Et soltårn , også kalt en solpipe, er et fornybart energianlegg , bygget for å kanalisere luften som er oppvarmet av solen for å drive turbiner til å produsere strøm. Oberst Isidoro Cabanyes designet den første prototypen i 1903. Den første skalaen ble bygget i Spania (Manzanares) av den tyske ingeniøren Jörg Schlaich i 1981.
Den franske ingeniøren Edgard Nazare (1914-1998) foreslo en forbedret modell på 1950-tallet under begrepet "aerotermisk anlegg" eller "vortex tower", og i form av et metalltårn (patent 1956 og 1964) som begrenser en kunstig syklon ved termisk forskjell, hvis kraft ble fanget opp av vindturbiner innebygd i periferien av tårnet.
Luften blir oppvarmet av drivhuseffekt i en stor samler plassert på nivå med en slette og ledet av en skorstein som dukker opp i høyden, og gjør det mulig å utnytte temperaturforskjellen og den potensielle tilgjengelige konveksjonsenergien . Ved foten av skorsteinen står turbiner som driver elektriske generatorer for å produsere strøm .
De grunnleggende systemene (drivhus, skorstein, turbiner) er basert på perfekt mestrede konvensjonelle teknikker, som begrenser risikoen. Den opprinnelige investeringen er betydelig, men driftskostnadene er relativt lave.
I mer presise termer refererer angelsakserne til teknologien til solpipa ved: Single Flow Upwind System eller Solar updraft tower (en) .
Mange forskere over hele verden har presentert forskjellige ideer eller konkrete soltårnprosjekter:
Det var først i 1981 at en første prototype av en solpipe ble bygget i Manzanares (en spansk by 150 kilometer fra Madrid) under ledelse av den tyske ingeniøren Jörg Schlaich, og med midler fra det tyske departementet for forskning og teknologi. Denne skorsteinen målte 194 meter for en effekt på 50 kW og fungerte til 1989, da en storm banket ned tårnpipen. Kostnaden per kilowatt-time for denne eksperimentelle plattformen var fem ganger høyere enn et konvensjonelt termisk kraftverk.
I desember 2010 kunngjorde den kinesiske regjeringen at en 200 kW prototype hadde blitt bygget i Mongolia, nær Jinshawan. I følge Patrick Cottam og Rudolf Bergermann, som besøkte nettstedet, ville tårnet imidlertid ikke prestere bra på grunn av produksjonsfeil.
Et soltårnprosjekt, kalt Buronga Project , burde ha startet i 2010 i Australia . Den ble utviklet av selskapet Enviromission. Skorsteinen skulle nå 990 meter i høyden og 70 meter i diameter . Anlegget var å gi 200 megawatt av elektrisk kraft , nok til å levere kraft til rundt 200 000 hjem. Det var et av de mest ambisiøse prosjektene på planeten for produksjon av trygg og ren fornybar energi : eksisterende eller planlagte solkraftverk er i størrelsesorden 100 til 500 MW ( solcelleanlegg ). Den produserte energien er fortsatt mye lavere enn for en moderne atomreaktor ( Chooz = 1500 MW per reaktor, dvs. 7 ganger mer), men støtter sammenligningen. Dette prosjektet har imidlertid kommet etter planen og har ennå ikke sett dagens lys.
For å motvirke effekten av ovalisering av tårnet (som vil brette det tilbake på seg selv like lett som en sylinder med vått papir plassert på et bord, gitt sin utrolige letthet), var ingeniørfirmaet SBP, ansvarlig for forstudiet av prosjektet , hadde ideen om å plassere tårnet ved intervaller på å beholde strukturer som ligner de eikene i et hjul på en sykkel . De ville bare redusere lufthastigheten med 2% .
Den forventede investeringskostnaden vil være ca 400 millioner euro , tilsvarende en investeringskostnad på 2 € / W . Til sammenligning kostet et solcelleanlegg i 2008 omtrent tre ganger, mens solkraftverket med heliostatika PS10 (11 MW ) i 2008 kostet 3,2 € / W , dvs. 1,6 ganger mer. Den leverte kilowatt-timen vil likevel forbli fem ganger dyrere enn kullbasert elektrisitet , som står for 95% av produksjonen i Australia . Prosjektet forble derfor ulønnsomt til 2008-prisen på fossile ressurser, og presset initiativtakerne til prosjektet til å sørge for andre ekstra inntektskilder: turistbesøk, drivhusdyrking osv.
Prosjekt spesifikasjoner
Dette prosjektet kan virke utrolig, men designerne sa at det var realistisk. Mulighetsstudiene til det tyske ingeniørfirmaet SBP, basert i Stuttgart , nærmer seg slutten . Dette soltårnet skulle bygges av EnviroMission i New South Wales ørkenen i County Wentsworth . Hvis finansiering hadde blitt funnet, burde konstruksjonen ha startet i 2010.
I 2006 ble et annet soltårnprosjekt, hvis konstruksjon burde ha startet i 2010, kunngjort i Spania [4] i lokaliteten Fuente el Fresno, en landsby i provinsen Ciudad Real hvis finansiering hadde blitt funnet. Arbeidet skulle utføres i samarbeid med de spanske selskapene Campo 3 og Imasa, og det tyske selskapet Schlaich Bergermann. Dette 750 meter høye tårnet skulle derfor være den høyeste bygningen i Europa.
Prosjekt spesifikasjoner
Som alle de andre, produserer dette prosjektet en kWh som er altfor dyrt til å gjøre prosjektet lønnsomt uten noen ekstra inntektskilde: i dette tilfellet installasjon av telekommunikasjons- og brannovervåkingsutstyr og turisme.
Dette prosjektet, som så dagens lys i 2014, var det høyeste soltårnet i verden, som sto 137 meter høyt, før Ashalim-tårnet i Israel slo denne rekorden i 2018. Ivanpah Solar Power Plant har 173 500 heliostatispeil . Med en kapasitet på 392 megawatt (MW) (377 MW netto); den årlige produksjonen dekker forbruket til 140 000 husstander.
I 2018 bygde israelerne det høyeste soltårnet i verden i Negev- ørkenen , sør for Israel: Ashalim-tårnet. Den er 250 meter høy, tilsvarende 80 etasjer. I følge Eran Gartner, administrerende direktør i Megalim Power Ltd , “Årsaken til at tårnet vårt er det høyeste i verden, er ikke fordi vi vil slå rekorder, men på grunn av tettheten i solfeltet. Jo mer konsentrert heliostatene er, jo høyere må tårnet være slik at det ikke er forstyrrelser mellom speilradene ”.
Byggingen tok 4 år. Tårnet er synlig i titalls kilometer rundt og ser ut som en enorm lyspære langtfra.
Ved foten av tårnet er det et solfelt som består av 50.000 speil ( heliostatier ) som er spredt over et område på en million kvadratmeter, noe som tilsvarer 400 fotballbaner. På slutten av tårnet samler en stor kjele solstrålene og omdanner varmt vann til damp for å produsere elektrisitet ved å snu en turbin som i et konvensjonelt kraftverk.
Den eksisterer for tiden to soltårnkonstruksjonsprosjekter : et tårn i form av en Laval-dyse av det franske selskapet Sumatel i Savoie, som allerede bygget i 1997 en modell 6 m høy og planlegger å gå til 60 m eller mer, og det sylindriske tårnet 500 m høyt nevnt ovenfor.
På samme høyde er kreftene som er planlagt for disse to prosjektene veldig forskjellige, og den eksperimentelle modellen, bygget av Sumatel på Bouillante-området i Vestindia, er ikke strengt tatt et soltårn, fordi det trekker kaloriene fra et forekomster. Geotermisk og ikke solen.
For et mulig 500 m tårn kunngjør Sumatel mer enn 1500 MW mens det australske-tyske prosjektet presenterer tallet på 50 MW . Denne forskjellen i ytelse forklares med høydeforskjellen til det atmosfæriske fenomenet som brukes. Den franske prosessen gjør det mulig å generere en atmosfærisk virvel som kan nå 20 km i høyden, mens den australsk-tyske prosessen nøyer seg med å utnytte trekkeffekten til en enkel skorstein. Som en vannkaster eller en tornado har den 20 km høye virtuelle skorsteinen et trekk, og derfor en utgang, mye større enn en menneskelig konstruksjon, selv fra en veldig høy høyde. I begge tilfeller blir Carnots lover respektert. Temperaturforskjellen mellom de nedre og øvre lagene i atmosfæren er rett og slett mye større i det franske prosjektet. Oppfinneren Edgard Nazare, og med ham Sumatel-selskapet, anslår at det er fra et tårn på minst 300 m at vi kan håpe å generere en vortex 20 km høy og oppnå de kunngjørte maktene. For et 450 m høyt tårn og i diameter kunngjorde han en nominell effekt på 2700 megawatt. Et Nazare bis-prosjekt foreslo å koble et Thorium-atomkraftverk til dette Vortex-tårnet. I motsetning til det australsk-tyske tårnet, brukes det franske tårnet bare til å initiere det atmosfæriske fenomenet.
Patrick Nicolas presenterer på UMDs nettside et fleksibelt selvbærende soltårn, en variant av et soltårn som vil gjøre det mulig å nå høyere høyde og dermed oppnå høyere trekk. Tårnet består av en nedre, hard del som fungerer som en føring og en variabel del i forsterket plastfilm. Heisen oppnås takket være bokser laget i tårnets struktur og fylt med gasser som er lettere enn luft (helium og delt blanding av hydrogen). Flere kasser er integrert i høyden for å fordele lastene. En modell ble produsert og utstilt på Tecnolac Solar'event (se videoen på UMD-siden).
Den faktiske størrelsen på dette prosjektet kan nå 2000 m i høyden for en diameter på 100 m og et grunnleggende drivhus på 5000 m . Den variable effekten er da 5 til 250 MW . Dette tårnet vil fungere i ingen eller svak vind og vil utfylle vindturbinene som stopper på grunn av vindmangel. Dette tårnet kunne fungere om natten takket være varmen som ble samlet i drivhuset om dagen. I 2010 kunngjorde Patrick Nicolas at dette prosjektet ble utsatt for å vie seg til et transportprosjekt.
Dette konseptet ble utviklet i 2013 av den engelske forskeren Patrick Cottam fra University College London , i samarbeid med selskapet Lindstrand Technologies Ltd.
Michaud LM, “ Vortex-prosess for å fange opp mekanisk energi under oppadgående varmekonveksjon i atmosfæren ”, Applied Energy , vol. 62, n o 4,1999, s. 241–251 ( DOI 10.1016 / S0306-2619 (99) 00013-6 , les online [PDF] )