Solar Rising Tower (Solární aerodynamická elektrárna)

Solar Ascending Tower — jeden z typů solárních elektráren. Vzduch se ohřívá v obrovském solárním kolektoru (podobném skleníku), stoupá vzhůru a vystupuje vysokou komínovou věží. Pohybující se vzduch pohání turbíny k výrobě elektřiny. Pilotní závod fungoval ve Španělsku v 80. letech 20. století.

Slunce a vítr jsou dva nevyčerpatelné zdroje energie. Mohou být nuceni pracovat ve stejném týmu? První, kdo na tuto otázku odpověděl, byl ... Leonardo da Vinci. Již v 16. století zkonstruoval mechanické zařízení poháněné miniaturním větrným mlýnem. Jeho lopatky se točí v proudu stoupajícího vzduchu ohřátého sluncem.

Španělští a němečtí odborníci si jako místo pro provedení unikátního experimentu vybrali planinu La Mancha v jihovýchodní části náhorní plošiny Nová Kastilie. Jak bychom si nevzpomněli, že právě zde bojoval s větrnými mlýny statečný rytíř Don Quijote, hlavní postava románu Miguela de Cervantese, dalšího vynikajícího tvůrce renesance.

V roce 1903Španělský plukovník Isidoro Cabañez zveřejnil projekt solární věže. V letech 1978 až 1981 byly tyto patenty vydány v USA, Kanadě, Austrálii a Izraeli.

V roce 1982 poblíž španělského města Manzanares Byl postaven a testován 150 km jižně od Madridu demonstrační model solární větrné elektrárny, která realizovala jeden z mnoha Leonardových inženýrských nápadů.

Instalace obsahuje tři hlavní bloky: vertikální potrubí (věž, komín), solární kolektor umístěný kolem jeho základny a speciální turbínový generátor.

Princip fungování solární větrné turbíny je extrémně jednoduchý. Kolektor, jehož roli plní překrytí z polymerového filmu, například skleník, dobře propouští sluneční záření.

Fólie je zároveň neprůhledná pro infračervené paprsky, které vyzařuje zahřátý zemský povrch pod ní. Výsledkem je, jako v každém skleníku, skleníkový efekt. Hlavní část energie slunečního záření přitom zůstává pod kolektorem a ohřívá vzduchovou vrstvu mezi zemí a podlahou.

Vzduch v kolektoru má výrazně vyšší teplotu než okolní atmosféra. Výsledkem je, že ve věži vzniká silný vzestupný proud, který stejně jako v případě větrného mlýna Leonardo roztáčí lopatky turbínového generátoru.

Schéma solární větrné elektrárny

Energetická účinnost solární věže je nepřímo závislá na dvou faktorech: velikosti kolektoru a výšce zásobníku. U velkého kolektoru se ohřívá větší objem vzduchu, což způsobuje větší rychlost jeho proudění komínem.

Instalace ve městě Manzanares je velmi působivá stavba.Výška věže je 200 m, průměr je 10 m, průměr solárního kolektoru je 250 m. Jeho návrhový výkon je 50 kW.

Účelem tohoto výzkumného projektu bylo provést terénní měření, určit charakteristiky instalace v reálných technických a meteorologických podmínkách.

Instalační testy byly úspěšné. Experimentálně byla potvrzena přesnost výpočtů, účinnost a spolehlivost bloků, jednoduchost řízení technologického procesu.

Byl učiněn další důležitý závěr: již s výkonem 50 MW se solární větrná elektrárna stává poměrně ziskovou. To je ještě důležitější, protože náklady na elektřinu vyrobenou jinými typy solárních elektráren (věžové, fotovoltaické) jsou stále 10 až 100krát vyšší než v tepelných elektrárnách.

Tato elektrárna v Manzanares fungovala uspokojivě asi 8 let a byla zničena hurikánem v roce 1989.

Plánované struktury

Elektrárna «Ciudad Real Torre Solar» v Ciudad Real ve Španělsku. Plánovaná stavba má zabírat plochu 350 hektarů, což v kombinaci se 750 metrů vysokým komínem vygeneruje 40 MW výstupního výkonu.

Solární věž Burong. Na začátku roku 2005, EnviroMission a SolarMission Technologies Inc. začala v roce 2008 shromažďovat data o počasí v okolí Nového Jižního Walesu, aby se pokusila postavit plně funkční solární elektrárnu. Maximální elektrický výkon, který tento projekt mohl vyvinout, byl až 200 MW.

Kvůli nedostatku podpory ze strany australských úřadů EnviroMission od těchto plánů upustila a rozhodla se postavit věž v Arizoně v USA.

Původně plánovaná solární věž měla mít výšku 1 km, průměr základny 7 km a plochu 38 km2. Solární věž tak odebere asi 0,5 % solární energie (1 kW / m2), který je vyzařován při zavřeném.

Při vyšší úrovni kouřovodu dochází k většímu poklesu tlaku, způsobenému tzv komínový efekt, který následně způsobuje vyšší rychlost procházejícího vzduchu.

Zvětšením výšky komínu a plochy kolektoru se zvýší průtok vzduchu turbínami a tím i množství vyrobené energie.

Teplo se může akumulovat pod povrchem kolektoru, kde bude využito k napájení věže ze slunce tím, že se teplo rozptýlí do studeného vzduchu, což jej přinutí cirkulovat v noci.

Voda, která má poměrně vysokou tepelnou kapacitu, může naplnit potrubí umístěné pod kolektorem a v případě potřeby zvýšit množství vrácené energie.

Větrné turbíny mohou být namontovány vodorovně ve spojení kolektor-věž, podobně jako plány australských věží. U prototypu provozovaného ve Španělsku se osa turbíny shoduje s osou komína.

Fantazie nebo realita

Solární aerodynamická instalace tedy kombinuje procesy přeměny sluneční energie na větrnou energii a tu na elektřinu.

Současně, jak ukazují výpočty, je možné koncentrovat energii slunečního záření z obrovské plochy zemského povrchu a získávat velkou elektrickou energii v jednotlivých instalacích bez použití vysokoteplotních technologií.

Přehřívání vzduchu v kolektoru je jen pár desítek stupňů, čímž se solární větrná elektrárna zásadně odlišuje od tepelných, jaderných a dokonce i věžových solárních elektráren.

Mezi nesporné výhody solárně-větrných instalací patří skutečnost, že i když budou realizovány ve velkém měřítku, nebudou mít škodlivý dopad na životní prostředí.

Ale vytvoření takového exotického zdroje energie je spojeno s řadou složitých inženýrských problémů. Stačí říci, že průměr samotné věže by měl být stovky metrů, výška - asi kilometr, plocha solárního kolektoru - desítky kilometrů čtverečních.

Je zřejmé, že čím intenzivnější je sluneční záření, tím větší výkon instalace vyvine. Podle odborníků je nejvýnosnější stavět solární větrné elektrárny v oblastech ležících mezi 30° severní a 30° jižní šířky na pozemcích, které nejsou příliš vhodné pro jiné účely. Pozornost přitahují možnosti využití horského reliéfu. Tím se výrazně sníží náklady na výstavbu.

Objevuje se však další problém, do jisté míry charakteristický pro každou solární elektrárnu, ale nabývá zvláštní naléhavosti při vytváření velkých solárních aerodynamických instalací. Nejčastěji jsou perspektivní oblasti pro jejich výstavbu daleko od energeticky náročných spotřebitelů. Také, jak víte, sluneční energie přichází na Zemi nepravidelně.

Malé (nízkoenergetické) solární věže mohou být zajímavou alternativou k výrobě energie pro rozvojové země, protože jejich stavba nevyžaduje drahé materiály a zařízení ani vysoce kvalifikovaný personál při provozu stavby.

Stavba solární věže navíc vyžaduje velké počáteční investice, které jsou zase kompenzovány nízkými náklady na údržbu dosaženými absencí nákladů na palivo.

Další nevýhodou je však nižší účinnost přeměny solární energie než např v zrcadlových strukturách solárních elektráren… Důvodem je větší plocha kolektoru a vyšší stavební náklady.

Očekává se, že solární věž bude vyžadovat mnohem méně skladování energie než větrné farmy nebo tradiční solární elektrárny.

Je to způsobeno akumulací tepelné energie, která se může uvolňovat v noci, což umožní věži pracovat nepřetržitě, což nemohou zaručit větrné elektrárny nebo fotovoltaické články, pro které musí mít energetický systém energetické rezervy ve formě tradičních elektráren.

Tato skutečnost diktuje potřebu vytvářet jednotky pro skladování energie v tandemu s takovými instalacemi. Věda zatím nezná lepšího partnera pro takové účely, než je vodík. Proto odborníci považují za nejúčelnější využít elektřinu vyrobenou zařízením speciálně pro výrobu vodíku. V tomto případě se solární větrná elektrárna stává jednou z hlavních součástí budoucí vodíkové energie.

Takže již příští rok bude v Austrálii realizován první projekt skladování energie pevného vodíku na světě v komerčním měřítku. Přebytečná sluneční energie se přemění na pevný vodík nazývaný borohydrid sodný (NaBH4).

Tento netoxický pevný materiál může absorbovat vodík jako houba, skladovat plyn, dokud není potřeba, a poté uvolňovat vodík pomocí tepla. Uvolněný vodík pak prochází palivovým článkem k výrobě elektřiny. Tento systém umožňuje levné skladování vodíku při vysoké hustotě a nízkém tlaku bez nutnosti energeticky náročné komprese nebo zkapalňování.

Obecně lze říci, že výzkumy a experimenty umožňují v blízké budoucnosti vážně zpochybnit místo solárních větrných elektráren ve velké energetice.