Et soltårn , også kaldet en solskorsten, er et anlæg til vedvarende energi , der er bygget til at kanalisere luften, der opvarmes af solen, for at drive turbiner til at producere elektricitet. Oberst Isidoro Cabanyes designede den første prototype i 1903. Den første skala anlæg blev bygget i Spanien (Manzanares) af den tyske ingeniør Jörg Schlaich i 1981.
Den franske ingeniør Edgard Nazare (1914-1998) foreslog en forbedret model i 1950'erne under betegnelsen "aerotermisk anlæg" eller "vortex tower" og i form af et metaltårn (patent fra 1956 og 1964), der begrænser en kunstig cyklon ved termisk forskel, hvis kraft blev fanget af vindmøller indlejret i tårnets periferi.
Luften opvarmes af drivhuseffekt i en stor opsamler placeret på niveau med en slette og ledes af en skorsten, der kommer frem i højden, hvilket gør det muligt at drage fordel af temperaturforskellen og den mulige tilgængelige konvektionsenergi . Ved bunden af skorstenen er der turbiner, der driver elektriske generatorer til at producere elektricitet .
De grundlæggende systemer (drivhus, skorsten, vindmøller) er baseret på perfekt mestre konventionelle teknikker, som begrænser risiciene. Den oprindelige investering er betydelig, men driftsomkostningerne er relativt lave.
I mere præcise vendinger henviser angelsakserne til teknologien i solskorstenen ved: Single Flow Upwind System eller Solar updraft tower (en) .
Mange forskere rundt om i verden har præsenteret forskellige ideer eller konkrete soltårnprojekter:
Det var først i 1981, at der faktisk blev bygget en første prototype af en solskorsten i Manzanares (en spansk by 150 kilometer fra Madrid) under ledelse af den tyske ingeniør Jörg Schlaich og med midler fra det tyske ministerium for forskning og teknologi. Denne skorsten målte 194 meter til en effekt på 50 kW og fungerede indtil 1989, da en storm bankede tårnskorstenen ned. Omkostningerne pr. Kilowatt-time for denne eksperimentelle platform var fem gange højere end et konventionelt termisk kraftværk.
I december 2010 meddelte den kinesiske regering, at der var bygget en 200 kW prototype i Mongoliet nær Jinshawan. Ifølge Patrick Cottam og Rudolf Bergermann, der besøgte stedet, ville tårnet imidlertid ikke fungere godt på grund af produktionsfejl.
Et soltårnprojekt, kaldet Buronga Project , skulle have startet i 2010 i Australien . Det blev udviklet af virksomheden Enviromission. Skorstenen skulle nå 990 meter i højden og 70 meter i diameter . Anlægget var at give 200 megawatt af elektrisk strøm , nok at levere elektricitet til omkring 200.000 boliger. Det var et af de mest ambitiøse projekter på planeten til produktion af sikker og ren vedvarende energi : eksisterende eller planlagte solkraftværker er i størrelsesordenen 100 til 500 MW ( solcelleanlæg ). Den producerede energi forbliver meget lavere end for en moderne atomreaktor ( Chooz = 1.500 MW pr. Reaktor, dvs. 7 gange mere), men understøtter sammenligningen. Dette projekt er imidlertid gået bagefter og har endnu ikke set dagens lys.
For at imødegå effekten af tårnets ovalisering (som så let kan foldes tilbage på sig selv som en cylinder vådt papir placeret på et bord i betragtning af dets utrolige lethed), var ingeniørfirmaet SBP, ansvarlig for projektets forstudie , fik den idé at placere tårnet med intervaller på støttekonstruktioner der ligner egerne i et hjul af en cykel . De ville kun falde luften hastighed med 2% .
Den forventede investeringsomkostninger ville være omkring 400 millioner euro , svarende til en investering på 2 € / W . Til sammenligning kostede et solcelleanlæg i 2008 cirka tre gange, mens solkraftværket med heliostatik PS10 (11 MW ) i 2008 kostede 3,2 € / W , dvs. 1,6 gange mere. Den leverede kilowattime ville ikke desto mindre forblive fem gange dyrere end kulbaseret elektricitet , der tegner sig for 95% af produktionen i Australien . Projektet forblev derfor urentabelt til prisen for fossile ressourcer i 2008 og skubbede projektets initiativtagere til at sørge for andre yderligere indtægtskilder: turistbesøg, drivhusdyrkning osv.
Projektspecifikationer
Dette projekt kan virke utroligt, men dets designere sagde, at det var realistisk. Forundersøgelserne af det tyske ingeniørfirma SBP med base i Stuttgart nærmer sig slutningen . Dette soltårn skulle bygges af EnviroMission i New South Wales ørkenen i County Wentsworth . Hvis der var fundet finansiering, skulle opførelsen være startet i 2010.
I 2006 blev et andet soltårnprojekt, hvis konstruktion skulle have startet i 2010, annonceret i Spanien [4] i lokaliteten Fuente el Fresno, en landsby i provinsen Ciudad Real, hvis der var fundet finansiering. Arbejdet skulle udføres i samarbejde med de spanske virksomheder Campo 3 og Imasa og det tyske firma Schlaich Bergermann. Dette 750 meter høje tårn skulle derfor være den højeste bygning i Europa.
Projektspecifikationer
Som alle andre producerer dette projekt en kWh, der er alt for dyrt til at gøre projektet rentabelt uden nogen yderligere indtægtskilde: i dette tilfælde installation af telekommunikations- og brandovervågningsudstyr og turisme.
Dette projekt, der så dagens lys i 2014, var det højeste soltårn i verden, der stod 137 meter højt, før Ashalim Tower i Israel slog denne rekord i 2018. Ivanpah Solar Power Plant har 173.500 heliostatspejle . Med en kapacitet på 392 megawatt (MW) (377 MW netto); dens årlige produktion dækker forbruget af 140.000 husstande.
I 2018 byggede israelerne det højeste soltårn i verden i Negev- ørkenen syd for Israel: Ashalim-tårnet. Det er 250 meter højt, svarende til 80 etager. Ifølge Eran Gartner, administrerende direktør for Megalim Power Ltd , ”Årsagen til, at vores tårn er det højeste i verden, er ikke fordi vi vil slå rekorder, men på grund af solfeltets tæthed. Jo mere koncentreret heliostatene er, jo højere skal tårnet være, så der ikke er nogen interferens mellem spejlrækkerne ”.
Dens konstruktion tog 4 år. Tårnet er synligt i titusinder af kilometer rundt og ligner en kæmpe pære langt væk.
Ved foden af tårnet er der et solfelt, der består af 50.000 spejle ( heliostatier ), der er spredt over et område på en million kvadratmeter, hvilket svarer til 400 fodboldbaner. I slutningen af tårnet samler en enorm kedel solens stråler og omdanner varmt vand til damp for at producere elektricitet ved at dreje en turbine som i et konventionelt kraftværk.
Den eksisterer i øjeblikket to soltårnkonstruktionsprojekter : et tårn i form af en Laval-dyse af det franske firma Sumatel i Savoie, som allerede byggede i 1997 en model på 6 m høj og planlægger at gå til 60 m eller mere, og det cylindriske tårn 500 m højt nævnt ovenfor.
I samme højde er de planlagte kræfter for disse to projekter meget forskellige, og den eksperimentelle model, bygget af Sumatel på Bouillante-stedet i Vestindien, er ikke strengt taget et soltårn, fordi det trækker sine kalorier fra et depositum. Geotermisk og ikke solen.
For et muligt 500 m tårn annoncerer Sumatel mere end 1.500 MW mens det australske-tyske projekt fremlægger tallet 50 MW . Denne forskel i ydeevne forklares med forskellen i højden af det anvendte atmosfæriske fænomen. Den franske proces gør det muligt at generere en atmosfærisk hvirvel, der kan nå 20 km i højden, mens den australsk-tyske proces er tilfreds med at udnytte trækeffekten af en simpel skorsten. Som en vandrør eller en tornado har den 20 km høje virtuelle skorsten et træk og derfor et output, der er meget større end en menneskelig konstruktion, selv fra en meget høj højde. I begge tilfælde respekteres Carnots love . Temperaturforskellen mellem det nedre og det øvre lag af atmosfæren er simpelthen meget større i det franske projekt. Opfinderen Edgard Nazare og med ham Sumatel-virksomheden vurderer, at det er fra et tårn på mindst 300 m, at vi kan håbe på at skabe en vortex 20 km høj og opnå de bebudede magter. Til et 450 m højt tårn og i diameter annoncerede han en nominel effekt på 2.700 megawatt. Et Nazare bis-projekt foreslog at koble et Thorium-atomkraftværk til dette Vortex-tårn. I modsætning til det australsk-tyske tårn bruges det franske tårn kun til at indlede det atmosfæriske fænomen.
Patrick Nicolas præsenterer på UMD-webstedet et fleksibelt selvbærende soltårn, en variant af et soltårn, der gør det muligt at nå en højere højde og dermed opnå et højere træk. Tårnet består af en nedre hård del, der fungerer som en guide og en variabel del i forstærket og fyret plastfilm. Elevatoren opnås takket være kasser lavet i tårnstrukturen og fyldt med gasser, der er lettere end luft (helium og opdelt blanding af brint). Flere kasser er integreret i højden for at fordele belastningerne. En model blev produceret og udstillet på Tecnolac Solar'event (se videoen på UMD-siden).
Den aktuelle størrelse af dette projekt kunne nå 2000 m i højden i en diameter på 100 m og et grundlæggende drivhus på 5000 m . Den variable effekt er derefter 5 til 250 MW . Dette tårn fungerer i ingen eller svag vind og vil supplere vindmøllerne, der stopper på grund af manglende vind. Dette tårn kunne fungere om natten takket være varmen akkumuleret i drivhuset om dagen. I 2010 meddelte Patrick Nicolas, at dette projekt blev udsat for at vie sig til et transportprojekt.
Dette koncept blev udviklet i 2013 af den engelske videnskabsmand Patrick Cottam fra University College London i samarbejde med firmaet Lindstrand Technologies Ltd.
Michaud LM, " Vortex-proces til opsamling af mekanisk energi under opadgående varmekonvektion i atmosfæren ", Applied Energy , bind. 62, nr . 4,1999, s. 241–251 ( DOI 10.1016 / S0306-2619 (99) 00013-6 , læs online [PDF] )