Solar Rising Tower (Nhà máy điện khí động học năng lượng mặt trời)
Tháp tăng dần năng lượng mặt trời — một trong những loại nhà máy năng lượng mặt trời. Không khí được làm nóng trong một bộ thu năng lượng mặt trời khổng lồ (tương tự như nhà kính), bay lên và thoát ra ngoài qua một tháp ống khói cao. Không khí chuyển động làm quay tua-bin để tạo ra điện. Nhà máy thí điểm hoạt động ở Tây Ban Nha vào những năm 1980.
Mặt trời và gió là hai nguồn năng lượng vô tận. Họ có thể bị buộc phải làm việc trong cùng một nhóm không? Người đầu tiên trả lời câu hỏi này là ... Leonardo da Vinci. Ngay từ thế kỷ 16, ông đã thiết kế một thiết bị cơ khí chạy bằng cối xay gió thu nhỏ. Lưỡi của nó quay trong một luồng không khí bốc lên được sưởi ấm bởi mặt trời.
Các chuyên gia Tây Ban Nha và Đức đã chọn đồng bằng La Mancha ở phía đông nam của cao nguyên New Castile làm nơi tiến hành thí nghiệm độc đáo. Làm sao chúng ta không nhớ rằng chính tại đây, hiệp sĩ dũng cảm Don Quixote, nhân vật chính trong tiểu thuyết của Miguel de Cervantes, một nhà sáng tạo kiệt xuất khác của thời Phục hưng, đã chiến đấu với những chiếc cối xay gió.
Năm 1903Đại tá người Tây Ban Nha Isidoro Cabañez công bố dự án tháp năng lượng mặt trời. Từ năm 1978 đến 1981, các bằng sáng chế này đã được cấp ở Hoa Kỳ, Canada, Úc và Israel.
Năm 1982 gần một thị trấn Tây Ban Nha Manzanares Nó được chế tạo và thử nghiệm cách thủ đô Madrid 150 km về phía nam mô hình trình diễn nhà máy điện gió mặt trời, hiện thực hóa một trong nhiều ý tưởng kỹ thuật của Leonardo.
Việc lắp đặt bao gồm ba khối chính: một đường ống thẳng đứng (tháp, ống khói), bộ thu năng lượng mặt trời nằm xung quanh đế của nó và một máy phát tua-bin đặc biệt.
Nguyên lý hoạt động của tuabin gió năng lượng mặt trời vô cùng đơn giản. Bộ thu, vai trò của nó được thực hiện bởi lớp phủ làm bằng màng polyme, ví dụ như nhà kính, truyền bức xạ mặt trời tốt.
Đồng thời, màng phim mờ đối với các tia hồng ngoại phát ra từ bề mặt trái đất nóng lên bên dưới nó. Kết quả là, như trong bất kỳ nhà kính nào, có hiệu ứng nhà kính. Đồng thời, phần chính của năng lượng bức xạ mặt trời vẫn nằm dưới tấm thu nhiệt, làm nóng lớp không khí giữa mặt đất và sàn nhà.
Không khí trong bộ thu có nhiệt độ cao hơn đáng kể so với không khí xung quanh. Kết quả là, một luồng gió ngược mạnh mẽ được tạo ra trong tháp, giống như trường hợp của cối xay gió Leonardo, làm quay các cánh quạt của máy phát điện tua-bin.
Sơ đồ nhà máy điện gió mặt trời
Hiệu quả năng lượng của tháp năng lượng mặt trời phụ thuộc gián tiếp vào hai yếu tố: kích thước của bộ thu và chiều cao của ngăn xếp. Với một bộ thu lớn, một lượng không khí lớn hơn được làm nóng, điều này gây ra tốc độ lớn hơn của dòng chảy qua ống khói.
Việc cài đặt ở thị trấn Manzanares là một cấu trúc rất ấn tượng.Chiều cao của tháp là 200 m, đường kính là 10 m, đường kính của tấm thu năng lượng mặt trời là 250 m, công suất thiết kế là 50 kW.
Mục đích của dự án nghiên cứu này là tiến hành các phép đo tại hiện trường, để xác định các đặc điểm của việc lắp đặt trong điều kiện kỹ thuật và khí tượng thực tế.
Kiểm tra cài đặt đã thành công. Độ chính xác của các tính toán, hiệu quả và độ tin cậy của các khối, sự đơn giản của việc kiểm soát quy trình công nghệ đã được xác nhận bằng thực nghiệm.
Một kết luận quan trọng khác được đưa ra: đã có công suất 50 MW, một nhà máy điện gió mặt trời trở nên khá có lãi. Điều này càng quan trọng hơn vì giá thành điện do các loại nhà máy điện mặt trời khác (tháp, quang điện) vẫn cao hơn từ 10 đến 100 lần so với nhà máy nhiệt điện.
Nhà máy điện này ở Manzanares hoạt động tốt trong khoảng 8 năm và bị phá hủy bởi một cơn bão vào năm 1989.
cấu trúc quy hoạch
Nhà máy điện «Ciudad Real Torre Solar» ở Ciudad Real, Tây Ban Nha. Việc xây dựng theo kế hoạch có diện tích 350 ha, kết hợp với ống khói cao 750 mét sẽ tạo ra 40 MW công suất đầu ra.
Tháp năng lượng mặt trời Burong. Đầu năm 2005, EnviroMission và SolarMission Technologies Inc. bắt đầu thu thập dữ liệu thời tiết xung quanh New South Wales, Úc để cố gắng xây dựng một nhà máy điện mặt trời hoạt động hoàn toàn vào năm 2008. Sản lượng điện tối đa mà dự án này có thể phát triển lên tới 200 MW.
Do thiếu sự hỗ trợ từ chính quyền Úc, EnviroMission đã từ bỏ các kế hoạch này và quyết định xây dựng một tòa tháp ở Arizona, Hoa Kỳ.
Theo kế hoạch ban đầu, tháp năng lượng mặt trời có chiều cao 1 km, đường kính đáy 7 km và diện tích 38 km2. Bằng cách này, tháp năng lượng mặt trời sẽ thu được khoảng 0,5% năng lượng mặt trời (1 kW) /m2) tức là bức xạ lúc đóng.
Ở mức cao hơn của ống khói, xảy ra hiện tượng giảm áp suất lớn hơn, gây ra bởi cái gọi là hiệu ứng ống khói, do đó gây ra vận tốc cao hơn của không khí đi qua.
Việc tăng chiều cao của ống khói và diện tích bề mặt của bộ thu sẽ làm tăng lưu lượng không khí qua các tuabin và do đó lượng năng lượng được tạo ra.
Nhiệt có thể tích tụ bên dưới bề mặt của bộ thu nhiệt, nơi nó sẽ được sử dụng để cung cấp năng lượng cho tháp khỏi ánh nắng mặt trời bằng cách phân tán nhiệt thành không khí mát, buộc nó phải lưu thông vào ban đêm.
Nước, có nhiệt dung tương đối cao, có thể lấp đầy các đường ống nằm bên dưới bộ thu, làm tăng lượng năng lượng được trả lại nếu cần thiết.
Tua bin gió có thể được gắn theo chiều ngang trong kết nối từ bộ thu đến tháp, tương tự như sơ đồ tháp của Úc. Trong một nguyên mẫu hoạt động ở Tây Ban Nha, trục của tuabin trùng với trục của ống khói.
Tưởng tượng hay thực tế
Vì vậy, việc lắp đặt khí động học năng lượng mặt trời kết hợp các quá trình chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng gió và sau đó thành điện năng.
Đồng thời, như các tính toán cho thấy, có thể tập trung năng lượng bức xạ mặt trời từ một khu vực rộng lớn trên bề mặt trái đất và thu được năng lượng điện lớn trong các lần lắp đặt đơn lẻ mà không cần sử dụng công nghệ nhiệt độ cao.
Độ quá nhiệt của không khí trong bộ thu nhiệt chỉ vài chục độ, về cơ bản phân biệt nhà máy điện gió mặt trời với các nhà máy điện mặt trời nhiệt điện, hạt nhân và thậm chí cả tháp.
Những lợi thế không thể chối cãi của việc lắp đặt gió mặt trời bao gồm thực tế là ngay cả khi được triển khai trên quy mô lớn, chúng sẽ không gây tác động có hại đến môi trường.
Nhưng việc tạo ra một nguồn năng lượng kỳ lạ như vậy có liên quan đến một số vấn đề kỹ thuật phức tạp. Chỉ cần nói rằng đường kính của tòa tháp phải là hàng trăm mét, chiều cao - khoảng một km, diện tích của bộ thu năng lượng mặt trời - hàng chục km vuông.
Rõ ràng là bức xạ mặt trời càng mạnh thì công suất lắp đặt càng phát triển. Theo các chuyên gia, việc xây dựng các nhà máy điện gió mặt trời ở những khu vực có vĩ độ từ 30 ° bắc đến 30 ° nam sẽ có lợi nhất trên những vùng đất không thích hợp lắm cho các mục đích khác. Các tùy chọn để sử dụng phù điêu miền núi thu hút sự chú ý. Điều này sẽ làm giảm đáng kể chi phí xây dựng.
Tuy nhiên, một vấn đề khác nảy sinh, ở một mức độ nào đó là đặc trưng của bất kỳ nhà máy điện mặt trời nào, nhưng lại trở nên cấp bách đặc biệt khi tạo ra các hệ thống lắp đặt khí động học mặt trời lớn. Thông thường, các khu vực đầy hứa hẹn để xây dựng của họ cách xa người tiêu dùng sử dụng nhiều năng lượng. Ngoài ra, như bạn đã biết, năng lượng mặt trời đến Trái đất một cách bất thường.
Các tháp năng lượng mặt trời nhỏ (công suất thấp) có thể là một giải pháp thay thế thú vị để tạo ra năng lượng cho các nước đang phát triển, vì việc xây dựng chúng không yêu cầu vật liệu và thiết bị đắt tiền hoặc nhân viên có tay nghề cao trong quá trình vận hành cấu trúc.
Ngoài ra, việc xây dựng tháp năng lượng mặt trời đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn, do đó được bù đắp bằng chi phí bảo trì thấp do không có chi phí nhiên liệu.
Tuy nhiên, một nhược điểm khác là hiệu quả chuyển đổi năng lượng mặt trời thấp hơn so với ví dụ: trong cấu trúc gương của các nhà máy điện mặt trời… Điều này là do diện tích chiếm dụng của nhà sưu tập lớn hơn và chi phí xây dựng cao hơn.
Tháp năng lượng mặt trời dự kiến sẽ yêu cầu lưu trữ năng lượng ít hơn nhiều so với các trang trại gió hoặc nhà máy điện mặt trời truyền thống.
Điều này là do sự tích tụ năng lượng nhiệt có thể giải phóng vào ban đêm, điều này sẽ cho phép tòa tháp hoạt động suốt ngày đêm, điều mà các trang trại gió hoặc tế bào quang điện không thể đảm bảo, mà hệ thống năng lượng phải có dự trữ năng lượng ở dạng của các nhà máy điện truyền thống.
Thực tế này cho thấy sự cần thiết phải tạo ra các đơn vị lưu trữ năng lượng song song với các cài đặt như vậy. Khoa học chưa biết đối tác nào tốt hơn cho những mục đích như vậy hơn là hydro. Đó là lý do tại sao các chuyên gia cho rằng việc sử dụng điện do lắp đặt đặc biệt để sản xuất hydro là phù hợp nhất. Trong trường hợp này, nhà máy điện gió mặt trời trở thành một trong những thành phần chính của năng lượng hydro trong tương lai.
Vì vậy, ngay trong năm tới, dự án lưu trữ năng lượng hydro rắn quy mô thương mại đầu tiên trên thế giới sẽ được triển khai tại Úc. Năng lượng mặt trời dư thừa sẽ được chuyển hóa thành hydro rắn gọi là natri borohydride (NaBH4).
Vật liệu rắn không độc hại này có thể hấp thụ hydro giống như một miếng bọt biển, lưu trữ khí cho đến khi cần thiết, sau đó giải phóng hydro bằng cách sử dụng nhiệt. Hydro được giải phóng sau đó được đưa qua pin nhiên liệu để tạo ra điện. Hệ thống này cho phép hydro được lưu trữ với giá rẻ ở mật độ cao và áp suất thấp mà không cần nén hoặc hóa lỏng tốn nhiều năng lượng.
Nhìn chung, nghiên cứu và thí nghiệm cho phép đặt câu hỏi nghiêm túc về vị trí của các nhà máy điện gió mặt trời trong ngành năng lượng lớn trong tương lai gần.