A napelemes torony , más néven napkémény, megújuló energiát termelő erőmű , amelyet a nap által fűtött levegő csatornázására építettek annak érdekében, hogy a turbinákat villamos energia előállítására hajtják. Isidoro Cabanyes ezredes 1903-ban tervezte meg az első prototípust. Az első léptékű üzemet Jörg Schlaich német mérnök építtette Spanyolországban (Manzanares) 1981-ben.
A francia mérnök, Edgard Nazare (1914-1998) az 1950-es években továbbfejlesztett modellt javasolt "aerotermikus üzem" vagy "örvénytorony" kifejezéssel, valamint fémtorony formájában (1956-os és 1964-es szabadalom), amely mesterséges ciklont kötött be termikus különbség, amelynek erejét a torony kerületébe ágyazott szélturbinák fogták el.
A levegőt üvegházhatás útján melegítik fel egy sík szintjén elhelyezkedő nagy kollektorban, amelyet egy magasságban megjelenő kémény vezet, így lehetővé válik a hőmérséklet- különbség és a rendelkezésre álló konvekciós energia előnyeinek kihasználása . Az alap a kémény turbinák vezetés villamos generátorok előállítására villamos .
Az alapvető rendszerek (üvegház, kémény, turbinák) tökéletesen elsajátított hagyományos technikákon alapulnak, ami korlátozza a kockázatokat. A kezdeti beruházás jelentős, de a működési költségek viszonylag alacsonyak.
Pontosabban fogalmazva az angolszászok a napkémény technológiájára utalnak: Single Flow Upwind System vagy Solar updraft tower (en) .
Számos kutató szerte a világon bemutatott különböző ötleteket vagy konkrét napelemes torony projekteket:
Csak 1981-ben építették Manzanaresben (Madridtól 150 kilométerre fekvő spanyol város) a napkémény első prototípusát Jörg Schlaich német mérnök irányításával és a német Kutatási és Technológiai Minisztérium forrásaiból. Ez a kémény 194 métert mért 50 kW teljesítményre, és 1989-ig működött, amikor vihar ledöntötte a torony kéményét. Ennek a kísérleti platformnak a kilowattóránkénti ára ötször magasabb volt, mint egy hagyományos hőerőműnél.
2010 decemberében a kínai kormány bejelentette, hogy 200 kW-os prototípust építettek Mongóliában, Jinshawan közelében. A helyszínt felkereső Patrick Cottam és Rudolf Bergermann szerint azonban a torony gyártási hibák miatt nem teljesítene jól.
A Buronga- projektnek nevezett napenergia-torony projektet 2010-ben kellett volna elkezdeni Ausztráliában . Az Enviromission cég fejlesztette ki. A kéménynek 990 méter magasnak és 70 méter átmérőjűnek kellett lennie . Az üzem az volt, hogy 200 megawatt a villamos energia , ahhoz, hogy a kínálat villamos 200.000 otthonok. Ez volt a bolygón az egyik legambiciózusabb projekt a biztonságos és tiszta megújuló energia előállítására : a meglévő vagy tervezett naperőművek 100–500 MW nagyságrendűek ( fotovoltaikus naperőművek ). A megtermelt energia jóval alacsonyabb, mint egy modern atomreaktoré ( Chooz = reaktoronként 1500 MW, azaz hétszer több), de támogatja az összehasonlítást. Ez a projekt azonban elmaradt a menetrendtől, és még nem látott napvilágot.
A torony ovalizációjának hatásának kiküszöbölése érdekében (amely hihetetlen könnyedségére való tekintettel ugyanolyan könnyen visszahajthatja önmagára, mint az asztalra helyezett nedves papírhenger) az SBP mérnöki vállalat, amely a projekt előtanulmányáért felelős , az az ötlete támadt, hogy helyezze a torony időközönként megtámasztó szerkezetek emlékeztető küllők egy kerék a kerékpár . Ők csak csökkentheti a levegő sebessége a 2% .
A várható beruházási költség körülbelül 400 millió euró lenne , ami 2 € / W beruházási költségnek felel meg . Összehasonlításképpen: a fotovoltaikus rendszer 2008-ban körülbelül háromszor, míg a PS10 (11 MW ) heliosztatikus napelemes erőmű 2008-ban 3,2 € / W , azaz 1,6-szor többe került. A kilowattóra mellékelt mindazonáltal továbbra is ötször drágább, mint a szén- alapú villamos , amely 95% -át a termelés Ausztráliában . A projekt ezért továbbra is veszteséges maradt a fosszilis erőforrások 2008. évi árán, ami arra késztette a projekt előmozdítóit, hogy biztosítsanak további jövedelemforrásokat: turisztikai látogatások, üvegházak termesztése stb.
Projektleírások
Ez a projekt hihetetlennek tűnhet, de tervezői szerint reális volt. A stuttgarti székhelyű német SBP mérnöki cég megvalósíthatósági tanulmányai a végéhez közelednek . Ezt a napenergia-tornyot az EnviroMission építtette az új-dél-walesi sivatagban , Wentsworth megyében . Ha találtak volna finanszírozást, annak építését 2010-ben kellett volna megkezdeni.
2006-ban Spanyolországban [4] meghirdettek egy másik napelemes torony projektet, amelynek építését 2010-ben kellett volna elkezdeni. [4] Fuente el Fresno helységben , Ciudad Real tartomány egyik falujában, ha finanszírozásra került volna sor. A munkát a spanyol Campo 3 és Imasa, valamint a német Schlaich Bergermann céggel együttműködve kellett elvégezni. Ez a 750 méter magas torony tehát Európa legmagasabb épülete volt.
Projektleírások
A többihez hasonlóan ez a projekt is túl drága annak a kWh-nak a termeléséhez, hogy a jövedelmezővé váljon a jövedelem minden további bevételi forrás nélkül: ebben az esetben telekommunikációs és tűzvédelmi berendezések telepítése és az idegenforgalom.
Ez a 2014-ben napvilágot látott projekt a világ legmagasabb napenergia-tornya volt, 137 méter magasan, mire az izraeli Ashalim- torony 2018- ban megdöntötte ezt a rekordot. Az Ivanpah naperőmű 173 500 heliosztatikus tükröt tartalmaz . 392 megawatt (MW) (nettó 377 MW) kapacitással; éves termelése 140 000 háztartás fogyasztását fedezi.
2018-ban az izraeliek a Negev- sivatagban , Izraeltől délre építették a világ legmagasabb napenergia-tornyát : az Ashalim-tornyot. 250 méter magas, ami 80 emeletnek felel meg. Eran Gartner, a Megalim Power Ltd vezérigazgatója szerint „ Tornyunk a világon a legmagasabb az oka, hogy nem rekordokat akarunk megdönteni, hanem a napmező sűrűsége miatt. Minél töményebbek a heliosztatikák, annál magasabbnak kell lennie a toronynak, hogy ne legyen interferencia a tükrösorok között ”.
Építése 4 évet vett igénybe. A torony több tíz kilométeren keresztül látható, és messziről hatalmas villanykörtének tűnik.
A torony lábánál van egy 50 000 tükörből ( heliosztatából ) álló napmező, amely egymillió négyzetméteres területen terül el, ami 400 futballpályának felel meg. A torony végén egy hatalmas kazán gyűjti össze a napsugarakat, és a forró vizet gőzzé alakítja, hogy turbinát forgatva áramot termeljen, mint egy hagyományos erőműben.
Jelenleg létezik két napelemes torony építési projekt: a francia Sumatel cég, Savoie városában egy Laval fúvóka alakú torony , amely 1997-ben már 6 m magas modellt épített és 60 m vagy annál nagyobb magasságot tervez , és a hengeres torony 500 m fent említett.
Egyenlő magasságban a két projektre tervezett erők nagyon eltérőek, és a kísérleti modell, amelyet Sumatel épített a nyugat-indiai Bouillante telephelyre, nem szigorúan véve egy napelemes torony, mert kalóriáit lerakódásból meríti. nem a nap.
Egy lehetséges 500 m-es torony esetében Sumatel több mint 1500 MW-ot jelent be míg az ausztrál-német projekt 50 MW-ot vet fel . Ez a teljesítménybeli különbség az alkalmazott légköri jelenség magasságának különbségével magyarázható. A francia folyamat lehetővé teszi olyan atmoszférikus örvény előállítását, amely elérheti a 20 km magasságot, míg az ausztrál-német folyamat megelégszik azzal, hogy kihasználja egy egyszerű kémény merülési hatását. A vízipipához vagy a tornádóhoz hasonlóan a 20 km magas virtuális kéménynek merülése van, ezért az emberi konstrukciónál jóval nagyobb teljesítmény, még nagyon magas magasságból is. Mindkét esetben tiszteletben tartják Carnot törvényeit . A légkör alsó és felső rétege közötti hőmérséklet-különbség egyszerűen sokkal nagyobb a francia projektben. A feltaláló, Edgard Nazare, és vele együtt a Sumatel cég úgy becsüli, hogy egy legalább 300 m-es toronyból remélhetjük, hogy 20 km magas örvényt generálunk és megszerezzük a meghirdetett erőket. Egy 450 m magas és átmérőjű torony esetében 2700 megawatt névleges teljesítményt jelentett be. A Nazare bis projekt egy torium atomerőmű párosítását javasolta ehhez a Vortex-toronyhoz. Az ausztrál-német toronnyal ellentétben a francia tornyot csak a légköri jelenség megindítására használják.
Patrick Nicolas az UMD weboldalán bemutat egy rugalmas önhordó napelemes tornyot, a napenergia-torony egy változatát, amely lehetővé teszi a nagyobb magasság elérését és ezáltal a nagyobb merülést. A torony egy alsó kemény részből áll, amely vezetőként szolgál, és egy változó rész megerősített és rögzített műanyag fóliában. A felvonó a torony szerkezetében készült dobozoknak köszönhető, amelyek levegőnél könnyebb gázokkal vannak megtöltve (hélium és hidrogén elosztott keveréke). Több doboz van beépítve a magasságba a terhek elosztása érdekében. Egy modellt gyártottak és kiállítottak a Tecnolac Solar'event rendezvényen (lásd a videót az UMD webhelyén).
A projekt tényleges mérete elérheti a 2000 m magasságot 100 m átmérőjű és az alap üvegházhatást 5000 m . A változó teljesítmény ekkor 5–250 MW . Ez a torony szélsebesség nélkül vagy gyenge szélen működne, és kiegészítené a szélhiány miatt megálló szélturbinákat. Ez a torony éjszaka működhetett a nap folyamán az üvegházban felhalmozott hőnek köszönhetően. 2010-ben Patrick Nicolas bejelentette, hogy ezt a projektet elhalasztották, hogy egy közlekedési projektnek szentelje magát.
Ezt a koncepciót 2013-ban Patrick Cottam angol tudós, a University College London fejlesztette ki , a Lindstrand Technologies Ltd. céggel együttműködve.
Michaud LM, „ Vortex eljárás mechanikai energia megkötésére a légkörben felfelé irányuló hőkonvekció során ”, Applied Energy , vol. 62, n o 4,1999, P. 241–251 ( DOI 10.1016 / S0306-2619 (99) 00013-6 , online olvasás [PDF] )