Solar Rising Tower (centrale solare aerodinamica)

Torre ascendente solare — uno dei tipi di centrali solari. L'aria viene riscaldata in un enorme collettore solare (simile a una serra), sale ed esce attraverso un'alta torre del camino. L'aria in movimento aziona le turbine per generare elettricità. L'impianto pilota operava in Spagna negli anni '80.

Il sole e il vento sono due fonti inesauribili di energia. Possono essere costretti a lavorare nella stessa squadra? Il primo a rispondere a questa domanda è stato... Leonardo da Vinci. Già nel XVI secolo progettò un dispositivo meccanico alimentato da un mulino a vento in miniatura. Le sue pale ruotano in un flusso d'aria in aumento riscaldato dal sole.

Esperti spagnoli e tedeschi hanno scelto la pianura della Mancia nella parte sud-orientale dell'altopiano della Nuova Castiglia come luogo per condurre un esperimento unico. Come non ricordare che fu qui che il valoroso cavaliere Don Chisciotte, protagonista del romanzo di Miguel de Cervantes, altro straordinario creatore del Rinascimento, combatté contro i mulini a vento.

Nel 1903Il colonnello spagnolo Isidoro Cabañez ha pubblicato un progetto per una torre solare. Tra il 1978 e il 1981, questi brevetti sono stati rilasciati negli Stati Uniti, Canada, Australia e Israele.

Nel 1982 vicino a una città spagnola Manzanarre È stato costruito e testato a 150 km a sud di Madrid modello dimostrativo di un impianto solare eolico, che ha realizzato una delle tante idee ingegneristiche di Leonardo.

L'installazione contiene tre blocchi principali: un tubo verticale (torre, camino), un collettore solare situato attorno alla sua base e uno speciale generatore a turbina.

Il principio di funzionamento di una turbina eolica solare è estremamente semplice. Il collettore, il cui ruolo è svolto da una sovrapposizione costituita da un film polimerico, ad esempio una serra, trasmette bene la radiazione solare.

Allo stesso tempo, la pellicola è opaca ai raggi infrarossi emessi dalla superficie terrestre riscaldata sottostante. Di conseguenza, come in ogni serra, c'è un effetto serra. Allo stesso tempo, la maggior parte dell'energia della radiazione solare rimane sotto il collettore, riscaldando lo strato d'aria tra il suolo e il pavimento.

L'aria nel collettore ha una temperatura significativamente più alta dell'atmosfera circostante. Di conseguenza, nella torre si genera una potente corrente ascensionale che, come nel caso del mulino a vento di Leonardo, fa girare le pale del generatore a turbina.

Schema di un impianto solare eolico

L'efficienza energetica di una torre solare dipende indirettamente da due fattori: la dimensione del collettore e l'altezza del camino. Con un grande collettore, viene riscaldato un volume d'aria maggiore, che provoca una maggiore velocità del suo flusso attraverso il camino.

L'installazione nella città di Manzanares è una struttura molto suggestiva.L'altezza della torre è di 200 m, il diametro è di 10 me il diametro del collettore solare è di 250 m La sua potenza di progetto è di 50 kW.

Lo scopo di questo progetto di ricerca era quello di condurre misurazioni sul campo, per determinare le caratteristiche dell'installazione in condizioni ingegneristiche e meteorologiche reali.

I test di installazione hanno avuto successo. L'accuratezza dei calcoli, l'efficienza e l'affidabilità dei blocchi, la semplicità del controllo del processo tecnologico sono state confermate sperimentalmente.

È stata fatta un'altra conclusione importante: già con una capacità di 50 MW, un impianto eolico solare diventa piuttosto redditizio. Questo è ancora più importante perché il costo dell'elettricità generata da altri tipi di impianti solari (torre, fotovoltaico) è ancora da 10 a 100 volte superiore a quello degli impianti termici.

Questa centrale elettrica a Manzanares ha funzionato in modo soddisfacente per circa 8 anni ed è stata distrutta da un uragano nel 1989.

Strutture pianificate

Centrale elettrica «Ciudad Real Torre Solar» a Ciudad Real in Spagna. La costruzione prevista coprirà un'area di 350 ettari, che in combinazione con un camino alto 750 metri genererà 40 MW di potenza in uscita.

Burong torre solare. All'inizio del 2005, EnviroMission e SolarMission Technologies Inc. ha iniziato a raccogliere dati meteorologici intorno al Nuovo Galles del Sud, in Australia, per provare a costruire una centrale solare completamente operativa nel 2008. La potenza elettrica massima che questo progetto poteva sviluppare era fino a 200 MW.

A causa della mancanza di sostegno da parte delle autorità australiane, EnviroMission ha abbandonato questi piani e ha deciso di costruire una torre in Arizona, USA.

La torre solare originariamente progettata doveva avere un'altezza di 1 km, un diametro di base di 7 km e un'area di 38 km2.. In questo modo, la torre solare estrarrà circa lo 0,5% dell'energia solare (1 kW / m2) che viene irradiato a chiuso.

Ad un livello più alto della canna fumaria si verifica una maggiore caduta di pressione, causata dal cosiddetto effetto camino, che a sua volta provoca una maggiore velocità dell'aria che passa.

Aumentando l'altezza del camino e la superficie del collettore aumenterà il flusso d'aria attraverso le turbine e quindi la quantità di energia prodotta.

Il calore può accumularsi sotto la superficie del collettore, dove verrà utilizzato per alimentare la torre dal sole dissipando il calore in aria fresca, costringendola a circolare di notte.

L'acqua, che ha una capacità termica relativamente elevata, può riempire le tubazioni poste sotto il collettore, aumentando se necessario la quantità di energia restituita.

Le turbine eoliche possono essere montate orizzontalmente in una connessione collettore-torre, simile ai piani delle torri australiane. In un prototipo funzionante in Spagna, l'asse della turbina coincide con l'asse del camino.

Fantasia o realtà

Quindi, l'installazione aerodinamica solare combina i processi di conversione dell'energia solare in energia eolica e quest'ultima in elettricità.

Allo stesso tempo, come mostrano i calcoli, diventa possibile concentrare l'energia della radiazione solare da una vasta area della superficie terrestre e ottenere una grande energia elettrica in singole installazioni senza l'uso di tecnologie ad alta temperatura.

Il surriscaldamento dell'aria nel collettore è solo di poche decine di gradi, il che distingue fondamentalmente l'impianto solare eolico da quello termico, nucleare e persino solare a torre.

Tra i vantaggi indiscutibili delle installazioni solare-eoliche c'è il fatto che, anche se implementate su larga scala, non avranno un impatto dannoso sull'ambiente.

Ma la creazione di una fonte di energia così esotica è associata a una serie di complessi problemi ingegneristici. Basti pensare che il diametro della sola torre dovrebbe essere di centinaia di metri, l'altezza - circa un chilometro, l'area del collettore solare - decine di chilometri quadrati.

È ovvio che più l'irraggiamento solare è intenso, più potenza sviluppa l'impianto. Secondo gli esperti, è più redditizio costruire impianti solari eolici in aree situate tra 30° nord e 30° sud di latitudine su terreni poco adatti ad altri scopi. Le opzioni per l'utilizzo del rilievo montuoso attirano l'attenzione. Ciò ridurrà drasticamente i costi di costruzione.

Tuttavia, sorge un altro problema, in una certa misura caratteristico di qualsiasi impianto solare, ma acquista un'urgenza speciale quando si creano grandi impianti aerodinamici solari. Molto spesso, le aree promettenti per la loro costruzione sono lontane dai consumatori ad alta intensità energetica. Inoltre, come sai, l'energia solare arriva sulla Terra in modo irregolare.

Le torri solari di piccole dimensioni (a bassa potenza) possono essere un'interessante alternativa per generare energia per i paesi in via di sviluppo, poiché la loro costruzione non richiede materiali e attrezzature costosi o personale altamente qualificato durante il funzionamento della struttura.

Inoltre, la costruzione di una torre solare richiede un grande investimento iniziale, che a sua volta è compensato dai bassi costi di manutenzione ottenuti dall'assenza di costi di combustibile.

Un altro svantaggio, tuttavia, è la minore efficienza della conversione dell'energia solare rispetto ad es nelle strutture a specchio delle centrali solari… Ciò è dovuto alla maggiore superficie occupata dal collettore e ai maggiori costi di costruzione.

Si prevede che la torre solare richieda molto meno accumulo di energia rispetto ai parchi eolici o alle centrali solari tradizionali.

Ciò è dovuto all'accumulo di energia termica che può essere rilasciata durante la notte, che consentirà alla torre di funzionare 24 ore su 24, che non può essere garantita da parchi eolici o celle fotovoltaiche, per le quali il sistema energetico deve disporre di riserve energetiche sotto forma delle centrali elettriche tradizionali.

Questo fatto impone la necessità di creare unità di accumulo di energia in tandem con tali impianti. La scienza non conosce ancora un partner migliore per tali scopi dell'idrogeno. Ecco perché gli esperti ritengono più opportuno utilizzare l'elettricità generata dall'impianto appositamente per la produzione di idrogeno. In questo caso, l'impianto solare eolico diventa uno dei componenti principali della futura energia a idrogeno.

Quindi, già il prossimo anno, in Australia verrà implementato il primo progetto al mondo di accumulo di energia a idrogeno solido su scala commerciale. L'energia solare in eccesso verrà convertita in idrogeno solido chiamato boroidruro di sodio (NaBH4).

Questo materiale solido non tossico può assorbire l'idrogeno come una spugna, immagazzinare il gas fino a quando non è necessario e quindi rilasciare idrogeno usando il calore. L'idrogeno rilasciato viene quindi fatto passare attraverso una cella a combustibile per generare elettricità. Questo sistema consente di immagazzinare l'idrogeno a basso costo ad alta densità e bassa pressione senza la necessità di compressione o liquefazione ad alta intensità energetica.

In generale, la ricerca e gli esperimenti consentono di mettere seriamente in discussione il posto delle centrali eoliche solari nella grande industria energetica nel prossimo futuro.