雙作用太陽能塔可在中東地區提供全天候的清潔能源
約旦和卡達的研究人員設計出了一種”雙作用太陽能係統”(TTSS),能夠全天候產生清潔能源。這種雙作用設計所產生的能量是標準太陽能上升塔的兩倍以上。顧名思義,”雙技術太陽能係統”在單一設計中融合了兩種塔式技術:太陽能上升氣流塔和冷卻下氣流塔。它們被整合在一個塔中,上升氣流塔從中間升起。
一座200 公尺高的雙作用太陽能上升/下降氣流塔可在炎熱乾燥的沙漠地區全天候提供清潔能源
太陽能上升氣流系統的工作原理是加熱地面的空氣,然後利用熱空氣上升的原理,將空氣送上裝有渦輪機的高塔。空氣在一個大屋頂下加熱,屋頂覆蓋著廣闊的收集區,由溫室型材料製成,旨在盡可能收集熱量。
這些設備已經在實驗規模上建成,但尚未達到商業規模,因為它們通常都是非常高大的結構,以確保形成足夠的溫差。因此,成本很高而且被認為風險很大。
TTSS 設計結合了太陽能上升塔和多個噴霧式下流塔–侯賽因技術大學/卡達大學
另一方面,冷卻下流塔迫使空氣向下流動,帶動另一個渦輪機轉動。在這種設計中,是透過向塔頂的環境空氣中噴灑細微水霧,使其變冷變重並向下輸送來實現的。
TTSS 設計將一個上升氣流塔置於中間,外圍環繞著10 個下沉氣流塔,這樣就可以同時以上升氣流和下沉氣流模式運作。
來自約旦侯賽因技術大學和卡達大學的研究團隊對一座高約200 公尺、直徑13.6 公尺的TTSS 塔進行了建模,塔下是一個直徑為250 公尺的集熱器。內冷卻水塔的直徑為10 公尺(33 英尺),四周留有1.8 公尺(5.9 英尺)的空隙。這個空隙被分隔成10 個獨立的下風塔,塔頂裝有水霧系統,塔底裝有渦輪機。設計地點選在利雅德市附近–炎熱乾燥的沙漠地區非常適合這種設計。
在利用當地氣象資料進行的模擬測試中,研究小組估計這種系統每年總共可產生約753 兆瓦時的能量,其中外部下氣流塔晝夜不停地工作,可提供約400 兆瓦時的能量,而上氣流塔在烈日下工作效率更高,可提供約350 兆瓦時的能量。
一個內上升氣流塔,周圍有十個下沉氣流通道,每個通道都有自己的發電機渦輪機圖/阿爾-侯賽因技術大學/卡達大學
根據研究小組的數據,這些數字是類似的純上升氣流設計的2.14 倍,考慮到上述上升氣流/下降氣流分離的情況,這是合理的。它們還能在一定程度上解決大多數太陽能專案中存在的能源供需矛盾。
目前,該團隊還沒有嘗試對其進行LCoE(平準化電力成本)計算,也沒有與太陽能光電陣列加電池儲能進行任何成本比較。報告還指出,在TTSS 系統最有效的地區–炎熱乾燥的沙漠城市要獲得足夠的水來運作下拉式系統可能並不容易。
儘管如此,這仍然是一個有趣的想法,同時也證明了有許多方法可以驅動渦輪機發電。