Zonnetoren

De zonnetoren is een hernieuwbare-energiecentrale voor het opwekken van elektriciteit uit zonne-energie. Zon verwarmt de lucht onder een zeer ruime serre-achtige dak collector structuur rondom de centrale basis van een zeer hoge schoorsteen toren. De resulterende convectie zorgt voor een warme lucht opwaartse luchtstroom in de toren door de schoorsteen effect. Deze luchtstroom drives windturbines geplaatst in de schoorsteen of opwaartse luchtstroming rondom de schoorsteen base om elektriciteit te produceren. Plannen voor opgeschaalde versie van demonstratiemodellen zal aanzienlijke energieopwekking mogelijk te maken, en kunnen de ontwikkeling van andere toepassingen, zoals water extractie of destillatie, en de landbouw of de tuinbouw toe te staan.

Als een zonne schoorsteen energiecentrale voorstel voor elektriciteitscentrales, is commerciële investeringen ontmoedigd door de hoge initiële kosten van de bouw van een zeer grote nieuwe structuur, en door het risico van de investering in een haalbaar, maar onbewezen toepassing van zelfs bewezen component technologie voor de lange termijn rendement op de investeringen vooral in vergelijking met de bewezen en aangetoond grotere korte termijn rendement op minder investeringen in kolen- of kerncentrales. Ook de voordelen van 'schone' of zonne-energie technologieën worden gedeeld, en de breed gedeelde schadelijke verontreiniging van de bestaande elektriciteitsproductie technologieën wordt niet als een kostenpost voor de particuliere commerciële investering toegepast. Dit is een goed beschreven economische trade-off tussen particuliere voordeel en gezamenlijke rekening, versus gedeelde voordeel en private kosten.

Ontwerp

Vermogen hangt vooral af van twee factoren: de collector gebied en schoorsteen hoogte. Een groter gebied verzamelt en verwarmt een groter volume lucht te stromen door de schoorsteen; collector gebieden zo groot als 7 kilometers in diameter zijn besproken. Een grotere schoorsteen hoogte verhoogt het drukverschil via de stapel effect; schoorstenen zo hoog als 1000 meter zijn besproken.

Warmte kan worden opgeslagen in de collector gebied. De grond onder de zonnecollector, water in zakken of buizen, of een zoutwater thermische wastafel in de collector kan warmtecapaciteit en inertie toe te voegen aan de verzamelaar. Vochtigheid van de opwaartse luchtstroming en condensatie in de schoorsteen zou de energieflux van het systeem te verhogen.

Turbines met een horizontale as kan in een ring rond de basis van de toren, zoals ooit gepland een Australische project gezien in bovenstaand schema zijn geïnstalleerd; of zoals in het prototype in Spanje een verticale as turbine binnen in het kanaal worden geïnstalleerd.

Kooldioxide wordt alleen verwaarloosbaar uitgezonden als onderdeel van de operaties. Industrie en bouw vereisen een aanzienlijke macht, in het bijzonder om cement te produceren. Netto energie terugverdientijd wordt geschat op 2-3 jaar.

Sinds zonnecollectoren bezetten aanzienlijke hoeveelheden grond, woestijnen en andere laagwaardige sites zijn het meest waarschijnlijk.

Een kleinschalige zonnetoren kan een aantrekkelijke optie voor afgelegen gebieden in ontwikkelingslanden. De relatief low-tech benadering kan leiden tot lokale middelen en arbeid om te worden gebruikt voor de bouw en het onderhoud.

Lokaliseren van een toren op hoge breedtegraden kunnen produceren tot 85 procent van de output van een soortgelijke installatie dichter bij de evenaar ligt, als de collectie gebied aanzienlijk wordt schuin in de richting van de evenaar. De schuine collector veld, die ook fungeert als een schoorsteen, is gebouwd op geschikte berghellingen, met een korte verticale schoorsteen op de bergtop van de verticale as luchtturbine tegemoet. De resultaten toonden aan dat zonne schoorsteen energiecentrales op hoge breedtegraden bevredigende thermische prestaties kan hebben.

Solar opwaartse luchtstroom torens kunnen worden gecombineerd met andere technieken om de productie te verhogen. Thermische zonnecollectoren of fotovoltaïsche kan worden geregeld in de collector kas. Dit kan verder worden gecombineerd met landbouw.

Geschiedenis

In 1903, Isidoro Cabanyes, een kolonel in het Spaanse leger, stelde een zonne schoorsteen energiecentrale in het tijdschrift La Energía Eléctrica. Andere vroege beschrijving werd gepubliceerd in 1931 door de Duitse schrijver Hanns Günther. Te beginnen in 1975, Robert E. Lucier aangevraagde patenten op een zonne schoorsteen elektrische generator; tussen 1978 en 1981 patenten toegekend in Australië, Canada, Israël en de Verenigde Staten.

In 1926 voorgestelde Prof Engineer Bernard Dubos aan de Franse Academie van Wetenschappen de bouw van een zonne-Aero-Electric Power Plant in Noord-Afrika met zijn zonne schoorsteen op de helling van een grote berg. Een berghelling updraft toren kan ook functioneren als een verticale kas.

In 1982, een kleinschalig experimenteel model van een zonne-ontwerp van de toren werd gebouwd in Manzanares, Ciudad Real, 150 km ten zuiden van Madrid, Spanje op 39 ° 02'34.45 "N 3 ° 15'12.21" W / 39,0429028 ° N 3.2533917 ° W / 39.0429028; -3,2533917. De kerncentrale geopereerd voor ongeveer acht jaar. Guy-draden van de toren waren niet beschermd tegen corrosie en niet door roest en storm wind. De toren blies over en werd ontmanteld in 1989.

Goedkope materialen werden gebruikt om hun prestaties te evalueren. De zonne-toren werd gebouwd van ijzer plating slechts 1,25 millimeter dik onder leiding van een Duitse ingenieur, Jörg Schlaich. Het project werd gefinancierd door de Duitse overheid.

De schoorsteen had een lengte van 195 meter en een diameter van 10 meter met een verzamelgebied van 46 hectare en een diameter van 244 meter, het verkrijgen van een maximaal vermogen van ongeveer 50 kW. Verschillende materialen werden gebruikt voor het testen, zoals enkele of dubbele glas of kunststof. Een deel werd gebruikt als een feitelijke kas. Tijdens de operatie, 180 sensoren gemeten binnen en buiten de temperatuur, luchtvochtigheid en windsnelheid gegevens werden verzameld op een seconde per seconde basis. Dit experiment setup niet verkocht energie.

In december 2010, een toren in Jinshawan in Binnen-Mongolië, China begonnen met de werking, het produceren van 200 kilowatt. De 1380000000 RMB project is gestart in mei 2009 en is van plan om 277 hectare te dekken en de productie van 27,5 MW in 2013. De kas wordt verwacht dat het klimaat te verbeteren door het bedekken van los zand, beperken zandstormen.

Een voorstel om een ​​zonnetoren in Fuente el Fresno, Ciudad Real, Spanje te bouwen, zou de titel Ciudad Real Torre Solar de eerste in zijn soort in de Europese Unie en zou 750 meter hoog staan ​​- bijna twee keer zo groot als hoogste structuur van het continent , de Belmont TV Mast - met een oppervlakte van 350 hectare. Verwacht wordt dat 40 MW produceren.

In 2001, EnviroMission voorgesteld om een ​​zonnetoren energiecentrale bekend als Solar Tower Buronga buurt Buronga, New South Wales te bouwen. Het bedrijf heeft het project niet voltooid. Ze hebben plannen voor een vergelijkbare fabriek in Arizona, en het meest recent in Texas, maar er is geen teken van 'Breaking Ground' in een van de voorstellen EnviroMission's.

In december 2011, Hyperion Energy, bestuurd door westerse Australiërs Tony Sage en Dallas Dempster, werd naar verluidt van plan om een ​​1-km-lange zonnetoren te bouwen in de buurt van Meekatharra voor de voeding van Mid-West mijnbouwprojecten.

Op basis van de behoefte aan plannen voor de lange termijn energie strategieën, Botswana ministerie van Wetenschap en Technologie ontwierp en bouwde een kleinschalig onderzoek toren. Dit experiment liep van 7 oktober om 22 november 2005. Het had een binnendiameter van 2 meter en een hoogte van 22 meter, vervaardigd van glasvezelversterkt polyester, met een oppervlakte van ongeveer 160 vierkante meter. Het dak is gemaakt van een 5 mm dik helder glas ondersteund door een stalen raamwerk.

Medio 2008 heeft de Namibische regering keurde een voorstel voor de bouw van een 400 MW zonne schoorsteen genaamd de 'Greentower'. De toren is gepland om 1,5 kilometer lang en 280 meter in diameter, en de basis zal bestaan ​​uit een 37 vierkante kilometer kas waarin cash crops kunnen worden geteeld.

Een model zonnetoren werd gebouwd in Turkije als een civiele engineering project. Functionaliteit en resultaten zijn onduidelijk.

Huis Een klasse-scholier van doe-het-zelf SUT demonstratie voor een school wetenschap fair werd gebouwd en studeerde in 2012, in een suburbane omgeving Connecticut. Met een 7 meter stack en 100 vierkante meter collector, dit leverde een dagelijks gemiddelde 6,34 mW, vanaf een computer ventilator als een turbine. Bezonning en wind waren de belangrijkste factoren die op de variantie in output.

Een uitgebreid overzicht van de theoretische en experimentele aspecten van de zonnetoren energiecentrale ontwikkeling beschikbaar is, met een aanbeveling voor de commerciële ontwikkeling.

Rendement

De zonnetoren heeft een vermogen succespercentage aanzienlijk lager dan veel andere ontwerpen in de thermische zonne-energie groep van verzamelaars. De lage koers is in evenwicht gehouden voor een deel door de lagere kosten per vierkante meter van zonne-collectie.

Modelberekeningen schatten dat een 100 MW een 1000 meter toren en een kas van 20 vierkante kilometer zou vereisen. Een 200 MW toren met dezelfde toren zou een verzamelaar nodig 7 kilometer in diameter. Een 200 MW centrale zal genoeg elektriciteit voor 200.000 huishoudens typische en zal afnemen dan 900.000 ton broeikasgassen produceren van gassen uit het invoeren van het milieu per jaar. De collector gebied zal naar verwachting halen ongeveer 0,5 procent, of 5 W / m² van 1 kW / m², van de zonne-energie die valt op het. Concentreren thermische of fotovoltaïsche zonne-energie installaties variëren van 20% tot 31,25% rendement. Overall CSP / CPV rendement wordt verlaagd omdat verzamelaars hebben geen betrekking op de gehele footprint. Zonder verdere tests, de nauwkeurigheid van deze berekeningen is onzeker. De meeste van de uitsteeksels van de efficiëntie, kosten en opbrengsten theoretisch berekend, dan empirisch afgeleid van demonstraties en worden gezien in vergelijking met andere collector of zonnewarmte transducerende technologieën.

De prestatie van een opwaartse luchtstroom toren kan worden afgebroken door factoren zoals atmosferische winden door weerstand geïnduceerd door de schoren voor het ondersteunen van de schoorsteen, en reflectie van de bovenkant van de kas luifel.

Gerelateerde ideeën en aanpassingen

  • De atmosferische vortex voorstel vervangt de fysieke schoorsteen door een gecontroleerd of 'verankerd' cycloon updraft vortex. Afhankelijk van de kolom gradiënt van temperatuur en druk, of drijfvermogen en stabiliteit van de werveling, kan zeer grote hoogte updraft haalbaar. Als een alternatief voor een zonnecollector, konden industriële en stedelijke afval-warmte wordt gebruikt voor het op gang brengen en de opwaartse luchtstroom in de draaikolk.
  • Telescopische of intrekbare ontwerp kan een zeer hoge schoorsteen te verlagen voor het onderhoud of om stormschade te voorkomen. Luchtballon schoorsteen schorsing is ook voorgesteld.
  • Een zoutwater thermische gootsteen in de collector kan 'plat' de dagelijkse variatie in energie-output, terwijl de luchtstroom bevochtiging in de collector en condensatie in de updraft de energie-flux van het systeem zou kunnen verhogen.
  • Release van vochtige grondniveau lucht uit een atmosferische vortex of zonne schoorsteen op hoogte kunnen wolken en neerslag te vormen, eventueel wijzigen van de lokale hydrologie. Local de woestijnvorming, of bebossing kan worden bereikt als een regionale watercyclus werden opgericht en in stand gehouden in een verder dorre omgeving.
  • De zonne-cycloon distilleerder kan atmosferische water halen door condensatie in de opwaartse luchtstroom van de schoorsteen. Deze zonne-cycloon water distilleerder met een zonnecollector vijver kon de zonnecollector-schoorsteen-systeem voor grootschalige ontzilting van verzamelde pekel, brak- of afvalwater gebundeld in de collector basis aan te passen.
  • Uitgerust met een vortex schoorsteen scrubber, kan de opwaartse luchtstroom worden ontdaan van fijn stof. Afwisselend, kunnen stofdeeltjes gevangen in de updraft dienen als een nucleatie stimulans voor neerslaan, hetzij in de schoorsteen, of op vrijlating hoogte als cloud zaden.
  • Een vorm van zonneboiler technologie direct boven de turbine geplaatst aan de voet van de toren kan de up-ontwerp vergroten.
  • Als de schoorsteen opwaartse luchtstroom is geïoniseerd vortex en vervolgens het elektromagnetische veld kan worden afgetapt stroom via de luchtstroom en de schoorsteen als generator.
  • Energieproductie, ontzilting van water of eenvoudig atmosferische waterwinning kunnen worden gebruikt om koolstof-vaststelling of de productie van levensmiddelen de plaatselijke landbouw, en voor de intensieve aquacultuur en tuinbouw te ondersteunen onder de zonnecollector als een kas.

Financiële haalbaarheid

Een zonne updraft energiecentrale zou een grote initiële investeringskosten nodig, maar zou relatief lage operationele kosten hebben.

Kapitaaluitgaven zou ongeveer hetzelfde zijn als de volgende generatie kerncentrales, zoals de AP-1000 worden op ongeveer $ 5 per watt van de capaciteit. Net als bij andere hernieuwbare energiebronnen, torens hebben geen behoefte aan brandstof. De totale kosten worden grotendeels bepaald door de rente en de jaren van de exploitatie, variërend van 5 eurocent per kWh voor 4% en 20 jaar tot 15 eurocent per kWh voor 12% en de 40 jaar.

Ramingen van de totale kosten variëren van 7 en 21 eurocent per kWh tot 25-35 cent per kWh. Levelized kosten zijn ongeveer 3 eurocent per KWh voor een 100 MW wind of aardgas-installatie. Geen actuele gegevens beschikbaar zijn voor een industriële schaal elektriciteitscentrale.

Zoals met andere zonne-energie, is een mechanisme nodig om de wisselende vermogen mengen met andere energiebronnen. Warmte kan worden opgeslagen in warmte-absorberende materiaal of zoutwaterbekkens. Elektriciteit kan worden opgeslagen in batterijen of andere technologieën.

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen commentaar

Voeg een reactie

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha