エネルギータワーは電力を生成するための装置です。フィリップ・カールソン博士[1]の発明を、テクニオンのダン・ザスラフスキー教授[2]が発展させました。エネルギータワーは、タワー上部の熱風に水を噴霧し、冷却された空気をタワー内を落下させ、タワー下部のタービンを駆動します。
コンセプト
エネルギータワー（空気がタワーを下方に流れることからダウンドラフト・エネルギータワーとも呼ばれる）は、高さ（1,000メートル）、幅（400メートル）の中空の円筒形で、上部には散水システムが設置されています。ポンプで水をタワー上部まで汲み上げ、タワー内に散水します。水の蒸発により、上部に漂う高温で乾燥した空気が冷却されます。冷却された空気は、外部の暖かい空気よりも密度が高くなり、円筒を通り抜けて下部のタービンを回転させます。タービンは発電機を駆動し、発電を行います。
空気と水の温度差が大きいほど、エネルギー効率は高くなります。したがって、ダウンドラフト型エネルギータワーは高温で乾燥した気候で最も効果的に機能します。エネルギータワーは大量の水を必要とします。塩水も使用できますが、腐食を防ぐための注意が必要です。この問題は淡水化によって解決できます。
空気から抽出されるエネルギーは最終的には太陽から得られるため、これは太陽光発電の一種とみなすことができます。空気は暗くなっても日中の熱をいくらか保持するため、夜間もエネルギー生産は継続されます。しかし、エネルギータワーによる発電は天候の影響を受けます。周囲の 湿度が上昇する（暴風雨など）たびに、あるいは気温が下がる たびに、発電量は低下します。
関連するアプローチとして、ソーラーアップドラフトタワーがあります。これは、地上レベルのガラス容器内の空気を加熱し、その加熱された空気をタワー上部に送り上げて、基部にあるタービンを駆動するものです。アップドラフトタワーは水を汲み上げないため効率は向上しますが、集熱器を設置するために広大な土地が必要になります。アップドラフトタワーの土地取得および集熱器建設コストは、ダウンドラフトコレクターの揚水インフラコストと比較する必要があります。運用面では、アップドラフトタワーの集熱器構造の維持管理コストは、揚水コストおよびポンプインフラの維持管理コストと比較する必要があります。
コスト/効率
ザスラフスキー氏らは、立地条件と資金調達コスト次第では、1kWhあたり1～4セントの範囲で発電が可能と推定しており、これは水力以外の代替エネルギー源よりもはるかに低い。揚水にはタービン出力の約50%が必要となる。ザスラフスキー氏は、エネルギータワーはカルノー限界の最大70～80% [3]を達成できると主張している。変換効率がこれより大幅に低い場合、エネルギーコストの予測に悪影響を与えることが予想される。
アルトマン[4]とツィッシュ[5] [6]による変換効率とエネルギーコスト（セント/kWh）に関する予測はモデル計算[7]のみに基づいており、稼働中のパイロットプラントのデータは収集されていません。
50kWマンサナレスパイロットソーラーアップドラフトタワーの実測では変換効率は0.53%でしたが、SBPは、より大型で改良された100MWユニットではこの効率を1.3%まで上げられると考えています。[8]これは、カルノーサイクルの理論限界の約10%に相当します。アップドラフトとダウンドラフトの提案には大きな違いがあることに注意することが重要です。作動媒体として水を使用すると、その比熱容量により、熱エネルギーの捕捉と発電の可能性が劇的に高まります。設計には問題がある可能性があり（次のセクションを参照）、記載されている効率の主張はまだ実証されていませんが、名前が似ているという理由だけで、一方の性能を他方の性能に外挿するのは間違いです。
潜在的な問題
- 塩分を多く含み湿気の多い空気中では、腐食速度が非常に高くなる可能性があります。これはタワーとタービンに関係します。[9]
- この技術は高温で乾燥した気候を必要とします。そのような地域としては、西アフリカ沿岸、西オーストラリア、チリ北部、ナミビア、紅海、ペルシャ湾、カリフォルニア湾などが挙げられます。これらの地域のほとんどは遠隔地であり、人口もまばらであるため、電力を必要な場所まで長距離輸送する必要があります。あるいは、このような発電所は、淡水化プラント、ホール・エルー法によるアルミニウム生産、あるいはアンモニア製造用の水素生成など、近隣の産業用途に自家発電を提供することも可能です。
- 発電所の稼働に伴う湿度は、近隣の地域社会にとって問題となる可能性があります。直径400メートルの発電所は、風速22メートル/秒の風を発生し、処理空気1キログラムあたり約15グラムの水分を放出します。これは、毎秒41トン（m 3 s −1）の水に相当します。[1]湿った空気に換算すると、これは毎時10立方キロメートルの非常に湿った空気に相当します。そのため、100キロメートル離れた地域社会でさえ、不快な影響を受ける可能性があります。
- 塩水の問題は、発生する湿度に比例します。水の蒸気圧は塩分濃度とともに低下するため、湿度の高い場所では少なくとも水と同量の塩水が発生すると予想されます。これは、発電所から毎秒41トン（m 3 s −1 ）の塩水が流れ出ると同時に、毎秒82トン（m 3 s −1 ）の塩水が流入することを意味します。
大規模な産業需要家は、安価な電力源の近くに立地することが多い。しかし、これらの砂漠地帯の多くは必要なインフラが不足しており、資本要件と全体的なリスクが増大している。
実証プロジェクト
メリーランド州に拠点を置くソーラー・ウィンド・エナジー社は、高さ685メートル（2,247フィート）の風力発電タワーを開発していました。最新の設計仕様によると、アリゾナ州サンルイス近郊の敷地に建設予定のこのタワーは、最大1,250メガワットの総発電容量を備えています。冬季は発電量が低下するため、年間平均で送電網に販売される電力は約435メガワットです。[2] [3]
参照
参考文献
- ^ プルビナジー
- ^ 「About the Tower」2017年7月15日閲覧。
- ^ 「ソーラー・ウィンド・エナジーのダウンドラフト・タワーは一年中風力を生成」2014年6月19日. 2021年4月1日閲覧。
- ^ 「ソーラー・ウィンド・エナジーのダウンドラフト・タワーは一年中風力発電を実現」Gizmag.com、2014年6月19日。 2014年6月19日閲覧。
- ^ 米国特許第3,894,393号、Carlson、Phillip R.、「制御対流による発電（航空発電）」、1975年7月15日発行
- ^ Zaslavsky, Dan; Rami Guetta et al. (2001年12月).「集熱器なしで電力と脱塩水を生成するエネルギータワー」(PDF) . 2006年8月29日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 (435 KB) . Technion Israel、イスラエル・インド運営委員会。2007年3月15日閲覧。
- ^ Altman, Talia; Dan Zaslavsky; Rami Guetta; Gregor Czisch (2006年5月). 「オーストラリア、アメリカ、アフリカにおける『エネルギータワー』技術を用いた電力および淡水化水供給の可能性評価」(PDF) . オリジナル(PDF)から2007年9月27日アーカイブ. 2007年3月18日閲覧。
- ^ Altmann, T.; Y. Carmel; R. Guetta; D. Zaslavsky; Y. Doytsher (2005年6月). 「オーストラリアにおける『エネルギータワー』の潜在的可能性に関する数学モデルとGISを用いた評価」(PDF) .太陽エネルギー. 78 (6). Elsevier Ltd.: 799– 808. Bibcode :2005SoEn...78..799A. doi :10.1016/j.solener.2004.08.025. オリジナル(PDF)から2007年3月31日にアーカイブ。 2007年3月12日閲覧。
- ^ Czisch, Gregor (2005年6月). 「エネルギータワーの世界的潜在能力の評価」. 2007年3月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年3月13日閲覧。
- ^ Czisch, Gregor (2001年9月). 「航空電気オアシスシステム」.世界の再生可能エネルギーの可能性とその活用方法. 2007年3月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年3月13日閲覧。
- ^ Gutman, Per-Olof; Eran Horesh; Rami Guetta; Michael Borshchevsky (2003-04-29). 「航空電力発電所の制御 - 21世紀に向けた刺激的なQFTアプリケーション」. International Journal of Robust and Nonlinear Control . 13 (7). John Wiley & Sons, Ltd.: 619– 636. doi :10.1002/rnc.828. S2CID 121135191.
- ^ Mills D (2004). 「太陽熱発電技術の進歩」.太陽エネルギー. 76 ( 1–3 ): 19–31 . Bibcode :2004SoEn...76...19M. doi :10.1016/S0038-092X(03)00102-6.
- ^ Zaslavsky, Dan (2006). 「エネルギータワー」. PhysicaPlus (7). イスラエル物理学会. 2006年8月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年3月13日閲覧。
- ^ Zwirn, Michael J. (1997年1月).「エネルギータワー：アルボット・シャラヴ代替エネルギー提案の長所と短所」アラバ環境研究所. 2006年12月22日閲覧。
- ザスラフスキー、ダン（1996年11月）「集光器なしの太陽エネルギー」第3回セービン会議
外部リンク
