Wieża energetyczna (zstępujący)

Ten artykuł dotyczy wytwarzania energii elektrycznej przez prąd zstępujący powstały w wyniku odparowania wody rozpylonej na szczycie wysokiego wydrążonego cylindra. W przypadku innych zastosowań zobacz Wieża energetyczna (ujednoznacznienie) .
Wieża energetyczna śluzy Sharav

Wieża energetyczna to urządzenie służące do wytwarzania energii elektrycznej . Pomysł dr Phillipa Carlsona, rozwinięty przez profesora Dana Zaslavsky'ego z Technion . Wieże energetyczne rozpylają wodę na gorące powietrze na szczycie wieży, powodując, że schłodzone powietrze opada przez wieżę i napędza turbinę na dole wieży.

Pojęcie

Wieża energetyczna (znana również jako wieża energetyczna z prądem zstępującym, ponieważ powietrze przepływa w dół wieży) to wysoki (1000 metrów) i szeroki (400 metrów) wydrążony cylinder z systemem rozpylania wody na szczycie. Pompy podnoszą wodę na szczyt wieży, a następnie rozpylają wodę wewnątrz wieży. Parowanie wody ochładza gorące, suche powietrze unoszące się u góry. Schłodzone powietrze, teraz gęstsze niż cieplejsze powietrze na zewnątrz, przepływa przez cylinder, obracając turbinę na dole. Turbina napędza generator, który wytwarza energię elektryczną.

Im większa różnica temperatur między powietrzem a wodą, tym większa efektywność energetyczna. Dlatego wieże energetyczne z prądem zstępującym powinny działać najlepiej w gorącym i suchym klimacie. Wieże energetyczne wymagają dużych ilości wody. Słona woda jest dopuszczalna, chociaż należy uważać, aby zapobiec korozji, więc odsalanie jest przykładem rozwiązania tego problemu.

Energia pozyskiwana z powietrza ostatecznie pochodzi ze słońca, więc można to uznać za formę energii słonecznej . Produkcja energii trwa nocą , ponieważ po zmroku powietrze zatrzymuje część dziennego ciepła. Jednak na wytwarzanie energii przez wieżę energetyczną ma wpływ pogoda : zwalnia za każdym razem, gdy wzrasta wilgotność otoczenia (np. podczas burzy ) lub spada temperatura .

Podobnym podejściem jest słoneczna wieża wstępująca , która ogrzewa powietrze w szklanych obudowach na poziomie gruntu i wysyła ogrzane powietrze do wieży napędzającej turbiny u podstawy. Wieże z prądem wstępującym nie pompują wody, co zwiększa ich wydajność, ale wymagają dużych ilości ziemi pod kolektory. Koszty nabycia gruntu i budowy kolektorów dla wież z prądem wstępującym należy porównać z kosztami infrastruktury pompowej dla kolektorów z prądem zstępującym. Pod względem operacyjnym utrzymanie konstrukcji kolektorów dla wież z prądem wstępującym należy porównać z kosztami pompowania i konserwacją infrastruktury pomp.

Koszt/efektywność

Zaslavsky i inni autorzy szacują, że w zależności od lokalizacji i kosztów finansowania, energia może być produkowana w przedziale 1-4 centów za kWh, znacznie poniżej alternatywnych źródeł energii innych niż woda. Pompowanie wody wymaga około 50% mocy turbiny. Zasławski twierdzi, że Wieża Energetyczna osiągnęłaby do 70-80% limitu Carnota . Jeśli sprawność konwersji okaże się znacznie niższa, należy spodziewać się niekorzystnego wpływu na prognozy dotyczące kosztów energii.

Prognozy Altmanna i Czischa dotyczące wydajności konwersji i kosztu energii (centy/kWh) opierają się wyłącznie na obliczeniach modelowych, nigdy nie zebrano żadnych danych dotyczących działającej instalacji pilotażowej.

Rzeczywiste pomiary pilotażowej wieży słonecznej Manzanares o mocy 50 kW wykazały wydajność konwersji na poziomie 0,53%, chociaż SBP uważa, że ​​można ją zwiększyć do 1,3% w dużej i ulepszonej jednostce o mocy 100 MW. Stanowi to około 10% teoretycznej granicy cyklu Carnota . Należy zwrócić uwagę na istotną różnicę między propozycjami w wersji wstępnej i wstępnej. Wykorzystanie wody jako czynnika roboczego radykalnie zwiększa potencjał wychwytywania energii cieplnej i wytwarzania energii elektrycznej ze względu na jej właściwą pojemność cieplną. Chociaż projekt może mieć swoje problemy (patrz następna sekcja), a deklarowane twierdzenia dotyczące wydajności nie zostały jeszcze wykazane, błędem byłoby ekstrapolowanie wydajności z jednego na drugi tylko z powodu podobieństw w nazwie.

Potencjalne problemy

  • W słonym wilgotnym powietrzu szybkość korozji może być bardzo wysoka. Dotyczy to wieży i turbin.
  • Technologia wymaga gorącego i suchego klimatu. Takie lokalizacje obejmują wybrzeże Afryki Zachodniej , Australii Zachodniej , północnego Chile , Namibii , Morza Czerwonego , Zatoki Perskiej i Zatoki Kalifornijskiej . Większość z tych regionów jest odległa i słabo zaludniona i wymagałaby transportu energii na duże odległości tam, gdzie jest potrzebna. Alternatywnie, takie elektrownie mogłyby dostarczać energię na potrzeby pobliskich zastosowań przemysłowych, takich jak zakłady odsalania , produkcja aluminium w procesie Halla-Héroulta lub wytwarzanie wodoru do produkcji amoniaku .
  • Wilgotność w wyniku działania elektrowni może stanowić problem dla pobliskich społeczności. Elektrownia o średnicy 400 metrów, wytwarzająca wiatr o prędkości 22 metrów na sekundę, musi dodać około 15 gramów wody na kilogram przetworzonego powietrza. Odpowiada to 41 tonom wody na sekundę (m 3 s −1 ). W przypadku wilgotnego powietrza jest to 10 kilometrów sześciennych bardzo wilgotnego powietrza na godzinę. W ten sposób społeczność oddalona nawet o 100 kilometrów może zostać nieprzyjemnie dotknięta.
  • Solanka jest problemem proporcjonalnym do tworzonej wilgoci, ponieważ prężność pary wodnej spada wraz z zasoleniem, rozsądne jest oczekiwanie co najmniej takiej samej ilości solanki jak wody w wilgotności. Oznacza to, że rzeka solanki wypływa z elektrowni z prędkością 41 ton na sekundę (m 3 s -1 ), wraz z rzeką słonej wody wpływającą z 82 tonami wody na sekundę (m 3 s -1 ).

Duzi odbiorcy przemysłowi często lokują się w pobliżu tanich źródeł energii elektrycznej. Jednak w wielu z tych regionów pustynnych brakuje również niezbędnej infrastruktury , co zwiększa wymogi kapitałowe i ogólne ryzyko.

Projekt demonstracyjny

Firma Solar Wind Energy, Inc. z siedzibą w Maryland rozwijała wieżę o wysokości 685 metrów (2247 stóp). Zgodnie z najnowszymi specyfikacjami projektowymi wieża zaprojektowana dla lokalizacji w pobliżu San Luis w Arizonie ma zdolność produkcyjną brutto do 1250 megawatogodzin na godzinę. Ze względu na mniejsze moce w dni zimowe, średnia dobowa produkcja do sprzedaży do sieci w całym roku wynosi średnio około 435 megawatogodzin/h.

Zobacz też

  1. ^ „Wieża Downdraft firmy Solar Wind Energy generuje własny wiatr przez cały rok” . Gizmag.com. 19 czerwca 2014 . Źródło 2014-06-19 .
  2. ^ Patent USA 3 894 393 , Carlson; Phillip R., „Wytwarzanie energii poprzez konwekcję kontrolowaną (wytwarzanie energii elektrycznej w powietrzu)”, wydane 15.07.1975  
  3.   ^ Zasławski, Dan; Rami Guetta i in. (grudzień 2001). „ Wieże energetyczne do produkcji energii elektrycznej i odsolonej wody bez kolektora” (PDF) . Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 29.08.2006. (435KB) . Technion Izrael, Izrael - Indie Komitet Sterujący. Źródło 2007-03-15.
  4. ^ Altman, Talia; Dan Zasławski; Ramiego Guetty; Gregor Czisch (maj 2006). „Ocena potencjału zaopatrzenia w energię elektryczną i odsoloną wodę przy użyciu technologii„ Wież energetycznych ”dla Australii, Ameryki i Afryki” (PDF) . Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 2007-09-27 . Źródło 2007-03-18 .
  5. Bibliografia _ Y. Karmel; R.Guetta; D. Zasławski; Y. Doytsher (czerwiec 2005). „Ocena potencjału„ wieży energetycznej ”w Australii przy użyciu modelu matematycznego i GIS” (PDF) . Energia słoneczna . Elsevier Ltd. 78 (6): 799–808. Bibcode : 2005SoEn...78..799A . doi : 10.1016/j.solener.2004.08.025 . Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 31.03.2007 . Źródło 2007-03-12 .
  6. ^ Czisch, Gregor (czerwiec 2005). „Ocena globalnego potencjału wież energetycznych” . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 11.03.2007 . Źródło 2007-03-13 .
  7. ^ Czisch, Gregor (wrzesień 2001). „System aeroelektrycznej oazy” . Globalny potencjał energii odnawialnej, podejścia do jego wykorzystania . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 11.03.2007 . Źródło 2007-03-13 .
  8. ^   Gutman, Per-Olof; Eran Horesz; Ramiego Guetty; Michał Borszczewski (2003-04-29). „Sterowanie Elektrownią Lotniczą – ekscytująca aplikacja QFT na miarę XXI wieku”. International Journal of Solid and Nonlinear Control . John Wiley & Sons, Ltd. 13 (7): 619–636. doi : 10.1002/rnc.828 . S2CID 121135191 .
  9. ^ Młyny D (2004). „Postępy w technologii słonecznej energii elektrycznej”. Energia słoneczna . 76 (1–3): 19–31. Bibcode : 2004SoEn...76...19M . doi : 10.1016/S0038-092X(03)00102-6 .
  10. ^ Zasławski, Dan (2006). „Wieże Energetyczne” . PhysicaPlus . Izraelskie Towarzystwo Fizyczne (7). Zarchiwizowane od oryginału w dniu 14.08.2006 . Źródło 2007-03-13 .
  11. ^ Zwirn, Michael J. (styczeń 1997). Wieże energetyczne: zalety i wady propozycji alternatywnej energii Arubota Sharav . Arava Instytut Badań nad Środowiskiem. Źródło 22.12.2006 .
  12. Zaslavsky, Dan (listopad 1996). „Energia słoneczna bez kolektora” . Trzecia Konferencja Sabina .

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Energy_tower_(downdraft)&oldid=1137647450 ”