约旦和卡塔尔的研究人员设计出了一种"双作用太阳能系统"(TTSS),能够全天候产生清洁能源。这种双作用设计所产生的能量是标准太阳能上升塔的两倍多。顾名思义,"双技术太阳能系统"在单一设计中融合了两种塔式技术:太阳能上升气流塔和冷却下气流塔。它们被集成在一个塔中,上升气流塔从中间升起。
一座 200 米高的双作用太阳能上升/下降气流塔可在炎热干燥的沙漠地区全天候提供清洁能源
太阳能上升气流系统的工作原理是加热地面的空气,然后利用热空气上升的原理,将空气送上装有涡轮机的高塔。空气在一个大屋顶下被加热,屋顶覆盖着广阔的收集区,由温室型材料制成,旨在尽可能多地收集热量。
这些设备已经在实验规模上建成,但尚未达到商业规模,因为它们通常都是非常高大的结构,以确保形成足够的温差。因此,成本很高而且被认为风险很大。
TTSS 设计结合了太阳能上升塔和多个喷雾式下流塔--侯赛因技术大学/卡塔尔大学
另一方面,冷却下流塔迫使空气向下流动,从而带动另一个涡轮机转动。在这种设计中,是通过向塔顶的环境空气中喷洒细微水雾,使其变冷变重并向下输送来实现的。
TTSS 设计将一个上升气流塔置于中间,外围环绕着 10 个下沉气流塔,这样就可以同时以上升气流和下沉气流模式运行。
来自约旦侯赛因技术大学和卡塔尔大学的研究团队对一座高约 200 米、直径 13.6 米的 TTSS 塔进行了建模,塔下是一个直径为 250 米的集热器。内冷却塔的直径为 10 米(33 英尺),四周留有 1.8 米(5.9 英尺)的空隙。这个空隙被分隔成 10 个独立的下风塔,塔顶装有水雾系统,塔底装有涡轮机。设计地点选在利雅得市附近--炎热干燥的沙漠地区非常适合这种设计。
在利用当地气象数据进行的模拟测试中,研究小组估计这种系统每年总共可产生约 753 兆瓦时的能量,其中外部下气流塔昼夜不停地工作,可提供约 400 兆瓦时的能量,而上气流塔在烈日下工作效率更高,可提供约 350 兆瓦时的能量。
一个内上升气流塔,周围有十个下沉气流通道,每个通道都有自己的发电机涡轮机 图/阿尔-侯赛因技术大学/卡塔尔大学
根据研究小组的数据,这些数字是类似的纯上升气流设计的 2.14 倍,考虑到上述上升气流/下降气流分离的情况,这是合理的。它们还能在一定程度上解决大多数太阳能项目中存在的能源供需矛盾。
目前,该团队还没有尝试对其进行 LCoE(平准化电力成本)计算,也没有与太阳能光伏阵列加电池储能进行任何成本比较。报告还指出,在 TTSS 系统最有效的地区--炎热干燥的沙漠城市要获得足够的水来运行下拉式系统可能并不容易。
尽管如此,这仍然是一个有趣的想法,同时也证明了有很多方法可以驱动涡轮机发电。