太陽能上升塔（太陽能氣動發電廠）

太陽升塔 — 太陽能發電廠的一種。空氣在一個巨大的太陽能收集器（類似於溫室）中被加熱，上升並通過高高的煙囪塔排出。流動的空氣驅動渦輪機發電。該試點工廠於 1980 年代在西班牙運營。

太陽和風是兩種取之不盡、用之不竭的能源。他們可以被迫在同一個團隊工作嗎？第一個回答這個問題的是……達芬奇。早在 16 世紀，他就設計了一種以微型風車為動力的機械裝置。它的葉片在被太陽加熱的上升氣流中旋轉。

西班牙和德國的專家選擇了新卡斯蒂利亞高原東南部的拉曼恰平原作為進行獨特實驗的地點。怎能不記得，文藝復興時期另一位傑出的創作者米格爾·德·塞萬提斯小說中的主人公勇敢的騎士唐吉訶德正是在這裡與風車搏鬥的。

1903年西班牙上校 Isidoro Cabañez 發布了一個太陽能塔項目。 1978 年至 1981 年間，這些專利分別在美國、加拿大、澳大利亞和以色列頒發。

1982年在西班牙小鎮附近 曼薩納雷斯 它在馬德里以南 150 公里處建造和測試 太陽能風力發電廠示範模型，它實現了萊昂納多的眾多工程理念之一。

該裝置包含三個主要部分：一個垂直管道（塔、煙囪）、一個位於其底部周圍的太陽能收集器和一個特殊的渦輪發電機。

太陽能風力渦輪機的工作原理非常簡單。收集器的作用是由聚合物薄膜製成的重疊部分（例如溫室）可以很好地傳輸太陽輻射。

同時，該薄膜對其下方受熱地球表面發出的紅外線是不透明的。因此，與任何溫室一樣，存在溫室效應。同時，太陽輻射能的主要部分保留在集熱器下方，加熱地面與地板之間的空氣層。

收集器中的空氣溫度明顯高於周圍大氣。結果，塔中產生了強大的上升氣流，就像萊昂納多風車一樣，它轉動了渦輪發電機的葉片。

太陽能風力發電廠示意圖

太陽能塔的能源效率間接取決於兩個因素：集熱器的尺寸和堆疊的高度。使用大型集熱器時，會加熱更多的空氣，這會導致其流過煙囪的速度更快。

曼薩納雷斯鎮的裝置是一個非常令人印象深刻的結構。塔高200米，直徑10米，太陽能集熱器直徑250米，設計功率50千瓦。

該研究項目的目的是進行現場測量，以確定實際工程和氣象條件下的安裝特性。

安裝測試成功。計算的準確性、塊的效率和可靠性、工藝過程控制的簡單性已通過實驗得到證實。

得出的另一個重要結論是：容量已經達到 50 兆瓦的太陽能風力發電廠已經變得非常有利可圖。這一點更為重要，因為其他類型的太陽能發電廠（塔式、光伏發電）的發電成本仍然比火力發電廠高 10 到 100 倍。

這座位於曼薩納雷斯的發電廠令人滿意地運行了大約 8 年，並於 1989 年被颶風摧毀。

計劃結構

位於西班牙雷阿爾城的“Ciudad Real Torre Solar”發電廠。 計劃建設佔地 350 公頃，結合 750 米高的煙囪將產生 40 兆瓦的輸出功率。

Burong太陽能塔。 2005 年初，EnviroMission 和 SolarMission Technologies Inc. 2008 年開始收集澳大利亞新南威爾士州周圍的天氣數據，試圖建造一個全面運行的太陽能發電廠。該項目可以開發的最大電力輸出高達 200 兆瓦。

由於缺乏澳大利亞當局的支持，EnviroMission 放棄了這些計劃，並決定在美國亞利桑那州建造一座塔。

原計劃的太陽能塔高度為1公里，底部直徑為7公里，面積為38平方公里。這樣，太陽能塔將提取約0.5%的太陽能（1千瓦/ m2) 關閉時輻射。

在煙道的較高高度，會出現更大的壓降，這是由所謂的煙囪效應，這反過來又會導致通過的空氣速度更高。

增加煙囪的高度和收集器的表面積將增加通過渦輪機的氣流，從而增加產生的能量。

熱量可以積聚在收集器表面下方，通過將熱量散發到涼爽的空氣中，迫使其在夜間循環，從而為塔提供動力，使其遠離太陽。

具有相對較高熱容量的水可以填充位於收集器下方的管道，必要時增加返回的能量。

風力渦輪機可以水平安裝在收集器到塔的連接中，類似於澳大利亞的塔計劃。在西班牙運行的原型機中，渦輪機的軸線與煙囪的軸線重合。

幻想還是現實

因此，太陽能氣動裝置結合了將太陽能轉化為風能，再將風能轉化為電能的過程。

同時，正如計算表明的那樣，可以在不使用高溫技術的情況下從地球表面的巨大區域集中太陽輻射的能量，並在單個裝置中獲得大量電能。

集熱器中空氣的過熱度只有幾十度，這從根本上將太陽能風力發電廠與火力發電廠、核能發電廠甚至塔式太陽能發電廠區分開來。

太陽能風能裝置無可爭辯的優勢包括即使大規模實施，也不會對環境產生有害影響。

但是，這種奇異能源的創造與許多複雜的工程問題有關。只要說塔的直徑就應該有數百米，高度 - 大約一公里，太陽能收集器的面積 - 幾十平方公里就夠了。

很明顯，太陽輻射越強，裝置產生的能量就越大。據專家介紹，在北緯30°至南緯30°之間不太適合其他用途的土地上建造太陽能風力發電廠最有利可圖。使用山地浮雕的選項引起了人們的注意。這將大大降低建設成本。

然而，另一個問題出現了，在某種程度上是任何太陽能發電廠的特徵，但在創建大型太陽能空氣動力學裝置時變得特別緊迫。大多數情況下，有前途的建設區域遠離能源密集型消費者。另外，如您所知，太陽能不規律地到達地球。

小型（低功率）太陽能塔可能是發展中國家產生能源的有趣替代方案，因為它們的建造在結構運行期間不需要昂貴的材料和設備或高技能人員。

此外，太陽能塔的建造需要大量的初始投資，而由於沒有燃料成本而實現的低維護成本反過來又彌補了這一點。

然而，另一個缺點是太陽能轉換效率低於例如 在太陽能發電廠的鏡面結構中……這是由於集熱器佔用面積較大，建設成本較高。

與風電場或傳統太陽能發電廠相比，太陽能塔預計需要更少的能量存儲。

這是由於可以在夜間釋放的熱能積累，這將使塔可以全天候運行，這是風電場或光伏電池無法保證的，為此能源系統必須以形式存在能量儲備的傳統發電廠。

這一事實表明需要創建與此類裝置串聯的能量存儲單元。對於此類目的，科學還沒有找到比氫更好的合作夥伴。這就是為什麼專家認為將裝置產生的電力專門用於生產氫氣是最方便的。在這種情況下，太陽能風力發電廠成為未來氫能的主要組成部分之一。

所以明年，世界上第一個商業規模的固體氫儲能項目將在澳大利亞實施。多餘的太陽能將轉化為固體氫，稱為硼氫化鈉 (NaBH4)。

這種無毒的固體材料可以像海綿一樣吸收氫氣，儲存氣體直到需要，然後利用熱量釋放氫氣。然後釋放的氫氣通過燃料電池發電。該系統允許以高密度和低壓廉價地儲存氫氣，而不需要能量密集型壓縮或液化。

總的來說，研究和實驗可以在不久的將來認真質疑太陽能風力發電廠在大型能源行業中的地位。