Введение

Устройство для производства электроэнергии. Электроэнергия вырабатывается за счет нисходящего потока, создаваемого испарением воды, распыляемой в верхней части высокого полого цилиндра.

Энергетическая башня – это устройство для производства электроэнергии. Разработка доктора Филиппа Карлсона, усовершенствованная профессором Дэном Заславским из Техниона. Энергетические башни распыляют воду на горячий воздух в верхней части башни, заставляя охлажденный воздух опускаться вниз по башне и вращать турбину в ее нижней части.

Концепция

Энергетическая башня (также известная как башня с нисходящим потоком, поскольку воздух движется вниз по башне) представляет собой высокий (1000 метров) и широкий (400 метров) полый цилиндр с системой распыления воды в верхней части. Насосы подают воду на вершину башни, где она распыляется внутри. Испарение воды охлаждает горячий, сухой воздух, находящийся вверху. Охлажденный воздух, ставший плотнее окружающего теплого воздуха, опускается через цилиндр, вращая турбину внизу. Турбина приводит в действие генератор, вырабатывающий электроэнергию. Чем больше разница температур между воздухом и водой, тем выше энергоэффективность. Следовательно, башни с нисходящим потоком наиболее эффективны в жарком и сухом климате. Энергетические башни требуют больших объемов воды. Можно использовать соленую воду, но необходимо принимать меры для предотвращения коррозии; опреснение может помочь решить эту проблему. Энергия, извлекаемая из воздуха, в конечном итоге происходит от солнца, поэтому это можно рассматривать как форму солнечной энергии. Производство энергии продолжается и ночью, поскольку воздух сохраняет часть дневного тепла. Однако на выработку электроэнергии влияет погода: она снижается при увеличении влажности окружающей среды (например, во время дождя) или при понижении температуры. Связанным подходом является башня с восходящим потоком, которая нагревает воздух в наземных стеклянных теплицах и направляет нагретый воздух вверх по башне, приводя в действие турбины у основания. Башни с восходящим потоком не используют насосы для подачи воды, что повышает их эффективность, но требуют больших площадей земли для коллекторов. Стоимость приобретения земли и строительства коллекторов для башен с восходящим потоком необходимо сопоставлять со стоимостью насосного оборудования для башен с нисходящим потоком. С точки зрения эксплуатации, обслуживание коллекторных конструкций для башен с восходящим потоком следует сравнивать с затратами на перекачку воды и обслуживание насосного оборудования.

Стоимость/эффективность

Заславский и другие авторы оценивают, что в зависимости от местоположения и затрат на финансирование, производство энергии может составлять от 1,4 цента за кВтч, что значительно ниже, чем у других альтернативных источников энергии, за исключением гидроэнергетики. Накачка воды требует около 50% выходной мощности турбины. Заславский утверждает, что Энергетическая башня сможет достичь 70–80% от предела Карно. Если эффективность преобразования окажется значительно ниже, это негативно скажется на прогнозах стоимости энергии. Прогнозы Альтманна и Чиша относительно эффективности преобразования и стоимости энергии (в центах за кВтч) основаны исключительно на модельных расчетах; данные с работающей пилотной установки никогда не собирались. Фактические измерения на пилотной солнечной вышке Manzanares мощностью 50 кВт показали эффективность преобразования 0,53%, хотя SBP полагает, что ее можно увеличить до 1,3% на более крупном и усовершенствованном блоке мощностью 100 МВт. Это составляет около 10% от теоретического предела цикла Карно. Важно отметить существенную разницу между проектами с восходящим и нисходящим потоками воздуха. Использование воды в качестве рабочего тела значительно повышает потенциал для захвата тепловой энергии и выработки электроэнергии благодаря ее удельной теплоемкости. Несмотря на то, что конструкция может иметь свои недостатки (см. следующий раздел) и заявленная эффективность пока не подтверждена, было бы ошибкой экстраполировать характеристики одного проекта на другой только из-за сходства в названии.

Потенциальные проблемы

В солёном влажном воздухе скорость коррозии может быть очень высокой. Это относится к башне и турбинам. Технология требует жаркого и засушливого климата. К таким местам относятся побережье Западной Африки, Западная Австралия, север Чили, Намибия, Красное море, Персидский залив и Калифорнийский залив. Большинство этих регионов удалённые и малонаселённые, и для транспортировки электроэнергии на большие расстояния потребуется её доставка туда, где она необходима. В качестве альтернативы, такие установки могут обеспечивать электроэнергией близлежащие промышленные предприятия, такие как опреснительные установки, производство алюминия методом Холла-Эрольта или для генерации водорода для производства аммиака. Влажность, образующаяся в результате работы станции, может стать проблемой для близлежащих населённых пунктов. Электростанция диаметром 400 метров, создающая скорость ветра 22 метра в секунду, должна добавлять около 15 граммов воды на килограмм переработанного воздуха. Это эквивалентно 41 тонне воды в секунду (м³/с). В пересчёте на влажный воздух это составляет 10 кубических километров очень влажного воздуха в час. Таким образом, даже население, находящееся на расстоянии 100 километров, может ощутить негативное воздействие. Рассол представляет собой проблему пропорционально создаваемой влажности, поскольку давление паров воды уменьшается с увеличением солёности, поэтому разумно ожидать, что в составе влаги будет не менее рассола, чем воды. Это означает, что от электростанции будет оттекать река рассола со скоростью 41 тонны в секунду (м³/с), вместе с рекой солёной воды со скоростью 82 тонны в секунду (м³/с). Крупные промышленные потребители часто располагаются вблизи дешёвых источников электроэнергии. Однако во многих из этих пустынных регионов также отсутствует необходимая инфраструктура, что увеличивает капитальные затраты и общий риск.

Демонстрационный проект

Компания Solar Wind Energy, Inc., базирующаяся в штате Мэриленд, разрабатывала башню. Согласно последним проектным спецификациям, башня, спроектированная для установки вблизи города Сан-Луис, штат Аризона, способна производить до 1250 мегаватт-часов в час. Однако, из-за снижения мощности в зимние дни, средний суточный объем электроэнергии, поставляемой в сеть в течение года, составляет приблизительно 435 мегаватт-часов в час.