Solar Rising Tower (Aerodynamisches Solarkraftwerk)
Solarer aufsteigender Turm — eine der Arten von Solarkraftwerken. Die Luft wird in einem riesigen Solarkollektor (ähnlich einem Gewächshaus) erhitzt, steigt auf und verlässt die Luft durch einen hohen Schornsteinturm. Die bewegte Luft treibt Turbinen zur Stromerzeugung an. Die Pilotanlage wurde in den 1980er Jahren in Spanien betrieben.
Sonne und Wind sind zwei unerschöpfliche Energiequellen. Können sie gezwungen werden, im selben Team zu arbeiten? Der erste, der diese Frage beantwortete, war ... Leonardo da Vinci. Bereits im 16. Jahrhundert entwarf er ein mechanisches Gerät, das von einer Miniaturwindmühle angetrieben wurde. Seine Flügel drehen sich in einem Strom aufsteigender, von der Sonne erhitzter Luft.
Spanische und deutsche Experten wählten die La Mancha-Ebene im südöstlichen Teil der Neukastilien-Hochebene als Ort für die Durchführung eines einzigartigen Experiments. Wie können wir uns nicht daran erinnern, dass hier der tapfere Ritter Don Quijote, die Hauptfigur des Romans von Miguel de Cervantes, einem weiteren herausragenden Schöpfer der Renaissance, gegen die Windmühlen kämpfte.
Im Jahr 1903Der spanische Oberst Isidoro Cabañez veröffentlichte ein Projekt für einen Solarturm. Zwischen 1978 und 1981 wurden diese Patente in den USA, Kanada, Australien und Israel erteilt.
1982 in der Nähe einer spanischen Stadt Manzanares Es wurde 150 km südlich von Madrid gebaut und getestet Demonstrationsmodell einer Solar-Windkraftanlage, das eine von Leonardos vielen technischen Ideen verwirklichte.
Die Anlage besteht aus drei Hauptblöcken: einem vertikalen Rohr (Turm, Schornstein), einem um seine Basis angeordneten Solarkollektor und einem speziellen Turbinengenerator.
Das Funktionsprinzip einer Solarwindkraftanlage ist äußerst einfach. Der Kollektor, dessen Rolle eine Überlappung aus einer Polymerfolie übernimmt, beispielsweise ein Gewächshaus, lässt die Sonnenstrahlung gut durch.
Gleichzeitig ist die Folie undurchlässig für Infrarotstrahlen, die von der darunter liegenden erhitzten Erdoberfläche ausgehen. Dadurch entsteht, wie in jedem Gewächshaus, ein Treibhauseffekt. Gleichzeitig verbleibt der Großteil der solaren Strahlungsenergie unter dem Kollektor und erwärmt die Luftschicht zwischen Erdreich und Boden.
Die Luft im Kollektor hat eine deutlich höhere Temperatur als die umgebende Atmosphäre. Dadurch entsteht im Turm ein kräftiger Aufwind, der wie bei der Leonardo-Windmühle die Flügel des Turbinengenerators antreibt.
Schema einer Solar-Windkraftanlage
Die Energieeffizienz eines Solarturms hängt indirekt von zwei Faktoren ab: der Größe des Kollektors und der Höhe des Stapels. Bei einem großen Kollektor wird eine größere Luftmenge erwärmt, was zu einer höheren Strömungsgeschwindigkeit durch den Schornstein führt.
Die Installation in der Stadt Manzanares ist ein sehr beeindruckendes Bauwerk.Die Höhe des Turms beträgt 200 m, der Durchmesser 10 m und der Durchmesser des Sonnenkollektors 250 m. Seine Auslegungsleistung beträgt 50 kW.
Der Zweck dieses Forschungsprojekts bestand darin, Feldmessungen durchzuführen, um die Eigenschaften der Anlage unter realen technischen und meteorologischen Bedingungen zu bestimmen.
Installationstests waren erfolgreich. Die Genauigkeit der Berechnungen, die Effizienz und Zuverlässigkeit der Blöcke sowie die Einfachheit der Steuerung des technologischen Prozesses wurden experimentell bestätigt.
Eine weitere wichtige Schlussfolgerung wurde gezogen: Bereits mit einer Leistung von 50 MW wird ein Solar-Windkraftwerk durchaus profitabel. Dies ist umso wichtiger, als die Stromgestehungskosten anderer Arten von Solarkraftwerken (Turmkraftwerke, Photovoltaik) immer noch 10 bis 100 Mal höher sind als bei thermischen Kraftwerken.
Dieses Kraftwerk in Manzanares funktionierte etwa acht Jahre lang zufriedenstellend und wurde 1989 durch einen Hurrikan zerstört.
Geplante Bauwerke
Kraftwerk «Ciudad Real Torre Solar» in Ciudad Real in Spanien. Der geplante Bau soll eine Fläche von 350 Hektar umfassen, die in Kombination mit einem 750 Meter hohen Schornstein eine Ausgangsleistung von 40 MW erzeugen wird.
Burong Solarturm. Anfang 2005 gründeten EnviroMission und SolarMission Technologies Inc. begann 2008 mit der Sammlung von Wetterdaten rund um New South Wales, Australien, um zu versuchen, ein voll funktionsfähiges Solarkraftwerk zu bauen. Die maximale elektrische Leistung, die dieses Projekt entwickeln konnte, betrug bis zu 200 MW.
Mangels Unterstützung seitens der australischen Behörden gab EnviroMission diese Pläne auf und beschloss, einen Turm in Arizona, USA, zu bauen.
Der ursprünglich geplante Solarturm sollte eine Höhe von 1 km, einen Basisdurchmesser von 7 km und eine Fläche von 38 km2 haben. Auf diese Weise soll der Solarturm etwa 0,5 % der Sonnenenergie (1 kW) gewinnen / m2), die im geschlossenen Zustand abgestrahlt wird.
Auf einer höheren Ebene des Schornsteins entsteht ein größerer Druckabfall, verursacht durch die sogenannte Es kommt zu einem Kamineffekt, der wiederum zu einer höheren Geschwindigkeit der vorbeiströmenden Luft führt.
Durch eine Vergrößerung der Stapelhöhe und der Kollektorfläche erhöht sich der Luftstrom durch die Turbinen und damit die erzeugte Energiemenge.
Die Wärme kann sich unter der Oberfläche des Kollektors ansammeln, wo sie dazu genutzt wird, den Turm mit Strom aus der Sonne zu versorgen, indem die Wärme an kühle Luft abgegeben wird, die ihn nachts zur Zirkulation zwingt.
Wasser, das über eine relativ hohe Wärmekapazität verfügt, kann die unterhalb des Kollektors befindlichen Rohre füllen und so bei Bedarf die Menge der zurückgeführten Energie erhöhen.
Windkraftanlagen können horizontal in einer Kollektor-Turm-Verbindung montiert werden, ähnlich den australischen Turmplänen. Bei einem in Spanien betriebenen Prototyp fällt die Achse der Turbine mit der Achse des Schornsteins zusammen.
Fantasie oder Realität
Die solare aerodynamische Anlage kombiniert also die Prozesse der Umwandlung von Sonnenenergie in Windenergie und diese in Elektrizität.
Gleichzeitig wird es, wie die Berechnungen zeigen, möglich, die Energie der Sonnenstrahlung aus einem riesigen Bereich der Erdoberfläche zu konzentrieren und in Einzelanlagen große elektrische Energie ohne den Einsatz von Hochtemperaturtechnologien zu gewinnen.
Die Überhitzung der Luft im Kollektor beträgt nur wenige zehn Grad, was das Solarwindkraftwerk grundsätzlich von thermischen, nuklearen und sogar Turmsolarkraftwerken unterscheidet.
Zu den unbestreitbaren Vorteilen von Solar-Wind-Anlagen gehört die Tatsache, dass sie selbst bei großflächiger Umsetzung keine schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt haben.
Doch die Schaffung einer solch exotischen Energiequelle ist mit einer Reihe komplexer technischer Probleme verbunden. Es genügt zu sagen, dass allein der Durchmesser des Turms Hunderte Meter betragen sollte, die Höhe etwa einen Kilometer und die Fläche des Sonnenkollektors Dutzende Quadratkilometer.
Es liegt auf der Hand, dass die Anlage umso mehr Leistung entwickelt, je intensiver die Sonneneinstrahlung ist. Laut Experten ist der Bau von Solarwindkraftwerken am rentabelsten in Gebieten zwischen 30° nördlicher und 30° südlicher Breite auf Flächen, die für andere Zwecke wenig geeignet sind. Die Nutzungsmöglichkeiten des Bergreliefs erregen Aufmerksamkeit. Dadurch werden die Baukosten drastisch gesenkt.
Es tritt jedoch ein weiteres Problem auf, das gewissermaßen für jedes Solarkraftwerk charakteristisch ist, aber bei der Schaffung großer solarer aerodynamischer Anlagen eine besondere Dringlichkeit erlangt. Meistens liegen vielversprechende Gebiete für ihren Bau weit entfernt von energieintensiven Verbrauchern. Außerdem kommt, wie Sie wissen, die Sonnenenergie unregelmäßig auf die Erde.
Kleine Solartürme (mit geringer Leistung) können eine interessante Alternative zur Energieerzeugung für Entwicklungsländer sein, da für deren Bau keine teuren Materialien und Geräte oder hochqualifiziertes Personal während des Betriebs der Struktur erforderlich sind.
Darüber hinaus erfordert der Bau eines Solarturms eine hohe Anfangsinvestition, die wiederum durch die geringen Wartungskosten kompensiert wird, die durch den Wegfall der Brennstoffkosten erreicht werden.
Ein weiterer Nachteil ist jedoch der geringere Wirkungsgrad der Solarenergieumwandlung als z.B in den Spiegelstrukturen von Solarkraftwerken… Dies ist auf die größere Fläche des Kollektors und die höheren Baukosten zurückzuführen.
Es wird erwartet, dass der Solarturm deutlich weniger Energiespeicher benötigt als Windparks oder herkömmliche Solarkraftwerke.
Dies ist auf die Ansammlung von Wärmeenergie zurückzuführen, die nachts freigesetzt werden kann und einen Betrieb des Turms rund um die Uhr ermöglicht, was durch Windparks oder Photovoltaikzellen nicht gewährleistet werden kann, für die das Energiesystem über Energiereserven in Form verfügen muss traditioneller Kraftwerke.
Diese Tatsache erfordert die Schaffung von Energiespeichereinheiten parallel zu solchen Anlagen. Einen besseren Partner als Wasserstoff kennt die Wissenschaft für solche Zwecke bislang nicht. Deshalb halten Experten es für am sinnvollsten, den erzeugten Strom gezielt für die Produktion von Wasserstoff zu nutzen. In diesem Fall wird das Solarwindkraftwerk zu einem der Hauptbestandteile der zukünftigen Wasserstoffenergie.
Daher wird bereits im nächsten Jahr in Australien das weltweit erste kommerzielle Energiespeicherprojekt für festen Wasserstoff umgesetzt. Überschüssige Sonnenenergie wird in festen Wasserstoff namens Natriumborhydrid (NaBH4) umgewandelt.
Dieses ungiftige feste Material kann Wasserstoff wie ein Schwamm absorbieren, das Gas speichern, bis es benötigt wird, und dann Wasserstoff durch Wärme freisetzen. Der freigesetzte Wasserstoff wird dann durch eine Brennstoffzelle geleitet, um Strom zu erzeugen. Dieses System ermöglicht die kostengünstige Speicherung von Wasserstoff bei hoher Dichte und niedrigem Druck, ohne dass eine energieintensive Komprimierung oder Verflüssigung erforderlich ist.
Generell ermöglichen Forschung und Experimente, den Platz von Solar-Windkraftanlagen in der großen Energiewirtschaft in naher Zukunft ernsthaft in Frage zu stellen.