Solar Rising Tower (Planta de energía solar aerodinámica)
Torre solar ascendente - uno de los tipos de plantas de energía solar. El aire se calienta en un enorme colector solar (similar a un invernadero), asciende y sale por una alta torre de chimenea. El aire en movimiento mueve turbinas para generar electricidad. La planta piloto funcionó en España en los años 80.
El sol y el viento son dos fuentes inagotables de energía. ¿Se les puede obligar a trabajar en el mismo equipo? El primero en responder a esta pregunta fue... Leonardo da Vinci. Ya en el siglo XVI, diseñó un dispositivo mecánico accionado por un molino de viento en miniatura. Sus aspas giran en una corriente de aire ascendente calentado por el sol.
Expertos españoles y alemanes eligieron la llanura manchega, en el sureste de la meseta de Castilla la Nueva, como lugar para realizar un experimento único. Cómo no recordar que fue aquí donde el bravo caballero Don Quijote, protagonista de la novela de Miguel de Cervantes, otro destacado creador del Renacimiento, luchó contra los molinos de viento.
en 1903El coronel español Isidoro Cabañez publicó un proyecto para una torre solar. Entre 1978 y 1981, estas patentes se emitieron en EE. UU., Canadá, Australia e Israel.
En 1982 cerca de un pueblo español Manzanares Fue construido y probado a 150 km al sur de Madrid modelo de demostración de una planta de energía eólica solar, que realizó una de las muchas ideas de ingeniería de Leonardo.
La instalación consta de tres bloques principales: una tubería vertical (torre, chimenea), un colector solar ubicado alrededor de su base y un generador de turbina especial.
El principio de funcionamiento de un aerogenerador solar es extremadamente simple. El colector, cuya función se realiza mediante una superposición hecha de una película de polímero, por ejemplo, un invernadero, transmite bien la radiación solar.
Al mismo tiempo, la película es opaca a los rayos infrarrojos emitidos por la superficie terrestre calentada debajo de ella. Como resultado, como en cualquier invernadero, se produce un efecto invernadero. Al mismo tiempo, la mayor parte de la energía de la radiación solar permanece bajo el colector, calentando la capa de aire entre el suelo y el suelo.
El aire en el colector tiene una temperatura significativamente más alta que la atmósfera circundante. Como resultado, se genera una poderosa corriente ascendente en la torre que, como en el caso del molino de viento Leonardo, hace girar las palas del generador de turbina.
Esquema de una planta de energía eólica solar.
La eficiencia energética de una torre solar depende indirectamente de dos factores: el tamaño del colector y la altura de la pila. Con un colector grande se calienta un mayor volumen de aire, lo que provoca una mayor velocidad de su paso por la chimenea.
La instalación en el pueblo de Manzanares es una estructura muy impresionante.La altura de la torre es de 200 m, el diámetro de 10 m, el diámetro del colector solar de 250 m, su potencia de diseño es de 50 kW.
El propósito de este proyecto de investigación fue realizar mediciones de campo, para determinar las características de la instalación en condiciones reales de ingeniería y meteorológicas.
Las pruebas de instalación fueron exitosas. La precisión de los cálculos, la eficiencia y fiabilidad de los bloques, la simplicidad del control del proceso tecnológico se han confirmado experimentalmente.
Se llegó a otra conclusión importante: ya con una capacidad de 50 MW, una planta de energía eólica solar se vuelve bastante rentable. Esto es aún más importante porque el costo de la electricidad generada por otro tipo de plantas de energía solar (torre, fotovoltaica) sigue siendo de 10 a 100 veces mayor que en las centrales térmicas.
Esta central de Manzanares funcionó satisfactoriamente durante unos 8 años y fue destruida por un huracán en 1989.
Estructuras planificadas
Central eléctrica «Ciudad Real Torre Solar» en Ciudad Real en España. La construcción prevista es para cubrir un área de 350 hectáreas, que en combinación con una chimenea de 750 metros de altura generará 40 MW de potencia de salida.
Torre solar Burong. A principios de 2005, EnviroMission y SolarMission Technologies Inc. comenzó a recopilar datos meteorológicos en Nueva Gales del Sur, Australia, para intentar construir una planta de energía solar completamente operativa en 2008. La producción eléctrica máxima que este proyecto podría desarrollar era de hasta 200 MW.
Debido a la falta de apoyo de las autoridades australianas, EnviroMission abandonó estos planes y decidió construir una torre en Arizona, EE. UU.
Se suponía que la torre solar planeada originalmente tendría una altura de 1 km, un diámetro de base de 7 km y un área de 38 km2. De esta manera, la torre solar extraerá alrededor del 0,5% de la energía solar (1 kW / m2) que se radia en cerrado.
A mayor nivel de la chimenea se produce una mayor caída de presión, provocada por el llamado efecto chimenea, que a su vez provoca una mayor velocidad del aire que pasa.
Al aumentar la altura de la chimenea y la superficie del colector, aumentará el flujo de aire a través de las turbinas y, por lo tanto, la cantidad de energía producida.
El calor puede acumularse debajo de la superficie del colector, donde se utilizará para alimentar la torre del sol disipando el calor en aire frío, obligándolo a circular durante la noche.
El agua, que tiene una capacidad calorífica relativamente alta, puede llenar las tuberías ubicadas debajo del colector, aumentando la cantidad de energía devuelta si es necesario.
Las turbinas eólicas se pueden montar horizontalmente en una conexión de colector a torre, similar a los planes de torre australianos. En un prototipo en funcionamiento en España, el eje de la turbina coincide con el eje de la chimenea.
Fantasía o realidad
Así, la instalación aerodinámica solar combina los procesos de conversión de la energía solar en energía eólica, y esta última en electricidad.
Al mismo tiempo, como muestran los cálculos, es posible concentrar la energía de la radiación solar de una gran área de la superficie terrestre y obtener una gran cantidad de energía eléctrica en instalaciones individuales sin el uso de tecnologías de alta temperatura.
El sobrecalentamiento del aire en el colector es de solo unas pocas decenas de grados, lo que distingue fundamentalmente a la central solar eólica de las centrales térmicas, nucleares e incluso solares de torre.
Las ventajas indiscutibles de las instalaciones solar-eólicas incluyen el hecho de que, incluso si se implementan a gran escala, no tendrán un impacto dañino en el medio ambiente.
Pero la creación de una fuente de energía tan exótica está asociada con una serie de problemas de ingeniería complejos. Basta decir que solo el diámetro de la torre debe ser de cientos de metros, la altura, aproximadamente un kilómetro, el área del colector solar, decenas de kilómetros cuadrados.
Es evidente que cuanto más intensa es la radiación solar, más potencia desarrolla la instalación. Según los expertos, es más rentable construir plantas de energía eólica solar en áreas ubicadas entre los 30° norte y los 30° sur de latitud en terrenos que no son muy aptos para otros fines. Llaman la atención las opciones de aprovechamiento del relieve montañoso. Esto reducirá drásticamente los costos de construcción.
Sin embargo, surge otro problema, en cierta medida característico de cualquier planta de energía solar, pero que adquiere una especial urgencia a la hora de crear grandes instalaciones aerodinámicas solares. Muy a menudo, las áreas prometedoras para su construcción están lejos de los consumidores intensivos en energía. Además, como sabéis, la energía solar llega a la Tierra de forma irregular.
Las torres solares pequeñas (de baja potencia) pueden ser una alternativa interesante para generar energía para los países en desarrollo, ya que su construcción no requiere de materiales y equipos costosos ni de personal altamente calificado durante la operación de la estructura.
Además, la construcción de una torre solar requiere una gran inversión inicial, que a su vez se compensa con los bajos costes de mantenimiento que se consiguen por la ausencia de costes de combustible.
Sin embargo, otra desventaja es la menor eficiencia de la conversión de energía solar que, por ejemplo, en las estructuras de espejo de las plantas de energía solar… Esto se debe a la mayor área ocupada por el colector y los mayores costos de construcción.
Se espera que la torre solar requiera mucho menos almacenamiento de energía que los parques eólicos o las plantas de energía solar tradicionales.
Esto se debe a la acumulación de energía térmica que puede liberarse durante la noche, lo que permitirá que la torre funcione las 24 horas del día, lo que no puede ser garantizado por parques eólicos o celdas fotovoltaicas, para lo cual el sistema de energía debe tener reservas de energía en forma de las centrales eléctricas tradicionales.
Este hecho dicta la necesidad de crear unidades de almacenamiento de energía en conjunto con dichas instalaciones. La ciencia aún no conoce un socio mejor para tales fines que el hidrógeno. Por eso, los expertos consideran más conveniente utilizar la electricidad generada por la instalación específicamente para la producción de hidrógeno. En este caso, la planta de energía eólica solar se convierte en uno de los principales componentes de la futura energía del hidrógeno.
Entonces, el próximo año, se implementará en Australia el primer proyecto de almacenamiento de energía de hidrógeno sólido a escala comercial del mundo. El exceso de energía solar se convertirá en hidrógeno sólido llamado borohidruro de sodio (NaBH4).
Este material sólido no tóxico puede absorber hidrógeno como una esponja, almacenar el gas hasta que se necesite y luego liberar hidrógeno usando calor. El hidrógeno liberado luego pasa a través de una celda de combustible para generar electricidad. Este sistema permite que el hidrógeno se almacene de manera económica a alta densidad y baja presión sin la necesidad de una compresión o licuefacción que consume mucha energía.
En general, la investigación y los experimentos permiten cuestionar seriamente el lugar de las plantas de energía eólica solar en la gran industria energética en el futuro cercano.