Solar Rising Tower (โรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์)

หอคอยพลังงานแสงอาทิตย์ — หนึ่งในประเภทของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ อากาศถูกทำให้ร้อนในตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ (คล้ายกับเรือนกระจก) ลอยขึ้นและออกผ่านหอปล่องไฟสูง อากาศที่เคลื่อนที่จะขับเคลื่อนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โรงงานนำร่องดำเนินการในสเปนในทศวรรษที่ 1980

ดวงอาทิตย์และลมเป็นแหล่งพลังงานสองแหล่งที่ไม่รู้จักหมดสิ้น สามารถถูกบังคับให้ทำงานในทีมเดียวกันได้หรือไม่? คนแรกที่ตอบคำถามนี้คือ ... Leonardo da Vinci ในช่วงต้นศตวรรษที่ 16 เขาได้ออกแบบอุปกรณ์กลไกที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันลมขนาดเล็ก ใบมีดของมันหมุนในกระแสลมที่ร้อนขึ้นจากดวงอาทิตย์

ผู้เชี่ยวชาญชาวสเปนและเยอรมันเลือกที่ราบลามันชาทางตะวันออกเฉียงใต้ของที่ราบสูงนิวคาสตีลเป็นสถานที่ทำการทดลองที่ไม่เหมือนใคร เราจะจำไม่ได้ได้อย่างไรว่าที่นี่คือ Don Quixote อัศวินผู้กล้าหาญซึ่งเป็นตัวละครหลักของนวนิยายโดย Miguel de Cervantes ผู้สร้างยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาที่โดดเด่นอีกคนหนึ่งต่อสู้กับกังหันลม

ในปี 1903อิสซิโดโร กาบาเนซ พันเอกชาวสเปนได้เผยแพร่โครงการสำหรับหอคอยพลังงานแสงอาทิตย์ ระหว่างปี พ.ศ. 2521 ถึง พ.ศ. 2524 สิทธิบัตรเหล่านี้ออกในสหรัฐอเมริกา แคนาดา ออสเตรเลีย และอิสราเอล

ในปี 1982 ใกล้เมืองสเปน มันซานาเรส มันถูกสร้างและทดสอบ 150 กม. ทางตอนใต้ของมาดริด แบบจำลองสาธิตโรงไฟฟ้าพลังงานลมพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งหนึ่งในแนวคิดทางวิศวกรรมมากมายของเลโอนาร์โด

การติดตั้งประกอบด้วยสามส่วนหลัก: ท่อแนวตั้ง (หอคอย, ปล่องไฟ), ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ที่อยู่รอบ ๆ ฐานและเครื่องกำเนิดกังหันพิเศษ

หลักการทำงานของกังหันลมพลังงานแสงอาทิตย์นั้นง่ายมาก ตัวสะสมซึ่งทำหน้าที่ซ้อนทับกันซึ่งทำจากฟิล์มโพลิเมอร์ เช่น เรือนกระจก ส่งผ่านรังสีดวงอาทิตย์ได้ดี

ในขณะเดียวกัน ฟิล์มจะทึบแสงเมื่อเทียบกับรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวโลกที่ร้อนอยู่ข้างใต้ เป็นผลให้ในเรือนกระจกมีภาวะเรือนกระจก ในเวลาเดียวกัน ส่วนหลักของพลังงานรังสีดวงอาทิตย์ยังคงอยู่ภายใต้ตัวสะสม ทำให้ชั้นอากาศระหว่างพื้นกับพื้นร้อนขึ้น

อากาศในตัวสะสมมีอุณหภูมิสูงกว่าบรรยากาศโดยรอบอย่างมาก เป็นผลให้มีการสร้าง updraft ที่ทรงพลังในหอคอยซึ่งในกรณีของกังหันลม Leonardo จะหมุนใบพัดของเครื่องกำเนิดกังหัน

แผนผังของโรงไฟฟ้าพลังงานลมพลังงานแสงอาทิตย์

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของ Solar Tower นั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยสองประการโดยอ้อม ได้แก่ ขนาดของตัวสะสมและความสูงของสแต็ก ด้วยตัวสะสมขนาดใหญ่ปริมาณอากาศที่มากขึ้นจะถูกทำให้ร้อนซึ่งทำให้การไหลของอากาศผ่านปล่องไฟเร็วขึ้น

การติดตั้งในเมือง Manzanares เป็นโครงสร้างที่น่าประทับใจมากความสูงของหอคอยคือ 200 ม. เส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ม. และเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวรับแสงอาทิตย์คือ 250 ม. กำลังการออกแบบคือ 50 กิโลวัตต์

โครงการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อดำเนินการตรวจวัดภาคสนาม เพื่อกำหนดคุณลักษณะของการติดตั้งในสภาวะทางวิศวกรรมและอุตุนิยมวิทยาจริง

การทดสอบการติดตั้งสำเร็จ ความถูกต้องของการคำนวณประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของบล็อกความเรียบง่ายของการควบคุมกระบวนการทางเทคโนโลยีได้รับการยืนยันจากการทดลอง

มีข้อสรุปที่สำคัญอีกประการหนึ่ง: ด้วยกำลังการผลิต 50 เมกะวัตต์ โรงไฟฟ้าพลังงานลมพลังงานแสงอาทิตย์จึงทำกำไรได้ค่อนข้างมาก สิ่งนี้สำคัญยิ่งกว่าเพราะค่าไฟฟ้าที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทอื่นๆ (หอคอย เซลล์แสงอาทิตย์) ยังคงสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อน 10 ถึง 100 เท่า

โรงไฟฟ้าในเมือง Manzanares แห่งนี้เดินเครื่องได้อย่างน่าพอใจเป็นเวลาประมาณ 8 ปี และถูกทำลายโดยพายุเฮอริเคนในปี 1989

โครงสร้างตามแผน

โรงไฟฟ้า «Ciudad Real Torre Solar» ใน Ciudad Real ในสเปน การก่อสร้างตามแผนจะครอบคลุมพื้นที่ 350 เฮกตาร์ ซึ่งเมื่อรวมกับปล่องไฟสูง 750 เมตร จะสร้างกำลังขับได้ 40 เมกะวัตต์

Burong Solar Tower ในช่วงต้นปี 2548 บริษัท EnviroMission และ SolarMission Technologies Inc. เริ่มรวบรวมข้อมูลสภาพอากาศรอบๆ รัฐนิวเซาท์เวลส์ ประเทศออสเตรเลีย เพื่อพยายามสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่เดินเครื่องเต็มรูปแบบในปี 2551 กำลังการผลิตไฟฟ้าสูงสุดที่โครงการนี้สามารถพัฒนาได้คือ 200 เมกะวัตต์

เนื่องจากขาดการสนับสนุนจากทางการออสเตรเลีย EnviroMission จึงละทิ้งแผนเหล่านี้และตัดสินใจสร้างหอคอยในรัฐแอริโซนา สหรัฐอเมริกา

หอคอยสุริยะที่วางแผนไว้เดิมควรจะมีความสูง 1 กม. เส้นผ่านศูนย์กลางฐาน 7 กม. และพื้นที่ 38 กม.2. ด้วยวิธีนี้ หอคอยสุริยะจะดึงพลังงานจากแสงอาทิตย์ประมาณ 0.5% (1 กิโลวัตต์ / m2) ที่แผ่ออกมาเมื่อปิด

ที่ปล่องควันในระดับที่สูงขึ้น แรงดันตกที่มากขึ้นจะเกิดขึ้น ซึ่งเกิดจากสิ่งที่เรียกว่า ผลกระทบจากปล่องไฟซึ่งจะทำให้อากาศที่ผ่านมีความเร็วสูงขึ้น

การเพิ่มความสูงของสแต็คและพื้นที่ผิวของตัวสะสมจะเพิ่มการไหลของอากาศผ่านกังหันและทำให้ปริมาณพลังงานที่ผลิตได้

ความร้อนสามารถสะสมอยู่ใต้พื้นผิวของตัวสะสม ซึ่งมันจะถูกใช้เพื่อให้พลังงานแก่หอคอยจากแสงอาทิตย์โดยกระจายความร้อนไปในอากาศเย็น บังคับให้มันหมุนเวียนในเวลากลางคืน

น้ำซึ่งมีความจุความร้อนค่อนข้างสูงสามารถเติมท่อที่อยู่ด้านล่างของคอลเลคเตอร์ ซึ่งจะเพิ่มปริมาณพลังงานที่ส่งคืนหากจำเป็น

กังหันลมสามารถติดตั้งในแนวนอนในการเชื่อมต่อระหว่างตัวสะสมกับหอคอย คล้ายกับแผนผังหอคอยของออสเตรเลีย ในต้นแบบที่ทำงานในสเปน แกนของกังหันตรงกับแกนของปล่องไฟ

จินตนาการหรือความจริง

ดังนั้น การติดตั้งแอโรไดนามิกพลังงานแสงอาทิตย์จึงรวมกระบวนการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานลม และเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า

ในเวลาเดียวกันตามที่การคำนวณแสดงให้เห็น มันเป็นไปได้ที่จะรวมพลังงานของรังสีดวงอาทิตย์จากพื้นที่ขนาดใหญ่ของพื้นผิวโลกและรับพลังงานไฟฟ้าจำนวนมากในการติดตั้งครั้งเดียวโดยไม่ต้องใช้เทคโนโลยีอุณหภูมิสูง

ความร้อนสูงเกินไปของอากาศในตัวสะสมมีเพียงไม่กี่สิบองศา ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วทำให้โรงไฟฟ้าพลังลมสุริยะแตกต่างจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบหอคอย

ข้อดีที่ปฏิเสธไม่ได้ของการติดตั้งระบบลมพลังงานแสงอาทิตย์นั้นรวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่าแม้ว่าจะติดตั้งในขนาดใหญ่ ก็จะไม่ส่งผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

แต่การสร้างแหล่งพลังงานที่แปลกใหม่นั้นเกี่ยวข้องกับปัญหาทางวิศวกรรมที่ซับซ้อนหลายประการ พอจะกล่าวได้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของหอคอยเพียงอย่างเดียวควรเป็นหลายร้อยเมตร ความสูง - ประมาณหนึ่งกิโลเมตร พื้นที่ของตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ - หลายสิบตารางกิโลเมตร

เห็นได้ชัดว่ายิ่งการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์มีความเข้มมากเท่าใด การติดตั้งก็จะพัฒนาพลังงานได้มากขึ้นเท่านั้น ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าการสร้างโรงไฟฟ้าพลังลมพลังงานแสงอาทิตย์ในพื้นที่ที่อยู่ระหว่างละติจูด 30° เหนือถึงละติจูด 30° ใต้นั้นสร้างผลกำไรได้มากที่สุดบนพื้นที่ที่ไม่เหมาะสำหรับวัตถุประสงค์อื่น ตัวเลือกสำหรับการใช้ความโล่งใจของภูเขาดึงดูดความสนใจ สิ่งนี้จะช่วยลดต้นทุนการก่อสร้างได้อย่างมาก

อย่างไรก็ตาม มีปัญหาอื่นเกิดขึ้นในระดับหนึ่ง ซึ่งมีลักษณะเฉพาะของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ แต่ได้รับความจำเป็นเร่งด่วนเป็นพิเศษเมื่อสร้างการติดตั้งแอโรไดนามิกพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ บ่อยครั้งที่พื้นที่ที่มีแนวโน้มสำหรับการก่อสร้างนั้นอยู่ไกลจากผู้บริโภคที่ใช้พลังงานมาก อย่างที่ทราบกันดีว่าพลังงานแสงอาทิตย์มาถึงโลกอย่างไม่สม่ำเสมอ

หอคอยพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดเล็ก (พลังงานต่ำ) สามารถเป็นทางเลือกที่น่าสนใจในการผลิตพลังงานสำหรับประเทศกำลังพัฒนา เนื่องจากการก่อสร้างไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุและอุปกรณ์ราคาแพงหรือบุคลากรที่มีทักษะสูงในระหว่างการทำงานของโครงสร้าง

นอกจากนี้ การก่อสร้างหอพลังงานแสงอาทิตย์ต้องใช้เงินลงทุนเริ่มต้นจำนวนมาก ซึ่งจะได้รับการชดเชยด้วยค่าบำรุงรักษาที่ต่ำซึ่งทำได้โดยที่ไม่มีค่าเชื้อเพลิง

อย่างไรก็ตาม ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ต่ำกว่าเช่น ในโครงสร้างกระจกของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์… นี่เป็นเพราะพื้นที่ขนาดใหญ่ที่ถูกครอบครองโดยนักสะสมและต้นทุนการก่อสร้างที่สูงขึ้น

หอคอยพลังงานแสงอาทิตย์คาดว่าจะต้องการการจัดเก็บพลังงานน้อยกว่าฟาร์มกังหันลมหรือโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมมาก

เนื่องจากการสะสมของพลังงานความร้อนที่สามารถปล่อยออกมาได้ในเวลากลางคืนซึ่งจะทำให้หอคอยทำงานตลอดเวลาซึ่งไม่สามารถรับประกันได้โดยฟาร์มกังหันลมหรือเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งระบบพลังงานจะต้องมีพลังงานสำรองในรูปแบบ ของโรงไฟฟ้าแบบดั้งเดิม

ข้อเท็จจริงนี้กำหนดความจำเป็นในการสร้างหน่วยเก็บพลังงานควบคู่กับการติดตั้งดังกล่าว วิทยาศาสตร์ยังไม่รู้จักพันธมิตรที่ดีกว่าสำหรับวัตถุประสงค์ดังกล่าวมากกว่าไฮโดรเจน นั่นคือเหตุผลที่ผู้เชี่ยวชาญเห็นว่าเหมาะสมที่สุดที่จะใช้ไฟฟ้าที่ผลิตโดยการติดตั้งโดยเฉพาะสำหรับการผลิตไฮโดรเจน ในกรณีนี้ โรงไฟฟ้าพลังงานลมพลังงานแสงอาทิตย์จะกลายเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของพลังงานไฮโดรเจนในอนาคต

ดังนั้นในปีหน้า โครงการกักเก็บพลังงานไฮโดรเจนแบบแข็งในเชิงพาณิชย์โครงการแรกของโลกจะดำเนินการในออสเตรเลีย พลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินจะถูกเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจนแข็งที่เรียกว่าโซเดียมบอโรไฮไดรด์ (NaBH4)

วัสดุของแข็งที่ไม่เป็นพิษนี้สามารถดูดซับไฮโดรเจนได้เหมือนฟองน้ำ เก็บก๊าซไว้จนกว่าจะจำเป็น จากนั้นจึงปล่อยไฮโดรเจนโดยใช้ความร้อน ไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาจะถูกส่งผ่านเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ระบบนี้ช่วยให้เก็บไฮโดรเจนได้ในราคาถูกที่ความหนาแน่นสูงและความดันต่ำ โดยไม่จำเป็นต้องบีบอัดพลังงานมากหรือทำให้เป็นของเหลว

โดยทั่วไปแล้ว การวิจัยและการทดลองทำให้สามารถตั้งคำถามเกี่ยวกับสถานที่ของโรงไฟฟ้าพลังงานลมพลังงานแสงอาทิตย์ในอุตสาหกรรมพลังงานขนาดใหญ่ในอนาคตอันใกล้นี้อย่างจริงจัง