Теплотяговая солнечная ветровая энергетическая башня

Ещё с середины 20 века учёные умы размышляли о возможности масштабного использования солнечной энергии в виде энергетических солнечных башен. Один из предложенных вариантов — тепло-тяговая установка.
В целях практического исследования в Испании в 150 км от Мадрида была построена аэродинамическая (тяготепловая) труба проектной мощностью 50 кВт. Целью проекта было в реальных метеорологических условиях проверить теоретические расчёты и на «живом» примере понять зависимость характеристик установки от различных параметров. Высота башни 195 м, диаметр 5 м, радиус коллектора 122 м при высоте 185 см. Внутри установлены 4 ветрогенератора, которые при разности температур в 20 градусов вырабатывают 50 кВт электричества.

Тепло-тяговая (солнечно ветровая) башня
Тепло-тяговая (солнечно ветровая) башня

Физика работы заключается в следующем. Более тёплые воздушные массы всегда поднимаются вверх, относительно более холодного воздуха. На показанной на рисунке башне предлагается нагревать воздух в коллекторе в сферической площади вокруг трубы. Таким образом, тёплый воздух будет концентрироваться и поступать в вытяжную трубу. Чем больше площадь коллектора и чем больше труба. тем больше тяга и, соответственно, большую полезную мощность можно снимать с восходящего тёплого воздуха.

Схема такой энергетической башни предполагает большой срок службы и низкие эксплуатационные затраты. Инвестиции в строительство соизмеримы со строительством аналогичных по мощности ТЭЦ на сжигаемом или атомном топливе. При этом экологическое влияние и безопасность для людей и природы тепло-тяговой трубы остаётся не превзойдёнными по сравнению с другими тепловыми электро станциями.

Схема энергетической башни
Схема энергетической башни

Турбины, которые преобразуют механическую энергию движения воздушных масс являются по своей сути ветрогенераторами. Технология производства турбин и опыт эксплуатации на сегодня не показывает каких-либо затруднений. Коллектор представляет собой территорию, накрытую под углом прозрачным материалом. Расстояние от земли может составлять до нескольких метров. Конструкция трубы — металлический каркас, обтянутый плотным материалом. Главное требование к трубе это механическая устойчивость к возможным сильным порывам ветра.

Читайте также:  Плунжер

Определиться с выбором материала для коллектора пока достаточно сложно. Ведутся испытания одновременно нескольких возможных вариантов пластика и стекла. Для полных выводов необходимо рассмотреть не только изначальные затраты, но и вес конструкции, стоимость держащих опор, долговечность при различных метеоусловиях (солнечная радиация, заморозки, сильные ветра, песчаные бури), удобство эксплуатации и ремонта. Хоть и более высокие изначальные инвестиции требует стеклянный коллектор, но пока только он значительно выбивается из общего списка по всем остальным показателям.

Проект тепловых станций
Проект тепловых станций

При проведённых испытаниях установлено, что в среднем выработка энергии производится с 9-00 до 15-00 часов на уровне не менее 50% от установленной мощности. Всем становится ясно, что работа башни является зависимой от времени суток и наличия облаков в дневное время. Чтобы сгладить влияние этих факторов предлагается использовать тепловые аккумуляторы, которые во время свечения на них солнца запасают избыточное тепло, а когда появляются облака или наступает тёмное время суток, они начинают отдавать накопленное тепло. При этом в ночные часы, когда окружающий воздух становится значительно прохладнее, эффективность тягово-тепловой башни становится больше.

Для увеличения эффективности использования площадей предлагаются множества идей:

  1. Использование площадей под натянутым коллектором для земледелия.
  2. Установка солнечных батарей, для повышения энергоёмкости установки.
  3. Опреснение воды.
  4. Совместное использование в среде градостроительства для снижения теплопотерь зданий.
  5. Выращивание водорослей.
  6. Рыбное хозяйство.
  7. Сбор дождевой воды.
Земледелие под коллектором тягово-ветровой башни
Земледелие под коллектором тягово-ветровой башни

Таблица предварительных расчётов параметров энергетической башни при ΔТ=20°C:

Мощность, МВт                        0,05        40      100        200
Площадь коллектора, км²     0,05         3,5       20          38
Высота башни, м                    195          750    1000      1000

Читайте также:  В чём отличие поршня от плунжера: достоинства и недостатки.

На сегодняшний день солнечно ветровые станции являются одними из экологичных генераторов энергии, позволяя использовать возобновляемые источники энергии без особых затрат на эксплуатацию.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *