Slnečná prúdová veža

Slnečná prúdová veža (tiež známa ako superkomín) je jedna z typov elektrární využívajúcich ako zdroj energie slnečné žiarenie. Pracuje na princípe kombinácie troch zložiek: efektu komína, skleníkového efektu a veternej turbíny.
Vzduch nahromadený v priestore podobnému obrovskému skleníku, ktorý je umiestnený dookola základne vysokého komína je ohrievaný slnečným žiarením, následkom čoho zohriaty vzduch uniká hore komínom. Vzniknuté prúdenie vzduchu poháňa turbíny produkujúce elektrickú energiu. Úspešný 50 kW výskumný prototyp pracoval v španielskom Ciudad Real v rokoch 1980 – 89. Na jeho základe bolo vytvorených mnoho modelových štúdií týkajúcich sa optimalizácie, mierok a ekonomickej návratnosti.

Opis konštrukcie

Energetická výdatnosť slnečnej veže závisí bezprostredne od dvoch činiteľov: veľkosti kolektora a výšky komína. Pri veľkom kolektore podlieha ohrevu väčší objem vzduchu, čo je príčinou vyššej rýchlosti prúdenia cez komín. Teoretické predpoklady odhadujú optimálny povrch s polomerom 3,5 km. Pri vyššom komíne zase dochádza ku väčšiemu rozdielu tlakov vyvolaného takzvaným komínovým efektom, čo má za následok vyššiu rýchlosť prúdiaceho vzduchu. Podľa odhadov je optimálna výška komína pre veľkú elektráreň okolo 1000 metrov. Zväčšenie výšky komína alebo povrchu kolektora zvýši prietok vzduchu cez turbíny a tým aj množstvo produkovanej energie.
Teplo môže byť tiež akumulované pod povrchom kolektora a využité na nútenú cirkuláciu vo veži, v prípade, že sa jej nedostáva slnečného žiarenia. Voda, ktorá má všeobecne veľkú tepelnú kapacitu, môže vypĺňať rúry nachádzajúce sa pod kolektorom a v prípade potreby zvyšovať množstvo dodávanej energie .
Veterné turbíny môžu byť nainštalované vodorovne v mieste spojenia veže a kolektora (plány veže v Austrálii), alebo horizontálne v osi komína ako pri prototype v Španielsku.
Nevýhodou slnečných veží je nevyhnutnosť práce v oblastiach so silným slnečným žiarením, ako aj veľká plocha ktorú zaberá kolektor. Pozemky vhodné na budovu musia mať nízku hodnotu - ideálne by boli napríklad púšte.
Menšie slnečné veže môžu byť zaujímavou alternatívou na získavanie energie pre rozvojové krajiny, keďže na ich stavbu nie sú potrebné drahé materiály, zariadenia a ani vysoko kvalifikovaní odborníci pri prevádzkovaní.

História

Prvá zmienka na tému slnečných veží sa objavila v roku 1903 v magazíne La energía eléctrica , no teoretické základy konštrukcie vypracoval Hanns Günther až v roku 1931. Na začiatku roku 1975 Robert E. Lucier predstavil patenty na slnečnú vežu, ktoré boli v priebehu niekoľkých rokov vykúpené Austráliou, Kanadou, Izraelom a USA.

Prototyp

V roku 1980 bol postavený objekt strednej veľkosti v Španielsku, 150 km južne od Madridu. Projekt bol úplne hradený nemeckou vládou. Konštrukcia sa skladala z komína s výškou 195 m a priemerom 10 m, kolektora s celkovým povrchom 46 000 m² (s priemerom 244 m) a elektrickým výkonom 50 kW. Počas stavby sa získalo množstvo údajov potrebných na projektovanie, budovanie a prevádzku väčších konštrukcií. Pilotný projekt pracoval približne 8 rokov, ale z dôvodu „nestability komína vyvolanej vírmi“, bol v roku 1989 rozobraný.

„Ciudad Real Torre Solar“

Je naplánovaná v mieste Ciudad Real v Španielsku. Ak bude vybudovaná, bude prvá svojho druhu v EÚ  . Má zaberať plochu 350 ha, čo v kombinácii s komínom vysokým 750 metrov dovolí získať 40 MW energie.

„Solar Tower Buronga“

Od roku 2001 trvajú prípravy na vybudovanie slnečnej veže v Austrálii, podporované organizáciou EnviroMission a zároveň miestnymi vládami, rátajúcimi s dodatočným ziskom aj z turistického ruchu (podľa plánov sa má na vrchole komína nachádzať vyhliadková plošina). Veža má stáť v okolí Buronga v štáte Nový Južný Wales. Technické podrobnosti projektu sú ťažko prístupné , a prebehajúci stav prác neznámy .

Návratnosť

Budova slnečnej veže si vyžaduje vysoké počiatočné náklady, ktoré sú ale vynahradené nízkymi nákladmi na prevádzku , možné vďaka chýbajúcim nákladom na palivo. Nedostatkom je nižšia efektívnosť pretvárania slnečnej energie než napríklad v zrkadlových slnečných elektrárňach. Dôvodom je väčšia plocha, ktorú zaberá kolektor, ako aj vyššie náklady na stavbu .
Predpokladá sa, že slnečná veža bude potrebovať oveľa menšie energetické rezervy ako je to v prípade veterných či tradičných slnečných elektrární. Umožňuje to hromadenie tepelnej energie, ktorá môže byť následne využitá v noci. Veža tak môže fungovať nepretržite, čo nemôžu ponúknuť veterné elektráne ani fotovoltaické články, pre ktoré musia byť v energetickom systéme rezervy vo forme tradičných elektrární s výkonom a dostupnosťou umožňujúcou ich zastúpenie .
Nie je presne známe, aké by boli náklady na výrobu energie vytváranej pomocou slnečnej veže. Niektoré pramene odhadujú náklady na 7-21 centov/kWh , iné tvrdia, že cena energie bude musieť byť minimálne 25-35 centov za kWh . Skutočná úroveň nákladov bude známa až počas prevádzky.

Stupeň premeny slnečnej energie

Základným nedostatkom slnečnej veže je nízky stupeň premeny slnečnej energie na energiu elektrickú. Mnoho projektov založených na využití slnečného tepla má v prepočte na meter štvorcový väčšiu výkonnosť. V prípade veže je to kompenzované oveľa menšími nákladmi na jednotku povrchu .
Slnečná veža s výkonom 200 MW potrebuje kolektor s priemerom 7 km a výšku komína 1 000 metrov . Taká inštalácia môže vyrábať elektrickú energiu pre 200 000 domácností. V prípade tradičných elektrární by produkcia rovnakého množstva energie mala za následok vypustenie 900 000 ton spalín v priebehu jedného roka. Výdajnosť takej elektrárne sa odhaduje na približne 5 W/m² (výdajnosť fotočlánkov je okolo 20-40%, v priemere 50 W/m²). Všetky hodnoty však môžu byť potvrdené až pri spustení plnohodnotnej elektrárne tohoto typu .
Tiež nie je známe, ako sa bude správať komín pod vplyvom silných vetrov, ktoré budú vyvolávať napätia materiálu použitého na jeho stavbu . Činiteľom, ktorý tiež treba vziať do úvahy, je úroveň naslnenia. Napríklad slnečné komíny pracujúce v Kanade by produkovali okolo 85% energie podobných konštrukcií pracujúcich v rovníkových oblastiach.