Solar Rising Tower (Pembangkit Listrik Tenaga Surya Aerodinamis)

Menara Pendaki Surya — salah satu jenis pembangkit listrik tenaga surya. Udara dipanaskan dalam kolektor surya besar (mirip dengan rumah kaca), naik dan keluar melalui menara cerobong asap yang tinggi. Udara yang bergerak menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik. Pabrik percontohan beroperasi di Spanyol pada 1980-an.

Matahari dan angin adalah dua sumber energi yang tidak ada habisnya. Bisakah mereka dipaksa bekerja di tim yang sama? Yang pertama menjawab pertanyaan ini adalah ... Leonardo da Vinci. Pada awal abad ke-16, ia merancang perangkat mekanis yang ditenagai oleh kincir angin mini. Bilahnya berputar dalam aliran udara yang naik yang dipanaskan oleh matahari.

Pakar Spanyol dan Jerman memilih dataran La Mancha di bagian tenggara dataran tinggi Kastilia Baru sebagai tempat untuk melakukan eksperimen unik. Bagaimana mungkin kita tidak ingat bahwa di sinilah ksatria pemberani Don Quixote, tokoh utama novel karya Miguel de Cervantes, pencipta Renaisans yang luar biasa lainnya, melawan kincir angin.

Pada tahun 1903Kolonel Spanyol Isidoro Cabañez menerbitkan proyek menara surya. Antara tahun 1978 dan 1981, paten ini dikeluarkan di AS, Kanada, Australia, dan Israel.

Pada tahun 1982 di dekat kota Spanyol Manzanares Itu dibangun dan diuji 150 km selatan Madrid model demonstrasi pembangkit listrik tenaga angin surya, yang mewujudkan salah satu dari banyak ide teknik Leonardo.

Instalasi berisi tiga blok utama: pipa vertikal (menara, cerobong asap), kolektor surya yang terletak di sekitar alasnya, dan generator turbin khusus.

Prinsip pengoperasian turbin angin surya sangat sederhana. Kolektor, yang perannya dilakukan oleh tumpang tindih yang terbuat dari film polimer, misalnya rumah kaca, mentransmisikan radiasi matahari dengan baik.

Pada saat yang sama, film tersebut buram terhadap sinar infra merah yang dipancarkan oleh permukaan bumi yang dipanaskan di bawahnya. Akibatnya, seperti di rumah kaca mana pun, ada efek rumah kaca. Pada saat yang sama, bagian utama energi radiasi matahari tetap berada di bawah kolektor, memanaskan lapisan udara antara tanah dan lantai.

Udara di kolektor memiliki suhu yang jauh lebih tinggi daripada atmosfer di sekitarnya. Akibatnya, arus ke atas yang kuat dihasilkan di menara, yang, seperti dalam kasus kincir angin Leonardo, memutar bilah generator turbin.

Skema pembangkit listrik tenaga angin surya

Efisiensi energi menara surya secara tidak langsung bergantung pada dua faktor: ukuran kolektor dan ketinggian tumpukan. Dengan kolektor yang besar, volume udara yang lebih besar dipanaskan, yang menyebabkan kecepatan alirannya melalui cerobong lebih tinggi.

Instalasi di kota Manzanares adalah struktur yang sangat mengesankan.Ketinggian menara 200 m, diameter 10 m, dan diameter kolektor surya 250 m, daya desainnya 50 kW.

Tujuan dari proyek penelitian ini adalah untuk melakukan pengukuran lapangan, untuk mengetahui karakteristik instalasi dalam kondisi teknik dan meteorologi yang sebenarnya.

Tes instalasi berhasil. Keakuratan perhitungan, efisiensi dan keandalan blok, kesederhanaan kontrol proses teknologi telah dikonfirmasi secara eksperimental.

Kesimpulan penting lainnya dibuat: sudah dengan kapasitas 50 MW, pembangkit listrik tenaga angin surya menjadi cukup menguntungkan. Ini bahkan lebih penting karena biaya listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya jenis lain (menara, fotovoltaik) masih 10 hingga 100 kali lebih tinggi daripada pembangkit listrik tenaga panas.

Pembangkit listrik di Manzanares ini beroperasi dengan memuaskan selama sekitar 8 tahun dan dihancurkan oleh badai pada tahun 1989.

Struktur yang direncanakan

Pembangkit listrik «Ciudad Real Torre Solar» di Ciudad Real di Spanyol. Pembangunan yang direncanakan meliputi area seluas 350 hektar, yang dikombinasikan dengan cerobong setinggi 750 meter akan menghasilkan daya output 40 MW.

Menara Surya Burong. Pada awal 2005, EnviroMission dan SolarMission Technologies Inc. mulai mengumpulkan data cuaca di sekitar New South Wales, Australia untuk mencoba membangun pembangkit listrik tenaga surya yang beroperasi penuh pada tahun 2008. Output listrik maksimum yang dapat dikembangkan oleh proyek ini mencapai 200 MW.

Karena kurangnya dukungan dari otoritas Australia, EnviroMission membatalkan rencana ini dan memutuskan untuk membangun menara di Arizona, AS.

Menara surya yang direncanakan semula seharusnya memiliki ketinggian 1 km, diameter dasar 7 km dan luas 38 km2. Dengan cara ini, menara surya akan mengekstraksi sekitar 0,5% energi matahari (1 kW / m2) yang dipancarkan pada saat tertutup.

Pada tingkat cerobong asap yang lebih tinggi, terjadi penurunan tekanan yang lebih besar, yang disebabkan oleh apa yang disebut efek cerobong asap, yang pada gilirannya menyebabkan kecepatan yang lebih tinggi dari udara yang lewat.

Meningkatkan ketinggian tumpukan dan luas permukaan kolektor akan meningkatkan aliran udara melalui turbin dan karenanya jumlah energi yang dihasilkan.

Panas dapat terakumulasi di bawah permukaan kolektor, yang akan digunakan untuk mematikan menara dari matahari dengan membuang panas ke udara dingin, memaksanya bersirkulasi di malam hari.

Air, yang memiliki kapasitas panas yang relatif tinggi, dapat mengisi pipa yang terletak di bawah kolektor, jika perlu meningkatkan jumlah energi yang dikembalikan.

Turbin angin dapat dipasang secara horizontal dalam koneksi kolektor ke menara, mirip dengan denah menara Australia. Dalam prototipe yang beroperasi di Spanyol, sumbu turbin bertepatan dengan sumbu cerobong asap.

Fantasi atau kenyataan

Jadi, instalasi aerodinamis surya menggabungkan proses konversi energi matahari menjadi energi angin, dan yang terakhir menjadi listrik.

Pada saat yang sama, seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan, menjadi mungkin untuk memusatkan energi radiasi matahari dari area yang sangat luas di permukaan bumi dan mendapatkan energi listrik yang besar dalam instalasi tunggal tanpa menggunakan teknologi suhu tinggi.

Udara yang terlalu panas di kolektor hanya beberapa puluh derajat, yang secara mendasar membedakan pembangkit listrik tenaga angin surya dari pembangkit listrik tenaga surya termal, nuklir, dan bahkan menara.

Keuntungan yang tak terbantahkan dari instalasi angin surya termasuk fakta bahwa meskipun diterapkan dalam skala besar, tidak akan berdampak buruk bagi lingkungan.

Tetapi penciptaan sumber energi yang begitu eksotis dikaitkan dengan sejumlah masalah teknik yang rumit. Cukuplah untuk mengatakan bahwa diameter menara saja harus ratusan meter, tingginya sekitar satu kilometer, luas kolektor surya puluhan kilometer persegi.

Jelas bahwa semakin kuat radiasi matahari, semakin besar daya yang dikembangkan instalasi. Menurut para ahli, paling menguntungkan untuk membangun pembangkit listrik tenaga angin surya di daerah yang terletak antara 30 ° utara dan 30 ° lintang selatan di tanah yang sangat tidak cocok untuk keperluan lain. Pilihan untuk menggunakan relief pegunungan menarik perhatian. Ini secara drastis akan mengurangi biaya konstruksi.

Namun, masalah lain muncul, sampai batas tertentu merupakan karakteristik dari setiap pembangkit listrik tenaga surya, tetapi memperoleh urgensi khusus saat membuat instalasi aerodinamis surya yang besar. Paling sering, area yang menjanjikan untuk konstruksi mereka jauh dari konsumen yang intensif energi. Juga, seperti yang Anda ketahui, energi matahari tiba di Bumi secara tidak teratur.

Menara surya kecil (berdaya rendah) dapat menjadi alternatif yang menarik untuk menghasilkan energi bagi negara berkembang, karena konstruksinya tidak memerlukan bahan dan peralatan yang mahal atau personel yang sangat terampil selama pengoperasian struktur.

Selain itu, pembangunan menara tenaga surya membutuhkan investasi awal yang besar, yang pada gilirannya diimbangi dengan rendahnya biaya pemeliharaan yang dicapai dengan tidak adanya biaya bahan bakar.

Kerugian lain, bagaimanapun, adalah efisiensi konversi energi matahari yang lebih rendah daripada mis dalam struktur cermin pembangkit listrik tenaga surya… Ini karena area yang lebih luas yang ditempati oleh kolektor dan biaya konstruksi yang lebih tinggi.

Menara surya diperkirakan membutuhkan penyimpanan energi yang jauh lebih sedikit daripada ladang angin atau pembangkit listrik tenaga surya tradisional.

Hal ini disebabkan oleh akumulasi energi panas yang dapat dilepaskan pada malam hari, yang memungkinkan menara beroperasi sepanjang waktu, yang tidak dapat dijamin oleh ladang angin atau sel fotovoltaik, yang sistem energinya harus memiliki cadangan energi dalam bentuk dari pembangkit listrik tradisional.

Fakta ini menentukan perlunya membuat unit penyimpanan energi bersama dengan instalasi semacam itu. Sains belum mengetahui pasangan yang lebih baik untuk tujuan seperti itu selain hidrogen. Itulah mengapa para ahli menganggap paling bijaksana untuk menggunakan listrik yang dihasilkan oleh instalasi khusus untuk produksi hidrogen. Dalam hal ini, pembangkit listrik tenaga angin surya menjadi salah satu komponen utama energi hidrogen masa depan.

Jadi sudah tahun depan, proyek penyimpanan energi hidrogen padat skala komersial pertama di dunia akan dilaksanakan di Australia. Kelebihan energi matahari akan diubah menjadi hidrogen padat yang disebut natrium borohidrida (NaBH4).

Bahan padat yang tidak beracun ini dapat menyerap hidrogen seperti spons, menyimpan gas sampai dibutuhkan, lalu melepaskan hidrogen menggunakan panas. Hidrogen yang dilepaskan kemudian dilewatkan melalui sel bahan bakar untuk menghasilkan listrik. Sistem ini memungkinkan hidrogen disimpan dengan murah pada densitas tinggi dan tekanan rendah tanpa memerlukan kompresi atau pencairan energi intensif.

Secara umum, penelitian dan eksperimen memungkinkan untuk secara serius mempertanyakan tempat pembangkit listrik tenaga angin surya di industri energi besar dalam waktu dekat.