ソーラーライジングタワー（太陽光発電所）
ソーラーアセンディングタワー — 太陽光発電所の種類の 1 つ。空気は巨大な太陽熱収集器 (温室に似たもの) で加熱され、上昇して高い煙突塔を通って排出されます。空気の移動によりタービンが駆動され、電気が発生します。パイロットプラントは 1980 年代にスペインで稼働しました。
太陽と風は 2 つの無尽蔵のエネルギー源です。彼らは同じチームで働くことを強制されるでしょうか?この質問に最初に答えたのは…レオナルド・ダ・ヴィンチでした。 16 世紀にはすでに、小型の風車を動力源とする機械装置を設計しました。そのブレードは、太陽によって加熱された上昇気流の中で回転します。
スペインとドイツの専門家は、ユニークな実験を行う場所として新カスティーリャ高原南東部のラ・マンチャ平原を選んだ。ルネッサンスのもう一人の優れた創作者であるミゲル・デ・セルバンテスの小説の主人公である勇敢な騎士ドン・キホーテがここで風車と戦ったことを、どうして私たちは覚えていないのでしょうか。
1903年スペインの大佐イシドロ・カバーニェスは、太陽塔のプロジェクトを発表しました。 1978 年から 1981 年にかけて、これらの特許は米国、カナダ、オーストラリア、イスラエルで発行されました。
1982年、スペインの町の近くで マンサナレス マドリッドの南150kmの場所で建設され、テストされました 太陽光風力発電所の実証モデル、レオナルドの多くの工学的アイデアの 1 つを実現しました。
この設備には、垂直パイプ (タワー、煙突)、その基部の周囲に配置された太陽熱収集器、および特別なタービン発電機という 3 つの主要なブロックが含まれています。
太陽風力タービンの動作原理は非常にシンプルです。コレクターは、ポリマーフィルムで作られたオーバーラップによってその役割を果たし、たとえば温室であり、太陽放射をよく透過します。
同時に、このフィルムは、その下の加熱された地表から放射される赤外線に対しては不透明です。その結果、他の温室と同様に、温室効果が生じます。同時に、太陽放射エネルギーの主要部分はコレクターの下に残り、地面と床の間の空気層を加熱します。
コレクタ内の空気は、周囲の大気よりもかなり高い温度を持っています。その結果、タワー内に強力な上昇気流が発生し、レオナルド風車の場合と同様に、タービン発電機のブレードが回転します。
太陽風力発電所の概略図
ソーラータワーのエネルギー効率は、コレクタのサイズとスタックの高さという 2 つの要素に間接的に依存します。コレクターが大きいと、より多くの空気が加熱され、煙突を通る空気の流れの速度が速くなります。
マンサナレスの町にあるインスタレーションは非常に印象的な建造物です。タワーの高さは200m、直径は10m、太陽熱集熱器の直径は250mで、設計出力は50kWです。
この研究プロジェクトの目的は、現場測定を実施し、実際の工学的条件および気象条件における設備の特性を決定することでした。
インストールテストは成功しました。計算の正確さ、ブロックの効率と信頼性、技術プロセスの制御の単純さは実験的に確認されています。
もう 1 つの重要な結論が得られました。すでに 50 MW の容量を備えた太陽光風力発電所は、非常に収益性が高いということです。他のタイプの太陽光発電所 (タワー、太陽光発電) で生成される電気のコストは依然として火力発電所の 10 ～ 100 倍であるため、これはさらに重要です。
マンサナレスにあるこの発電所は約 8 年間順調に稼働しましたが、1989 年にハリケーンによって破壊されました。
計画中の構造物
スペインのシウダー・レアルにある発電所「シウダー・レアル・トーレ・ソーラー」。 計画された建設は350ヘクタールの面積をカバーし、高さ750メートルの煙突と組み合わせることで40MWの出力を生成する予定です。
ブロンソーラータワー。 2005 年初め、EnviroMission と SolarMission Technologies Inc.は、2008 年に完全に稼働可能な太陽光発電所の建設を試みるため、オーストラリアのニューサウスウェールズ州周辺の気象データの収集を開始しました。このプロジェクトで開発できる最大電力出力は最大 200 MW でした。
オーストラリア当局からの支援がなかったため、EnviroMission はこれらの計画を断念し、米国アリゾナ州にタワーを建設することを決定しました。
当初計画されていたソーラータワーは、高さ1km、底辺直径7km、面積38km2の予定でした。このようにして、ソーラータワーは太陽エネルギー（1kW）の約0.5％を取り出すことになります。 /m2）を閉じた状態で放射します。
煙道のより高いレベルでは、いわゆる圧力降下が原因で、より大きな圧力降下が発生します。煙突効果により、通過する空気の速度が速くなります。
スタックの高さとコレクタの表面積を増やすと、タービンを通過する空気の流れが増加し、生成されるエネルギー量が増加します。
熱はコレクターの表面の下に蓄積することができ、そこで熱を冷気中に放散して夜間に強制的に循環させることで、太陽からタワーに電力を供給するために使用されます。
比較的高い熱容量を持つ水は、コレクターの下にあるパイプを満たすことができ、必要に応じて返されるエネルギー量を増やすことができます。
風力タービンは、オーストラリアのタワー計画と同様に、コレクターとタワーを接続して水平に取り付けることができます。スペインで稼働中のプロトタイプでは、タービンの軸が煙突の軸と一致しています。
ファンタジーか現実か
したがって、太陽空気力学的設備は、太陽エネルギーを風力エネルギーに変換し、後者を電気に変換するプロセスを組み合わせます。
同時に、計算が示すように、高温技術を使用せずに、地表の広大な領域からの太陽放射のエネルギーを集中させ、単一の設備で大きな電気エネルギーを得ることが可能になります。
コレクタ内の空気の過熱はわずか数十度であり、これが太陽風力発電所を火力発電所、原子力発電所、さらにはタワー型太陽光発電所と根本的に区別します。
太陽光風力発電設備の明白な利点には、たとえ大規模に導入されたとしても環境に悪影響を及ぼさないという事実が含まれます。
しかし、このような珍しいエネルギー源の創造には、多くの複雑な工学的問題が伴います。タワーだけの直径は数百メートル、高さは約1キロメートル、太陽熱収集器の面積は数十平方キロメートルであるはずだと言うだけで十分です。
日射が強ければ強いほど、設備の発電量も増加することは明らかです。専門家によると、北緯30度から南緯30度の間の、他の用途にはあまり適さない土地に太陽光風力発電所を建設するのが最も収益性が高いという。山岳レリーフを使用するオプションが注目を集めています。これにより建設コストが大幅に削減されます。
しかし、どの太陽光発電所にもある程度特徴的な別の問題が発生しますが、大規模な太陽光発電施設を建設する場合には特別な緊急性が生じます。ほとんどの場合、建設に有望な地域はエネルギー集約型の消費者から遠く離れています。また、ご存知のとおり、太陽エネルギーは不定期に地球に届きます。
小型（低電力）ソーラータワーは、その建設に高価な材料や設備、または構造物の運用中に高度な技術を持った人材を必要としないため、発展途上国にとってエネルギーを生成する興味深い代替手段となり得ます。
さらに、ソーラータワーの建設には多額の初期投資が必要ですが、その分、燃料費がかからないため維持費が安くなります。
ただし、別の欠点は、太陽エネルギー変換効率が例えば 太陽光発電所の鏡構造で…これは、コレクターが占める面積が大きくなり、建設コストが高くなるためです。
ソーラータワーは、風力発電所や従来の太陽光発電所よりもはるかに少ないエネルギー貯蔵で済むと予想されます。
これは、夜間に放出される熱エネルギーの蓄積によるものであり、これによりタワーは 24 時間稼働することができますが、風力発電所や太陽電池では保証できず、エネルギー システムは次の形式でエネルギーを蓄えておく必要があります。伝統的な発電所のこと。
この事実は、そのような設備と並行してエネルギー貯蔵ユニットを作成する必要性を示しています。科学は、そのような目的において水素以上に優れたパートナーをまだ知りません。このため、専門家は、設備によって生成された電気を特に水素の製造に使用することが最も適切であると考えています。この場合、太陽風力発電所は将来の水素エネルギーの主要コンポーネントの 1 つになります。
そのため、すでに来年、世界初の商業規模の固体水素エネルギー貯蔵プロジェクトがオーストラリアで実施される予定です。過剰な太陽エネルギーは水素化ホウ素ナトリウム (NaBH4) と呼ばれる固体水素に変換されます。
この無毒の固体材料はスポンジのように水素を吸収し、必要になるまでガスを貯蔵し、その後熱を使って水素を放出します。放出された水素は燃料電池を通過して電気を生成します。このシステムにより、エネルギーを大量に消費する圧縮や液化を必要とせずに、水素を高密度かつ低圧で安価に貯蔵できるようになります。
一般に、研究と実験により、近い将来、大規模エネルギー産業における太陽風力発電所の位置について真剣に疑問を呈することが可能になります。