרת פרויקט המחקר הזה הייתה לערוך מדידות בשטח, כדי לקבוע את מאפייני המתקן בתנאים הנדסיים ומטאורולוגיים אמיתיים.
בדיקות ההתקנה הצליחו. הדיוק של החישובים, היעילות והאמינות של הבלוקים, פשטות הבקרה של התהליך הטכנולוגי אושרו בניסוי.
מסקנה חשובה נוספת התקבלה: כבר בהספק של 50 מגוואט, תחנת כוח רוח סולארית הופכת לרווחית למדי. זה חשוב אף יותר מכיוון שעלות החשמל המיוצר על ידי סוגים אחרים של תחנות כוח סולאריות (מגדל, פוטו-וולטאי) עדיין גבוהה פי 10 עד 100 מאשר בתחנות כוח תרמיות.
תחנת כוח זו במנזנארס פעלה בצורה משביעת רצון במשך כ-8 שנים ונהרסה בהוריקן ב-1989.
מבנים מתוכננים
תחנת כוח «Ciudad Real Torre Solar» ב-Ciudad Real בספרד. הבנייה המתוכננת היא להשתרע על שטח של 350 דונם, אשר בשילוב עם ארובה בגובה 750 מטר תייצר הספק של 40 MW.
Burong Solar Tower. בתחילת 2005, EnviroMission ו- SolarMission Technologies Inc. החל לאסוף נתוני מזג אוויר ברחבי ניו סאות' ויילס, אוסטרליה כדי לנסות לבנות תחנת כוח סולארית פעילה במלואה בשנת 2008. התפוקה החשמלית המקסימלית שהפרויקט הזה יכול היה לפתח הייתה עד 200 מגוואט.
עקב חוסר תמיכה מהרשויות האוסטרליות, EnviroMission נטשה את התוכניות הללו והחליטה לבנות מגדל באריזונה, ארה"ב.
המגדל הסולארי שתוכנן במקור היה אמור להיות בגובה של 1 ק"מ, קוטר בסיס של 7 ק"מ ושטח של 38 קמ"ר. בדרך זו, המגדל הסולארי ישאב כ-0.5% מהאנרגיה הסולארית (1 קילוואט). / m2) המוקרן בסגור.
ברמה גבוהה יותר של הארובה, מתרחשת ירידת לחץ גדולה יותר, הנגרמת על ידי מה שנקרא אפקט ארובה, אשר בתורו גורם למהירות גבוהה יותר של האוויר העובר.
הגדלת גובה הערימה ושטח הפנים של הקולט תגדיל את זרימת האוויר דרך הטורבינות ולכן את כמות האנרגיה המופקת.
החום יכול להצטבר מתחת לפני השטח של הקולט, שם הוא ישמש להנעת המגדל מהשמש על ידי פיזור החום לאוויר קריר, מה שיאלץ אותו להסתובב בלילה.
מים, בעלי יכולת חום גבוהה יחסית, יכולים למלא את הצינורות הממוקמים מתחת לקולט, ולהגדיל את כמות האנרגיה המוחזרת במידת הצורך.
ניתן להרכיב טורבינות רוח בצורה אופקית בחיבור אספן למגדל, בדומה לתוכניות המגדל האוסטרלי. באב טיפוס הפועל בספרד, ציר הטורבינה חופף לציר הארובה.
פנטזיה או מציאות
אז, המתקן האווירודינמי הסולארי משלב תהליכי המרת אנרגיה סולארית לאנרגיית רוח, ואת האחרונה לחשמל.
במקביל, כפי שעולה מהחישובים, ניתן לרכז את אנרגיית קרינת השמש משטח עצום של פני כדור הארץ ולקבל אנרגיה חשמלית גדולה במתקנים בודדים ללא שימוש בטכנולוגיות טמפרטורה גבוהה.
התחממות יתר של האוויר בקולט היא רק כמה עשרות מעלות, מה שמבדיל באופן מהותי את תחנת כוח הרוח הסולארית מתחנות כוח תרמיות, גרעיניות ואפילו מגדלים.
היתרונות הבלתי ניתנים לערעור של מתקנים סולאריים-רוח כוללים את העובדה שגם אם יושמו בקנה מידה גדול, לא תהיה להם השפעה מזיקה על הסביבה.
אבל יצירת מקור אנרגיה אקזוטי כזה קשורה למספר בעיות הנדסיות מורכבות. די לומר שקוטר המגדל לבדו צריך להיות מאות מטרים, הגובה - כקילומטר, שטח קולט השמש - עשרות קילומטרים רבועים.
ברור שככל שקרינת השמש חזקה יותר, כך המתקן מפתח יותר כוח. לדברי מומחים, הכי משתלם לבנות תחנות כוח רוח סולאריות באזורים הממוקמים בין קו רוחב 30° צפון ל-30° דרום על אדמות שאינן מתאימות במיוחד למטרות אחרות. האפשרויות לשימוש בתבליט ההררי מושכות תשומת לב. זה יפחית באופן דרסטי את עלויות הבנייה.
עם זאת, מתעוררת בעיה נוספת, אופיינית במידה מסוימת לכל תחנת כוח סולארית, אך מקבלת דחיפות מיוחדת בעת יצירת מתקנים אווירודינמיים סולארים גדולים. לרוב, אזורים מבטיחים לבנייתם רחוקים מצרכנים עתירי אנרגיה. כמו כן, כידוע, אנרגיית השמש מגיעה לכדור הארץ באופן לא סדיר.
מגדלים סולאריים קטנים (הספק נמוך) יכולים להוות אלטרנטיבה מעניינת להפקת אנרגיה עבור מדינות מתפתחות, שכן בנייתם אינה דורשת חומרים וציוד יקרים או כוח אדם מיומן במיוחד במהלך הפעלת המבנה.
בנוסף, הקמת מגדל סולארי מצריכה השקעה ראשונית גדולה, אשר בתורה מתפצת בעלויות התחזוקה הנמוכות המושגות מהיעדר עלויות דלק.
חיסרון נוסף, לעומת זאת, הוא היעילות הנמוכה יותר של המרת אנרגיה סולארית מאשר למשל במבני המראה של תחנות כוח סולאריות... זאת בשל השטח הגדול יותר שנכבש על ידי האספן ועלויות הבנייה הגבוהות יותר.
המגדל הסולארי צפוי לדרוש הרבה פחות אגירת אנרגיה מאשר חוות רוח או תחנות כוח סולאריות מסורתיות.
הסיבה לכך היא הצטברות אנרגיה תרמית הניתנת לשחרור בלילה, שתאפשר למגדל לפעול מסביב לשעון, דבר שלא ניתן להבטיח על ידי חוות רוח או תאים פוטו-וולטאיים, שעבורם מערכת האנרגיה חייבת להיות בעלת עתודות אנרגיה בצורה של תחנות כוח מסורתיות.
עובדה זו מכתיבה את הצורך ביצירת יחידות אחסון אנרגיה במקביל להתקנים כאלה. המדע עדיין לא מכיר שותף טוב יותר למטרות כאלה מאשר מימן. לכן מומחים רואים את המומלץ ביותר להשתמש בחשמל שמייצר המתקן במיוחד לייצור מימן. במקרה זה, תחנת כוח הרוח הסולארית הופכת לאחד המרכיבים העיקריים של אנרגיית המימן העתידית.
אז כבר בשנה הבאה, פרויקט אחסון אנרגיית מימן מוצק הראשון בעולם בקנה מידה מסחרי ייושם באוסטרליה. אנרגיית השמש העודפת תומר למימן מוצק הנקרא נתרן בורוהידריד (NaBH4).
חומר מוצק לא רעיל זה יכול לספוג מימן כמו ספוג, לאחסן את הגז עד לצורך, ולאחר מכן לשחרר מימן באמצעות חום. לאחר מכן, המימן המשוחרר מועבר דרך תא דלק לייצור חשמל. מערכת זו מאפשרת אחסון מימן בזול בצפיפות גבוהה ובלחץ נמוך ללא צורך בדחיסה או נזילות עתירת אנרגיה.
באופן כללי, מחקר וניסויים מאפשרים להטיל ספק ברצינות במקומן של תחנות כוח רוח סולאריות בתעשיית האנרגיה הגדולה בעתיד הקרוב.