Solar EnetIndikativní postava solárního komína Elektrárna s kruhovým solárním kolektorem a plovoucím solárním komínem nakloněným díky vnějšímu obrázku( 1)Solaswarm airIrradiationWindSolarAir turbínyDíky své patentované konstrukci je FSC frekventovanější než airan náklon, když je vnější objevují se větry Nízkonákladové plovoucí solární komíny až do 1000 mS touto inovativní technologií plovoucích solárních komínů výšky FSC až 100Omp až 1
2 z arhorizontálního slunečního záření na solárním kolektoru dopadajícího na elektrárny, vzhledem k jejich podobnosti s hydroelektrickými elektrárnamiJejich podobnost je dána následujícími skutečnostmi: Hydroelektrická Pps oo padající vodní gravitace, zatímco solární aero -elektrické díky vzestupnému tahu Jednotky na výrobu elektřiny hydroelektrických PP jsou toerátory s vodními turbínami, zatímco jednotky na výrobu sola Energie vyrobená hydroelektrickými PP je úměrná klesající vodní výšce, zatímco energie vyrobená solární aero-elektroúměrná todraftová výška teplého vzduchu, která se rovná výšceProto prof J Sclaigh ve své knize pojmenoval hrnce s technologií solárních komínů jako vodní elektrárny pouští
Technologie plovoucího solárního komína vzduchu rovnající se 1005Dexůměrná rychlost vzduchu na horním výstupu solárního komína uHAm předchozího eqbyla zjednodušena (viz Papageorgiou, 2004), vedoucí T4+W2 T4T+。=0Kde jsou koeficienty wnd ws dány vztahy=C2(1k),2=C2(2kn+C2T)2=(1-k)C2C3+127C=Cr·(1) ws=-nr T CIVlastním kořenem předchozí polynomické rovnice je teplota tg předchozí vztahy k výpočtu Taste vzorcemTost=T,+C?TTtedy celková elektřina daná P=rm-C
(T -Tne)=m-c, (T o-T , -C, T:-)konečný výsledek, který pomocí předběžného postupu, na základě analýzy termodynamického cyklu, definuje elektrickou porézní termodanalýzu, i když vypadá složitější než analýzaDG, jedná se o ekvivalentní termodynamickou analýzu, která bere v úvahu všechny nezbytné a nezanedbatelné vlivy a parametry procesu v SAElPPro>pro výpočet Tos uvádí Shlaigh ve své relativní knize Thetion týkající se průměrné výstupní teploty vzduchu ze solárního kolektoruvstupní teploty vzduchu Tbod optimálního provozu SAEP může beta Ga= i Cp(Toe-T02)+B Ac(Ta-Ta)přibližný koeficient tepelných ztrát solárního kolektoru (k okolnímu prostředí a zemi) na m jeho plochy0g-To2) An průměrná hodnota B pro solární kolektory s dvojitým zasklením
Solar Enhe roční průměrná horizontální ozáření na povrchu slunečního kolektoruRoční průměrná sluneční horizontální ozáření Gay je dáno vzorcem Wy/8760 hodin, kde Wy je roční horizontální ozáření SAEPP (v KWh/m2) pro sluneční záření) Průměrná hodnota thkoeficientu ta pro střechu s dvojitým zasklením je,70d ac je plocha solárních kolektorů. zemní tepelná akumulace kolem solárního kolektoru Vstupní okolní vzduch procházející nad ním se zvyšuje a vstupuje do Správná hodnota B, byla vypočtena tepelná loha olárního kolektoru Analýza přenosu solárního kolektoru Úvodní analýza je dalším odstavcem Analýza přestupu tepla využívá časové Fourierovy řady, aby vzít v úvahu jevy zemního tepelného akumulace během denního cyklu provozu Okamžitá účinnost SAEP je dána vzorcem, kde acG se dostává na povrch horizontálního solárního kolektoru Ac a Pis maximální generovaný elektrický výkon Tato účinnost je pro danou hodnotu horizontálního solárního kolektoru ozáření G
Můžeme však dokázat, že pro téměř konstantní maharizontální ozáření jsou G téměř úměrné, takže předchozí vzorec udává také roční účinnost SAEP definovanou jako roční horizontální ozáření dopadající na střechu skleníku v Leu. uvažujme, že saep má následující rozměry a konstantyAc =10%m2(DD=1H=800m,d=40m,k=049,ae průměr (Gav 240W/m2) Na následujícím obrázku je vliv G na výstupní výkon jako funkce průtok této SAEPJe-li maximální (denní průměr při letním provozu) Ga 500 W/m2, maximální výkon této SAEP, dosažený pro im =-10000 Kg/sec je 5 MW Její účinnost je tedy přibližně 1 % Předpokládejme, že jmenovitý výstupní výkon PR SAEP je maximální výstupní výkon pro maximální průměrné sluneční záření Asm výstupní bod provozu (nim) je přibližně stejný
Floating Solar Chimney Technologyd-40m, Wy-200DKwNY m2/rok Pokud tedy budeme provoz SaEP řídit tak, aby fungoval s protokem blízkým mm, měli bychom dosáhnout téměř maximálního elektrického výkonu SAEP pro jakékoli horizontální sluneční záření. je označováno jako optimální provozní pravidlo můžeme konstatovat, že pro optimální provoz SAEPvypočteno přibližně vzorcem tit"po(n-d2/4), kde rychlost vzduchu je o se odhaduje na 7-8 m/sec, hustota vzduchu je dána p=po/(287307 15) a d je vnitřní metrický výkon na roční průměr horizontálního slunečního záření lze provést pomocí analýzy termodynamického cyklu pro proměnný hmotnostní průtok i a gavGav"21000008760-240w/m2, dříve definovaná SAEP je 094 % (t.j
e o 6 % nižší než vypočtená účinnost 1 % pro horizontální průměr 500 w/m2)42 Maximální výstupní rychlost teplého vzduchu bez vzduchové turbíny solárního selektoru plus samotného FSC (tj. bez vzduchových turbín) lze vypočítat v předchozí sadě rovnic bychom měli, že n=O Tedy
Solární EnetToa"Toe a To4"To Pokud vezmeme v úvahu, že kinetické ztráty jsou přibližně stejné jako frictin a vezmeme-li v úvahu, že eqt odvozené, kde AT=To3-To (můžeme přibližně přiblížit, že ToRTT je rychlost vzduchu ve volném průchodu solárním komínem (bez vzduchu) turbíny) dáno vzorcem2gH5he fsc h=800m heordinární hodnoty pro koeficienty a=1 1058 ak=0 49 a teplotu okolního vzduchu To=296
2K(23C)jako funkce AT je uvedena na dalším obrázkuE5品agaC v důsledku skleníku Obr. =p D(nd2/4)kde p-117Kg/dd=40m Přibližná plocha solárního kolektoru s dvojitým zasklením, generující volnou rychlost vzduchu u, která se stahuje vzhůru, může být definována pomocí AT,u aG rovnicí A it p/(ta G)/AT-PI
Technologie plovoucích solárních komínů Přibližná plocha solárního kolektoru Ae jako funkce nárůstu teploty AT hodnoty ekvivalentního horizontálního slunečního záření G=250, 300, 350, 400 a 450 w/m2, znázorněné na následujícím obrázkuIH-800m, d -40m), teplota přiváděného vzduchuteplota do skleníkuObr. 11 Plocha solárního kolektoru jako funkce jeho generujícího zvýšení teploty Příklad: pro solární kolektor o ploše Ac=400Ha (tj.
400000 m2), s průměremDa715m ekvivalentním horizontálním slunečním zářením G 250W/m?, vytvořeným teplotním rozdílem AT je -1450C a volnou rychlostí nasávaného vzduchu D uvnitř FSC o H=800m výška a d=40m vnitřní průměr bude být -21 m/s, zatímco pro G=450W/m2, AT2250C a u Pro jednorozměrnou analýzu al a pokud jsou ztráty třením zanedbatelné, t, e k-D, máme (17) teplovzdušné volné tření FSC s nejvyšší rychlostí díky jeho vztlaku , je podobná rychlosti volně padající vody v důsledku/2-g43 Při předchozí termodynamické analýze cyklu SAEP bychom měli vypočítat teplotu vzduchu Toa na vstupu vzduchové turbíny nebo na výstupu ze solkolektoru Výpočet této průměrné teploty může být provedené pomocí dříve navržené přibližné analýzy. Nicméně teplotní auringAby bylo možné vypočítat dabe a následně i denifikaci elektrického výkonu pomocí dříve navržené analýzy termodynamického cyklu, měli bychom provést
Solární Enetof denního horizontálního profilu ozáření a denního profilu okolní teploty Model přenosu tepla SAEP s kruhovým kolektorem je znázorněn na indikativním diagramu na obr. Kruhový solární kolektor tohoto saepu je rozdělen do série m kruhových sektorů o šířce Ar, jak je znázorněno na obrázku další obrázekna tomto obrázku je znázorněn řez sektoru solárního kolektoru saepu s koeficienty procesu (radiatieground (Ts), pohybující se vzduch (T), vnitřní clona (Tc), vnější zasklení (Tw), okolní vzduch (To) ) andIsk) Thed absorbuje část vysílaného ozařovacího výkonu v důsledku horolárního ozáření (ta GVítr se pohybuje rychlostí Dw a na zemi je to tenká vrstva vody uvnitř tmavé plastové fólie Země je charakteristická svou hustotou pgr , jeho měrná tepelná kapacita a jeho tepelná vodivostHorizontální sluneční zářeníh,CoVerTT-J+TheHeeta GhWatertheight dh)Obr.
12 Řez kruhového sektoru kruhového solárního kolektoru s dvojitým zasklením průměr kolektoru a Din"Konečný vnitřní průměr solárního kolektoruTyto po sobě jdoucí kruhové sektorflcspeciálně trubkovitě rovnoběžné ploché povrchy, a proto mají ekvivalentní střední průměr směrem ke vstupu prvního obíhajícího do Totdr kvůli k zemi přenos tepla vede kolem solárního kolektoru Přibližně se dT odhaduje na 05K
Technologie plovoucího solárního komína Výstupní teplota prvního sektoru je vstupní teplota pro druhý atd. a nakonec výstupní teplota konečného Mth sektoru je Tos, tj. vstupní stagnační teplota do Analýza přenosu tepla solárním komínem během 24 hodin denně Cyklus komplikovaný, aby byl v tomto textu uveden analyticky, však tato analýza, aby byl jasný obraz o provozních charakteristikách SAEP Pomocí kódu analýzy přenosu tepla pro pohybující se variace výstupní teploty Tos lze vypočítat pomocí dvou vypočítaných hodnot Tas a termodynamickými analýza cyklu pro denní výkonový profil výroby elektřiny může být tímto postupem 24hodinový výkonový profil výroby elektřiny SAEP se solárním a FSC H 800m výšky a d 40m vnitřní s ročním horizontálním slunečním zářením Wy=1700 KWh/pěti elektrických pprofilů artifigeSAEP Df H-B0Om, d-40m Ac-10 sqkM, Wy-2000Kwn/sqrPozemní pouze25% pokrytoObr.
13 Průměrné denní SAEPs elektřinaermalZatímco hladších profilů je dosaženo, když je částečně rozložen (-10% nebo-25% z trubek o průměru 35 cm naplněných vodou, tj. existuje také dodatečné tepelné uložení ekvivalentní vodní desky 35-n/4 =275 cm na malém pa
provozování technologie solárních komínů Minimální elektřina, když je slunce teprve začíná stoupat, čehož je dosaženo asi 2 hodiny po zemi Profil výroby energie se může zjemnit, pokud zvýšíme tepelnou kapacitu solárního kolektoru. Toho lze dosáhnout nasazením jeho základových trubic naplněných vodou (jak se to děje již v konvenčních sklenících2 Historie brzy v prvním desetiletí 20. stoletíV roce 1926 navrhl profesor inženýr Bernard Dubos Francouzské akademii vědy výstavbu solární letecké elektrárny v severní Africe se solárním komínem na svahu dostatečné výšky Jeho návrh uvedený na následujícím obrázku (2) a v knize z roku 1954 ("Engineer's Dream"willy Ley, Viking Press 1954) TURBINE HOUSEONCREIE-APRONGLASS ROOg
2( z knihy: "Engineers Dream"Autor: Willy Ley, Viking Press 1954)V poslední době Schaich, Bergerman and Partners, pod vedením Prof. Dr. Ing. 3) měl jmenovitý výkon 50 kW, 4600 m a jeho solární komín byl vyroben z ocelových trubek o průměru 10 m a měl výšku 195 m
Solární energieTato ukázka SAEP úspěšně fungovala přibližně 6 let. Během svého provozu byla shromážděna provozní data v souladu s teoretickými výsledky vědeckého týmu Prof Jorg SchlaiObr 3 Pohled na technologii solární komínové elektrárny Manzanares
Ve své knize navrhl obrovské železobetonové solární komíny o výškách 500 m-1 000 mNavrhovaný betonový solární chihuge andnsive, Následné náklady na vyrobenou KWh na technologii solárního komína s betonem Stejný rozsah nákladů jako u konkurenčních solárních tepelných technologií Thertant profituje s hlavními renenologiemi (Wind, SCP, PV)To jsou jeho solární kolektory, s tepelnými akumulačními zařízeními na 365 dní/rok posledních desetiletých obchodních plánů a řada vědeckých výzkumných prací se zaměřila na technologii solárních komínů, přičemž autor s řadou patentů a dokumentů představil a vědecky podporoval plovoucí solární technologii (Papageorgiou004,2009)
loating Solar Chimney Technology3 Principy fungování technologie solárních komínů a její roční účinnost Infor31 Stručný popis aVelký solární kolektor, obvykle kruhový, který je vyroben z průhledné střechy podepřené několik metrů nad zemí (skleník) Průhledná střecha může být vyroben ze skla nebo křišťálově čirého plastu Druhý kryt z tenkého křišťálově čirého plastu jeho tepelná účinnost Obvod solárního kolektoru je otevřený, aby okolní vzduch byl z vysoké tkaniny volně stojící lehčí než vzduchový válec (plovoucí solární komín) umístěný v domě, který je sestava vzduchových turbín s převodovkou na příslušné elektrické generátory (turbogenerátory) protkané vodorovnou kruhovou dráhou kolem základny svislé osy uvnitř vstupu solárního komína Vzduchové turbíny jsou v kleci a tvoří rotor s několika lopatkami popř. dvoustupňový stroj (tj. se sadou vstupních vedení a rotorem s několika lopatkami)
Převodovky nastavují otáčky frekvenčního generátoru a elektrické. Horf solárního kolektoru ohřívající zem pod ním TISÍC, solární kolektor se zahřívá skleníkovým efektem průhledné střechy Bóje unikat solárním komínem Jak tahá komínem, čerstvý okolní vzduch vstupuje z otevřeného okraje zeleněčerstvý vzduch se postupně ohřívá a pohybuje se směrem ke dnu sluneční atmosféry Tato cirkulující nabídka generátorů také k rotaci Tím se rotační mechanický výkon vzduchových turbín přeměňuje na elektrický výkon Orientační diagram provozu SAEP První dvě části SAEP tedy tvoří obrovské termodynamické zařízení pro kreslení vrstev teosféry a třetí část SAEP je tetricitní záření generující záření v KWh/m2 v místě instalace SAEP a je dáno meteorologickými údaji téměř všude. průměrná roční horizontální sluneční ozáření je dáno vztahem Gav=W /AHorizontální sluneční ozáření m okolního vzduchu, cp1005 a To2 se rovná průměru K, aby byl vzat v úvahu vnější proud vzduchu zvýšená vstupní teplota kvůli jeho blízkosti k země na jejím vstupu uvnitř theolárního kolektoru
Solární EnSolar horizontální ozářeníNLET VANESDObr 4 Schématický diagram SAEP v provozu32 Roční průměrná účinnost SAEPsektoru ns je definována jako výkon PTh absorbovaný tokem hmoty vzduchu do horizontální střechy solárního skleníku GavAc, kde Gay je průměrné horizontální ozáření a A theThe roční průměrná účinnost solárního kolektoru s dvojitým zasklením nsc se teoreticky odhaduje na 50 %, zatímco roční účinnost pro solární kolektor s jednoduchým zasklením se odhaduje na 2/3, což je průměr Gx
A kde TthenIpower tepelné ztráty PL (do vzduchových turbín a elektrických generátorů), plus waair kinetická energie na horním výstupu solární energie Maximální účinnost solárního komína je Carnotova účinnost definovaná jako poměr teplotního rozdílu mezi raftingovým vzduchem dělený podle okolního vzduchu Tato maximální účinnost byla prokázána (Gannon Backstrom 2000) jako
Technologie plovoucích solárních komínů Díky tření a kinetickým ztrátám v solárním komíně je skutečná účinnost solárního komína přibližně 90 % Carnotova effie (blízko optimálního bodu provozu SAEPKombinovaná účinnost vzduchových turbín, generuje průměrný produkt účinnost tří hlavních komponent, tj. solárního kolektoru, plovoucího solárního komína a turbo-ge účinnost SAEP správného designu, se solárním kolektorem s dvojitým zasklením by měla být přibližně =(1
2H/1000%Zatímco pro SAEP s jedním krycím kolektorem je přibližně:ne=(079H/1000%že pokud roční horizontální ozáření dopadající na místo instalace SAEP je 2000 KWh/m, plocha solárního kolektoru Km) a výška komína je 750 m, SAEP dokáže vyrobit přibližně 18 milionů Kwh Téma SAEP s jednou prosklenou střechou vygeneruje pouze 12 milionů KWhbe instalovaných v místě ročního horizontálního slunečního záření Wy v KWh/m2 diagram ukazující vztah mezi roční účinnost SAEP a jeho FSC výška H může být Ac=10m2,d=40m700 KWh/m2(Kypr, Jižní Španělsko)Vypočítaná účinnost je prakticky nezávislá na ročním horizontálním solárnímzávisí na vnitřním průměru FSC d Důvodem je thaimaller průměr bude zvýšit rychlost teplého vzduchu na horním výstupu FSC a účinnost kinetického výkonu průměr solárního kolektoru SAEP jeho vnitřní průměr FSC rychlost na horním výstupu FSC a následně roční účinnost SAEPd upozornit, že chcete získat diagram účinnosti, jak je znázorněno na Na následujícím obrázku (5) zjistěte kinetické a třecí ztráty u plovoucího solárního komína o vnitřním průměru fsc ispriate, aby se udržel na hodnotě f7+8 m/s, a vnitřní povrch FSC má nízké tření Následující obrázek (6) ukazuje kolísání roční účinnosti SAEP ozáření FSCJar 1700 kWh/minterní počítadlo vypočtené jako součin z. Tedy s přihlédnutím k tomu, že roční účinnost je úměrná
Solární EnGHa AHorzontální záření 1700 KW0
8Obr. 5 Roční účinnost SAEP jako funkce jeho FSC hodnoty pomocí SAEps je také úměrná výšce Floaar Komín H, je následující:yKonstanta c závisí hlavně na vnitřním průměru FSC d06505545FSC, výšce FSC H -500AEP s vnitřním průměrem fsc
Technologie plovoucího solárního komínaTeoretická analýza technologie plovoucího solárního komínaÚčinek zemní tepelné akumulace a denní profil výroby elektřiny byly zničeny několika autory (Bernades et al 2003, Pretorius Kroger 2006, Pretoauthor použil ekvivalentní přístup k denní energii Profilová studie SAEPs pro střešní komíny s použitím termodynamického modelu viz (analýza řady backstrom gannFourier na časově se měnící teploty a měnící se sluneční záření 24 hodin nebo byla provedena analýza parametrů, což vede k užitečným výsledkům pro počáteční technické dimenzování a návrh SAEP). solární komínová elektrárna roční výkon vnější zasklení a výroba energie mohou být ovlivněny drsností terénu a terénní analýzou mennoaynamického cyklu navrženou v ref (Gannon Backstrom 2000) je vynikajícím modynamickým cyklem provozu solární komínové elektrárny využívající studii ref (Backstrom Gannon 2000) je znázorněn na následujícím obrázkuTurbinedHcpKinetická ztrátaTermodynamický diagram SAEPpruty(označené )jsou zobrazeny v indikativním diagramu na předchozím obrázkuTeplota hlavního termodynamického cyklu definovaná v následující tabulce
Solární energieIsentropická teplota okolního vzduchu ve výšce HkomínOkolní teplota v zemi kolem solárního kolektoruNa Vstupní teplotu ve vzduchových turbínáchTose Teplota výstupního vzduchu z turbogenerátoru na solárním kolektoruT4 Výstupní teplota vzduchu smíšeného s okolním vzduchem na vršek výstupních vrstev Tabulka 1 Teploty termodynamického cyklu Tog až Toal jsou přibližně izobarické Vzhledem k tomu, že teplo a expanze pohybujícího se vzduchu zabírá Procesy Ta až To, Chuť až T03tel a To až Tol jsou rozhodně izobarické podle analýzy vztahů mezi teploty lze sázet následující vztahy+C
T2T - +8Hand T-T工Přičemž parametry podílející se na vztazích jsou definovány následovněAch"nd2/ 4, je solární komín interf obvyklá hodnota 1, 05 8 vypočtená v (White 1999k-koeficient ztráty třením uvnitř soláru Komínkin+ 4 Cd H/d, kde pro provoz platí počet min, je součinitel tření odporu Cd přibližně Bílý 1999) a pro žádné dostupné údaje se kinit odhaduje na celkovou účinnost 0 15T-turbogenerátorů, pokud není k dispozicimezitlak na úrovni terénu v místě instalace SAEP, pokud nejsou k dispozici údaje, předpokládá se, že se rovná 101300 Paambientního atmosférického tlaku na horním výstupu ve výšce H, odhadnutého vzorcem Pa-Pg gravitace