Torre Nascente Solar (Usina Aerodinâmica Solar)

Torre Ascendente Solar — um dos tipos de usinas de energia solar. O ar é aquecido em um enorme coletor solar (semelhante a uma estufa), sobe e sai por uma alta torre de chaminé. O ar em movimento aciona turbinas para gerar eletricidade. A planta piloto operou na Espanha na década de 1980.

O sol e o vento são duas fontes inesgotáveis ​​de energia. Eles podem ser forçados a trabalhar na mesma equipe? O primeiro a responder a esta pergunta foi ... Leonardo da Vinci. Já no século 16, ele projetou um dispositivo mecânico alimentado por um moinho de vento em miniatura. Suas lâminas giram em uma corrente de ar aquecido pelo sol.

Especialistas espanhóis e alemães escolheram a planície de La Mancha, na parte sudeste do planalto de Nova Castela, como local para realizar um experimento único. Como não lembrar que foi aqui que o bravo cavaleiro Dom Quixote, protagonista do romance de Miguel de Cervantes, outro destacado criador do Renascimento, lutou contra os moinhos de vento.

Em 1903O coronel espanhol Isidoro Cabañez publicou um projeto para uma torre solar. Entre 1978 e 1981, essas patentes foram emitidas nos Estados Unidos, Canadá, Austrália e Israel.

Em 1982 perto de uma cidade espanhola Manzanares Foi construído e testado 150 km ao sul de Madrid modelo de demonstração de uma usina de energia eólica solar, que realizou uma das muitas ideias de engenharia de Leonardo.

A instalação contém três blocos principais: um tubo vertical (torre, chaminé), um coletor solar localizado em torno de sua base e um gerador de turbina especial.

O princípio de operação de uma turbina eólica solar é extremamente simples. O coletor, cuja função é desempenhada por uma sobreposição feita de um filme de polímero, por exemplo, uma estufa, transmite bem a radiação solar.

Ao mesmo tempo, o filme é opaco aos raios infravermelhos emitidos pela superfície aquecida da Terra abaixo dele. Como resultado, como em qualquer estufa, há um efeito estufa. Ao mesmo tempo, a maior parte da energia da radiação solar permanece sob o coletor, aquecendo a camada de ar entre o solo e o piso.

O ar no coletor tem uma temperatura significativamente mais alta do que a atmosfera circundante. Como resultado, uma poderosa corrente ascendente é gerada na torre, que, como no caso do moinho de vento Leonardo, gira as pás do gerador de turbina.

Esquema de uma usina de energia solar eólica

A eficiência energética de uma torre solar depende indiretamente de dois fatores: o tamanho do coletor e a altura da pilha. Com um coletor grande, um volume maior de ar é aquecido, o que provoca uma maior velocidade de seu escoamento pela chaminé.

A instalação na cidade de Manzanares é uma estrutura impressionante.A altura da torre é de 200 m, o diâmetro é de 10 m e o diâmetro do coletor solar é de 250 m. Sua potência de projeto é de 50 kW.

O objetivo deste projeto de pesquisa foi realizar medições de campo, para determinar as características da instalação em condições reais de engenharia e meteorológicas.

Os testes de instalação foram bem-sucedidos. A precisão dos cálculos, a eficiência e confiabilidade dos blocos, a simplicidade do controle do processo tecnológico foram confirmados experimentalmente.

Outra conclusão importante foi feita: já com capacidade de 50 MW, uma usina eólica solar torna-se bastante rentável. Isso é ainda mais importante porque o custo da eletricidade gerada por outros tipos de usinas solares (torre, fotovoltaica) ainda é de 10 a 100 vezes maior do que nas termelétricas.

Esta usina em Manzanares funcionou satisfatoriamente por cerca de 8 anos e foi destruída por um furacão em 1989.

estruturas planejadas

Central elétrica «Ciudad Real Torre Solar» em Ciudad Real na Espanha. A construção prevista é para cobrir uma área de 350 hectares, que em combinação com uma chaminé de 750 metros de altura irá gerar 40 MW de potência de saída.

Torre Solar Burong. No início de 2005, EnviroMission e SolarMission Technologies Inc. começou a coletar dados meteorológicos em New South Wales, Austrália, para tentar construir uma usina de energia solar totalmente operacional em 2008. A produção elétrica máxima que este projeto poderia desenvolver era de até 200 MW.

Devido à falta de apoio das autoridades australianas, a EnviroMission abandonou esses planos e decidiu construir uma torre no Arizona, EUA.

A torre solar originalmente planejada deveria ter uma altura de 1 km, um diâmetro de base de 7 km e uma área de 38 km2. Dessa forma, a torre solar extrairá cerca de 0,5% da energia solar (1 kW / m2) que é irradiado em fechado.

Em um nível mais alto da chaminé, ocorre uma maior queda de pressão, causada pelo chamado efeito chaminé, que por sua vez provoca uma maior velocidade do ar que passa.

Aumentar a altura da pilha e a área da superfície do coletor aumentará o fluxo de ar através das turbinas e, portanto, a quantidade de energia produzida.

O calor pode se acumular abaixo da superfície do coletor, onde será usado para desligar a torre do sol, dissipando o calor no ar frio, forçando-o a circular à noite.

A água, que tem uma capacidade térmica relativamente alta, pode encher os tubos localizados abaixo do coletor, aumentando a quantidade de energia devolvida, se necessário.

As turbinas eólicas podem ser montadas horizontalmente em uma conexão coletor-torre, semelhante aos planos de torre australianos. Num protótipo em funcionamento em Espanha, o eixo da turbina coincide com o eixo da chaminé.

Fantasia ou realidade

Assim, a instalação aerodinâmica solar combina os processos de conversão de energia solar em energia eólica e esta em eletricidade.

Ao mesmo tempo, como mostram os cálculos, torna-se possível concentrar a energia da radiação solar de uma grande área da superfície terrestre e obter grande energia elétrica em instalações únicas sem o uso de tecnologias de alta temperatura.

O superaquecimento do ar no coletor é de apenas algumas dezenas de graus, o que distingue fundamentalmente a usina eólica solar das usinas térmicas, nucleares e até mesmo de torres solares.

As vantagens indiscutíveis das instalações eólicas solares incluem o fato de que, mesmo se implementadas em grande escala, elas não terão um impacto prejudicial ao meio ambiente.

Mas a criação de uma fonte de energia tão exótica está associada a vários problemas complexos de engenharia. Basta dizer que apenas o diâmetro da torre deve ser de centenas de metros, a altura - cerca de um quilômetro, a área do coletor solar - dezenas de quilômetros quadrados.

É óbvio que quanto mais intensa a radiação solar, mais potência a instalação desenvolve. Segundo os especialistas, é mais lucrativo construir usinas eólicas solares em áreas localizadas entre 30 ° norte e 30 ° sul de latitude em terrenos pouco adequados para outros fins. Chamam a atenção as opções de aproveitamento do relevo montanhoso. Isso reduzirá drasticamente os custos de construção.

No entanto, surge outro problema, até certo ponto característico de qualquer usina de energia solar, mas adquire uma urgência especial ao criar grandes instalações aerodinâmicas solares. Na maioria das vezes, áreas promissoras para sua construção estão longe de consumidores intensivos em energia. Além disso, como você sabe, a energia solar chega à Terra de forma irregular.

Torres solares de pequeno porte (baixa potência) podem ser uma alternativa interessante de geração de energia para países em desenvolvimento, uma vez que sua construção não requer materiais e equipamentos caros ou pessoal altamente qualificado durante a operação da estrutura.

Além disso, a construção de uma torre solar requer um grande investimento inicial, que por sua vez é compensado pelos baixos custos de manutenção alcançados pela ausência de custos de combustível.

Outra desvantagem, no entanto, é a menor eficiência da conversão de energia solar do que, por exemplo, nas estruturas espelhadas das usinas de energia solar… Isso se deve à maior área ocupada pelo coletor e ao maior custo de construção.

Espera-se que a torre solar exija muito menos armazenamento de energia do que parques eólicos ou usinas de energia solar tradicionais.

Isso se deve ao acúmulo de energia térmica que pode ser liberada à noite, o que permitirá que a torre funcione 24 horas por dia, o que não pode ser garantido por parques eólicos ou células fotovoltaicas, para as quais o sistema de energia deve ter reservas de energia na forma das usinas tradicionais.

Este facto dita a necessidade de criar unidades de armazenamento de energia em conjunto com tais instalações. A ciência ainda não conhece um parceiro melhor para tais propósitos do que o hidrogênio. É por isso que os especialistas consideram mais conveniente usar a eletricidade gerada pela instalação especificamente para a produção de hidrogênio. Nesse caso, a usina eólica solar se torna um dos principais componentes da futura energia do hidrogênio.

Assim, já no próximo ano, o primeiro projeto de armazenamento de energia de hidrogênio sólido em escala comercial do mundo será implementado na Austrália. O excesso de energia solar será convertido em hidrogênio sólido chamado borohidreto de sódio (NaBH4).

Este material sólido não tóxico pode absorver o hidrogênio como uma esponja, armazenar o gás até que seja necessário e liberar o hidrogênio usando o calor. O hidrogênio liberado é então passado por uma célula de combustível para gerar eletricidade. Este sistema permite que o hidrogênio seja armazenado de forma barata em alta densidade e baixa pressão sem a necessidade de compressão ou liquefação com uso intensivo de energia.

Em geral, pesquisas e experimentos permitem questionar seriamente o lugar das usinas eólicas solares na grande indústria de energia em um futuro próximo.