Bir güneş kulesi de bir güneş bacası denilen, bir olan yenilenebilir enerji tesisi üreten elektrik türbinleri çalıştırmak için güneş tarafından ısıtılan havanın kanala inşa. İlk prototipi 1903 yılında Albay Isidoro Cabanyes tasarladı. İlk ölçekli fabrika 1981 yılında Alman mühendis Jörg Schlaich tarafından İspanya'da (Manzanares) inşa edildi .
Fransız mühendis Edgard Nazare (1914-1998), 1950'lerde "aerotermal tesis" veya "vorteks kulesi" terimi altında ve yapay bir siklonu çevreleyen metal bir kule (1956 ve 1964 patenti) biçiminde geliştirilmiş bir model önerdi. gücü kulenin çevresine gömülü rüzgar türbinleri tarafından yakalanan termal fark.
Hava, ova seviyesinde bulunan büyük bir kollektörde sera etkisi ile ısıtılır ve yükseklikten çıkan bir baca tarafından iletilir, böylece sıcaklık farkından ve mevcut potansiyel konveksiyon enerjisinden faydalanmak mümkün olur . Bacanın Tabanda olan türbinleri tahrik elektrik jeneratörleri üretmek için elektrik .
Temel sistemler (sera, baca, türbinler) riskleri sınırlayan mükemmel bir şekilde hakim olan geleneksel tekniklere dayanmaktadır. İlk yatırım önemlidir, ancak işletme maliyetleri nispeten düşüktür.
Daha kesin bir ifadeyle, Anglo-Saksonlar güneş bacası teknolojisine şu şekilde atıfta bulunur: Tek Akışlı Rüzgara Karşı Sistem veya Solar yukarı çekiş kulesi (en) .
Dünya çapında birçok araştırmacı farklı fikirler veya somut güneş kulesi projeleri sunmuştur:
Bir güneş bacasının ilk prototipi , Alman mühendis Jörg Schlaich'in yönetimi altında ve Alman Araştırma ve Teknoloji Bakanlığı'nın fonlarıyla Manzanares'te (Madrid'e 150 kilometre uzaklıktaki bir İspanyol şehri) 1981 yılına kadar yapılmadı. Bu baca, 50 kW'lık bir güç için 194 metreyi ölçtü ve bir fırtına kule bacasını devirene kadar 1989'a kadar çalıştı. Bu deneysel platformun kilovat saat başına maliyeti, geleneksel bir termik santralden beş kat daha yüksekti.
Aralık 2010'da Çin hükümeti , Jinshawan yakınlarındaki Moğolistan'da 200 kW'lık bir prototipin inşa edildiğini duyurdu . Ancak, siteyi ziyaret eden Patrick Cottam ve Rudolf Bergermann'a göre, kule imalat hataları nedeniyle iyi performans göstermeyecekti.
Buronga Projesi adı verilen bir güneş kulesi projesinin 2010 yılında Avustralya'da başlaması gerekiyordu . Enviromission şirketi tarafından geliştirilmiştir. Baca 990 metre yüksekliğe ve 70 metre çapa ulaşacaktı . Bitki 200 sağlamaktı megawatt arasında elektrik gücü yaklaşık 200.000 evlerine tedarik elektriğe, yeter. Güvenli ve temiz yenilenebilir enerji üretimi için gezegendeki en iddialı projelerden biriydi : mevcut veya planlanan güneş enerjisi santralleri 100 ila 500 MW ( fotovoltaik güneş enerjisi santralleri ) mertebesinde . Üretilen enerji, modern bir nükleer reaktörünkinden çok daha düşük kalır ( Chooz = reaktör başına 1.500 MW, yani 7 kat daha fazla), ancak karşılaştırmayı destekler. Ancak bu proje zamanlamanın gerisine düştü ve henüz gün ışığına çıkmadı.
Kulenin ovalleşmesinin etkisine karşı koymak için (inanılmaz hafifliği göz önüne alındığında, bir masaya yerleştirilmiş ıslak kağıt bir silindir kadar kolay bir şekilde kendi üzerine katlayabilir), projenin ön çalışmasından sorumlu mühendislik şirketi SBP andıran yapılar istinat aralıklarla kule yerleştirmek için fikri vardı spokes a tekerleğin içinde bisiklet . Hava hızını sadece %2 azaltırlar .
Beklenen yatırım maliyeti , 2 €/W'lik bir yatırım maliyetine karşılık gelen yaklaşık 400 milyon Euro olacaktır . Karşılaştırıldığında, 2008'de bir fotovoltaik sistem yaklaşık üç kat, 2008'de PS10 (11 MW ) heliostatlı güneş enerjisi santrali 3,2 € / W , yani 1,6 kat daha pahalıya mal oldu . Bununla birlikte, sağlanan kilovat saat , Avustralya'daki üretimin %95'ini oluşturan kömür bazlı elektrikten beş kat daha pahalı olmaya devam edecek . Bu nedenle proje, 2008 fosil kaynakları fiyatında kârsız kaldı ve proje sahiplerini diğer ek gelir kaynakları sağlamaya zorladı: turist ziyaretleri, seracılık vb.
Proje özellikleri
Bu proje inanılmaz görünebilir, ancak tasarımcıları gerçekçi olduğunu söyledi. Stuttgart merkezli Alman mühendislik firması SBP'nin fizibilite çalışmaları sona eriyor . Bu güneş kulesi EnviroMission tarafından County Wentsworth'teki Yeni Güney Galler çölünde inşa edilecekti . Finansman bulunsaydı, inşaatı 2010'da başlamalıydı.
2006'da, 2010'da inşaatına başlanması gereken başka bir güneş kulesi projesi, fon bulunması halinde İspanya'da [4] Ciudad Real ilindeki bir köy olan Fuente el Fresno mevkiinde duyuruldu . Çalışma, İspanyol şirketleri Campo 3 ve Imasa ve Alman şirketi Schlaich Bergermann ile işbirliği içinde yürütülecekti. 750 metre yüksekliğindeki bu kule bu nedenle Avrupa'nın en yüksek binası olacaktı.
Proje özellikleri
Diğerleri gibi, bu proje de herhangi bir ek gelir kaynağı olmadan projeyi karlı hale getirmek için çok pahalı olan bir kWh üretiyor: bu durumda, yangınlara ve turizme karşı telekomünikasyon ve gözetim ekipmanlarının kurulumu.
2014 yılında gün ışığına çıkan bu proje, İsrail'deki Ashalim kulesi 2018'de bu rekoru kırmadan önce 137 metre yüksekliğiyle dünyanın en yüksek güneş kulesiydi. Ivanpah güneş enerjisi santralinde 173.500 heliostat aynası bulunuyor . 392 megavat (MW) (377 MW net) kapasiteli; yıllık üretimi 140.000 hanenin tüketimini karşılamaktadır.
2018'de İsrailliler , İsrail'in güneyindeki Negev Çölü'nde dünyanın en yüksek güneş kulesini inşa ettiler : Ashalim Kulesi. 250 metre yüksekliğinde olup 80 kata eşdeğerdir. Megalim Power Ltd CEO'su Eran Gartner'a göre , “ Kulemizin dünyanın en yüksek olmasının nedeni rekor kırmak istememiz değil, güneş alanının yoğunluğudur. Heliostatlar ne kadar konsantre olursa, ayna sıraları arasında parazit olmaması için kule o kadar yüksek olmalıdır ”.
Yapımı 4 yıl sürmüştür. Kule, onlarca kilometre boyunca görülebilir ve uzaktan büyük bir ampul gibi görünür.
Kulenin dibinde, bir milyon metrekarelik bir alana yayılmış, 400 futbol sahasına eşdeğer 50.000 aynadan ( heliostat ) oluşan bir güneş alanı var . Kulenin sonunda devasa bir kazan, güneş ışınlarını toplar ve geleneksel bir elektrik santralinde olduğu gibi bir türbini çevirerek elektrik üretmek için sıcak suyu buhara dönüştürür.
Şu anda var İki güneş kule inşaat projeleri: Bir şeklindeki bir kule Laval memesi Fransız şirketi Sumatel tarafından Savoie, zaten 1997 yılında inşa edilmiş bir modeli 6 m yüksekliğinde ve planlar 60 gitmek için m veya daha fazla, ve silindirik kulenin 500 m yüksek yukarıda belirtilen.
Eşit yükseklikte, bu iki proje için planlanan güçler çok farklı ve Sumatel tarafından Batı Hint Adaları'ndaki Bouillante sahasında inşa edilen deneysel model, kalorisini bir tortudan aldığı için kesinlikle bir güneş kulesi değil. güneş değil.
Olası bir 500 m kule için , Sumatel 1.500 MW'tan fazlasını duyurdu Avustralya-Alman projesi ise 50 MW rakamını öne sürüyor . Performanstaki bu fark, kullanılan atmosferik fenomenin yüksekliğindeki farkla açıklanır. Fransız süreci 20 km yüksekliğe ulaşabilen bir atmosferik girdap oluşturmayı mümkün kılarken, Avustralya-Alman süreci basit bir bacanın çekiş etkisinden yararlanmakla yetiniyor. Bir su hortumu veya bir hortum gibi, 20 km yüksekliğindeki sanal baca bir çekişe ve dolayısıyla çok yüksek bir yükseklikten bile insan yapısından çok daha büyük bir çıkışa sahiptir. Her iki durumda da Carnot yasalarına uyulur. Atmosferin alt ve üst katmanları arasındaki sıcaklık farkı, Fransız projesinde çok daha büyük. Mucit Edgard Nazare ve onunla birlikte Sumatel şirketi, en az 300 m'lik bir kuleden 20 km yüksekliğinde bir girdap oluşturmayı ve ilan edilen güçleri elde etmeyi umabileceğimizi tahmin ediyor . 450 m yüksekliğinde ve çapında bir kule için 2.700 megawatt nominal güç açıkladı. Bir Nazare bis projesi, bu Vorteks kulesine bir Toryum nükleer santralinin bağlanmasını önerdi. Australo-Alman kulesinin aksine, Fransız kulesi sadece atmosferik fenomeni başlatmak için kullanılır.
Patrick Nicolas, UMD web sitesinde, daha yüksek bir irtifaya ulaşmayı ve böylece daha yüksek bir çekim elde etmeyi mümkün kılacak bir güneş kulesi çeşidi olan, kendi kendini destekleyen esnek bir güneş kulesi sunar. Kule, kılavuz görevi gören alt sert parçadan ve güçlendirilmiş ve gergili plastik filmden değişken bir parçadan oluşur. Asansör, kulenin yapısında yapılan ve havadan hafif gazlarla (helyum ve bölünmüş hidrojen karışımı) doldurulmuş kutular sayesinde elde edilir. Yükleri dağıtmak için yüksekliğe birkaç kutu entegre edilmiştir. Tecnolac Solar'etkinliğinde bir model üretildi ve sergilendi (UMD sitesindeki videoya bakın).
Bu projenin gerçek boyutu 100 m çapında ve 5.000 m2'lik bir temel sera için 2.000 m yüksekliğe ulaşabilir . Değişken güç daha sonra 5 ila 250 MW arasındadır . Bu kule rüzgarsız veya zayıf rüzgarda çalışacak ve rüzgar olmadığı için duran rüzgar türbinlerini tamamlayacaktır. Bu kule gündüz serada biriken ısı sayesinde gece çalışabilir. 2010 yılında Patrick Nicolas, kendisini bir ulaşım projesine adamak için bu projenin ertelendiğini duyurdu.
Bu konsept, 2013 yılında University College London'dan İngiliz bilim adamı Patrick Cottam tarafından Lindstrand Technologies Ltd. ile ortaklaşa geliştirildi.
Michaud LM, “ Atmosferde yukarı doğru ısı taşınımı sırasında mekanik enerjiyi yakalamak için girdap işlemi ”, Applied Energy , cilt. 62, n o 4,1999, s. 241–251 ( DOI 10.1016 / S0306-2619 (99) 00013-6 , çevrimiçi okuyun [PDF] )