Энергетическая башня (нисходящий поток)

Эта статья посвящена выработке электроэнергии с помощью нисходящего потока, создаваемого испарением воды, распыляемой наверху высокого полого цилиндра. Чтобы узнать о других значениях, см. Энергетическая башня (значения) .

Энергетическая башня шлюза Шарав

Энергетическая башня — это устройство для производства электроэнергии . Детище доктора Филиппа Карлсона, ^[1] расширен профессором Дэном Заславски из Техниона . ^[2] Энергетические башни распыляют воду на горячий воздух наверху башни, заставляя охлажденный воздух проходить через башню и приводить в движение турбину внизу башни.

Концепция

Энергетическая башня (также известная как энергетическая башня с нисходящим потоком, потому что воздух течет вниз по башне) представляет собой высокий (1000 метров) и широкий (400 метров) полый цилиндр с системой распыления воды наверху. Насосы поднимают воду на верх башни, а затем распыляют воду внутри башни. Испарение воды охлаждает горячий сухой воздух, висящий наверху. Охлажденный воздух, теперь более плотный, чем более теплый воздух снаружи, проходит через цилиндр, вращая турбину внизу. Турбина приводит в движение генератор, который производит электричество.

Чем больше разница температур между воздухом и водой, тем выше энергоэффективность . Таким образом, энергетические башни с нисходящим потоком лучше всего работают в жарком сухом климате. Энергетические башни требуют большого количества воды. Допускается использование соленой воды, однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить коррозию; опреснение может помочь решить эту проблему.

Энергия, извлекаемая из воздуха, в конечном итоге получается от Солнца, поэтому ее можно рассматривать как разновидность солнечной энергии . Производство энергии продолжается и ночью , поскольку после наступления темноты воздух сохраняет часть дневного тепла. Однако на выработку электроэнергии энергетической башней влияет погода : она замедляется каждый раз, когда окружающей среды увеличивается влажность (например, во время ливня ) или температура падает .

Схожий подход — это солнечная башня с восходящим потоком воздуха , которая нагревает воздух в стеклянных ограждениях на уровне земли и направляет нагретый воздух вверх в башню, приводящую в движение турбины у основания. Башни с восходящим потоком не перекачивают воду, что повышает их эффективность, но требуют большого количества земли для коллекторов. Затраты на приобретение земли и строительство коллекторов для башен с восходящим потоком необходимо сравнивать с затратами на насосную инфраструктуру для коллекторов с нисходящим потоком. С эксплуатационной точки зрения обслуживание коллекторных конструкций восходящих башен следует сравнивать с затратами на перекачку и обслуживание насосной инфраструктуры.

Стоимость/эффективность

Заславский и другие авторы подсчитали, что в зависимости от места и стоимости финансирования энергия может производиться в диапазоне 1–4 центов за кВтч, что значительно ниже альтернативных источников энергии, кроме гидроэлектростанций. Для перекачки воды требуется около 50% мощности турбины. Заславский утверждает, что «Энергетическая башня» достигнет 70-80% ^[3] Карно предела . Если эффективность преобразования окажется намного ниже, ожидается, что это окажет негативное влияние на прогнозы стоимости энергии.

Прогнозы Альтмана ^[4] и Чиш ^{[5] [6]} об эффективности преобразования и стоимости энергии (центов/кВтч) основаны только на модельных расчетах ^[7] , никаких данных о работающей опытной установке так и не было собрано.

Фактические измерения на пилотной солнечной башне с восходящим потоком в Мансанаресе мощностью 50 кВт показали эффективность преобразования 0,53%, хотя SBP полагает, что этот показатель можно увеличить до 1,3% в большой и улучшенной установке мощностью 100 МВт. ^[8] Это составляет около 10% от теоретического предела цикла Карно . Важно отметить существенную разницу между предложениями «вверх» и «вниз». Использование воды в качестве рабочего тела резко увеличивает возможности улавливания тепловой энергии и выработки электроэнергии благодаря ее удельной теплоемкости. Хотя конструкция может иметь свои проблемы (см. следующий раздел), а заявленные заявления об эффективности еще не продемонстрированы, было бы ошибкой экстраполировать производительность от одного устройства к другому только из-за сходства в названиях.

Потенциальные проблемы

• В соленом и влажном воздухе скорость коррозии может быть очень высокой. Это касается башни и турбин. ^[9]
• Технология требует жаркого и засушливого климата. Такие места включают побережье Западной Африки , Западную Австралию , север Чили , Намибию , Красное море , Персидский и Калифорнийский заливы . Большинство этих регионов являются отдаленными и малонаселенными, поэтому потребуется транспортировка электроэнергии на большие расстояния туда, где она необходима. В качестве альтернативы такие электростанции могут обеспечивать собственные мощности для близлежащих промышленных предприятий, таких как опреснительные установки , производство алюминия по процессу Холла-Эру или для выработки водорода для производства аммиака .
• Влажность в результате работы станции может стать проблемой для близлежащих населенных пунктов. Электростанция диаметром 400 метров, обеспечивающая скорость ветра 22 метра в секунду, должна добавлять около 15 граммов воды на килограмм перерабатываемого воздуха. Это равно 41 тонне воды в секунду (м ³ с ⁻¹ ). В пересчете на влажный воздух это 10 кубических километров очень влажного воздуха каждый час. Таким образом, неприятное воздействие может нанести населенный пункт, находящийся даже в 100 километрах от него.
• Рассол представляет собой проблему пропорционально создаваемой влажности, поскольку давление паров воды уменьшается с увеличением солености, разумно ожидать, по крайней мере, такого же количества рассола, как и воды при влажности. Это означает, что река рассола утекает от электростанции со скоростью 41 тонна в секунду (м2). ³ с ⁻¹ ), а также река с соленой водой, текущая со скоростью 82 тонны воды в секунду (м ³ с ⁻¹ ).

Крупные промышленные потребители часто располагаются вблизи дешевых источников электроэнергии. Однако во многих из этих пустынных регионов также отсутствует необходимая инфраструктура , что увеличивает требования к капиталу и общий риск.

Демонстрационный проект

Компания Solar Wind Energy, Inc., базирующаяся в Мэриленде, разрабатывала башню высотой 685 метров (2247 футов).Согласно последним проектным спецификациям, башня, спроектированная для объекта недалеко от Сан-Луиса, штат Аризона, имеет валовую производственную мощность в час до 1250 мегаватт-часов. Из-за снижения мощности в зимние дни средняя почасовая выработка в день для продажи в сеть в течение всего года составляет в среднем примерно 435 мегаватт-часов/час.

См. также

• Психрометрия (не путать с психометрией).
• Солнечная восходящая башня

Ссылки

1. ^ «Башня с нисходящим потоком компании Solar Wind Energy генерирует собственный ветер круглый год» . Gizmag.com. 19 июня 2014 года . Проверено 19 июня 2014 г.
2. ^ патент США 3894393 , Карлсон; Филип Р., «Выработка электроэнергии посредством контролируемой конвекции (генерация авиационной электроэнергии)», выпущено 15 июля 1975 г.  
3. ^ Заславский, Дэн; Рами Гетта и др. (декабрь 2001 г.). « Энергетические башни для производства электроэнергии и опреснённой воды без коллектора» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 29 августа 2006 г.   (435 КБ) . Технион Израиль, Израиль – Руководящий комитет Индии. Проверено 15 марта 2007 г.
4. ^ Альтман, Талия; Дэн Заславски; Рами Гетта; Грегор Чиш (май 2006 г.). «Оценка потенциала электроснабжения и опреснённой воды с использованием технологии «Энергетические башни» для Австралии, Америки и Африки» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2007 г. Проверено 18 марта 2007 г.
5. ^ Альтманн, Т.; Ю. Кармель; Р. Гетта; Д. Заславский; Ю. Дойшер (июнь 2005 г.). «Оценка потенциала «Энергетической башни» в Австралии с использованием математической модели и ГИС» (PDF) . Солнечная энергия . 78 (6). ООО «Эльзевир»: 799–808. Бибкод : 2005SoEn...78..799A . doi : 10.1016/j.solener.2004.08.025 . Архивировано из оригинала (PDF) 31 марта 2007 г. Проверено 12 марта 2007 г.
6. ^ Чиш, Грегор (июнь 2005 г.). «Оценка глобального потенциала энергетических вышек» . Архивировано из оригинала 11 марта 2007 г. Проверено 13 марта 2007 г.
7. ^ Чиш, Грегор (сентябрь 2001 г.). «Аэроэлектрическая система Оазис» . Глобальный потенциал возобновляемой энергетики, подходы к его использованию . Архивировано из оригинала 11 марта 2007 г. Проверено 13 марта 2007 г.
8. ^ Гутман, Пер-Улоф; Эран Хореш; Рами Гетта; Михаил Борщевский (29 апреля 2003 г.). «Управление аэроэлектрической электростанцией - захватывающее приложение QFT для 21 века». Международный журнал робастного и нелинейного управления . 13 (7). Джон Вили и сыновья, ООО: 619–636. дои : 10.1002/rnc.828 . S2CID   121135191 .
9. ^ Миллс Д. (2004). «Достижения в области технологий солнечной тепловой электроэнергии». Солнечная энергия . 76 (1–3): 19–31. Бибкод : 2004SoEn...76...19M . дои : 10.1016/S0038-092X(03)00102-6 .
10. ^ Заславский, Дэн (2006). «Энергетические башни» . ФизикаПлюс (7). Израильское физическое общество. Архивировано из оригинала 14 августа 2006 г. Проверено 13 марта 2007 г.
11. ^ Цвирн, Майкл Дж. (январь 1997 г.). Энергетические башни: плюсы и минусы предложения Арубот Шарав по альтернативной энергетике . Институт экологических исследований Арава. Проверено 22 декабря 2006 г.
12. Заславский, Дэн (ноябрь 1996 г.). «Солнечная энергия без коллектора» . Третья Сабинская конференция .

Внешние ссылки

• Energy Towers , Полная брошюра Дэна Заславски, обновленная к декабрю 2009 г.
• Концепция энергетической башни SHPEGS с «открытым исходным кодом» в некотором смысле похожа на башню с нисходящим потоком.
• Профессор Дэн Заславски на странице факультета Техниона .
• Коммерческая компания собирается построить башню такого типа.
• Как работает солнечная вытяжная башня на YouTube