La torre de energía es un dispositivo para producir energía eléctrica . La idea original del Dr. Phillip Carlson [1] fue ampliada por el profesor Dan Zaslavsky del Technion [2] . Las torres de energía rocían agua sobre el aire caliente en la parte superior de la torre, lo que hace que el aire enfriado caiga a través de la torre y mueva una turbina en la parte inferior de la torre.
Concepto
Una torre de energía (también conocida como torre de energía de corriente descendente, porque el aire fluye hacia abajo por la torre) es un cilindro hueco alto (1.000 metros) y ancho (400 metros) con un sistema de rociado de agua en la parte superior. Unas bombas elevan el agua hasta la parte superior de la torre y luego la rocían dentro de la torre. La evaporación del agua enfría el aire caliente y seco que flota en la parte superior. El aire enfriado, ahora más denso que el aire más cálido del exterior, cae a través del cilindro y hace girar una turbina en la parte inferior. La turbina impulsa un generador que produce la electricidad.
Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el aire y el agua, mayor será la eficiencia energética . Por lo tanto, las torres de energía de tiro descendente deberían funcionar mejor en un clima cálido y seco. Las torres de energía requieren grandes cantidades de agua. El agua salada es aceptable, aunque se debe tener cuidado para evitar la corrosión; la desalinización puede ayudar a resolver este problema.
La energía que se extrae del aire proviene en última instancia del sol, por lo que se puede considerar una forma de energía solar . La producción de energía continúa durante la noche , porque el aire retiene parte del calor del día después del anochecer. Sin embargo, la generación de energía por parte de la torre de energía se ve afectada por el clima : se ralentiza cada vez que aumenta la humedad ambiental (como durante una tormenta ) o baja la temperatura .
Un enfoque relacionado es la torre solar de corriente ascendente , que calienta el aire en recintos de vidrio a nivel del suelo y envía el aire calentado hacia una torre que impulsa turbinas en la base. Las torres de corriente ascendente no bombean agua, lo que aumenta su eficiencia, pero requieren grandes cantidades de tierra para los colectores. Los costos de adquisición de terrenos y construcción de colectores para torres de corriente ascendente deben compararse con los costos de infraestructura de bombeo para colectores de corriente descendente. Desde el punto de vista operativo, el mantenimiento de las estructuras colectoras para torres de corriente ascendente debe compararse con los costos de bombeo y el mantenimiento de la infraestructura de bombeo.
Costo/eficiencia
Zaslavsky y otros autores estiman que, dependiendo del emplazamiento y de los costes de financiación, se podría producir energía a un coste de entre 1 y 4 céntimos por kWh, muy por debajo de lo que se puede obtener con fuentes de energía alternativas a la hidroeléctrica. El bombeo de agua requiere aproximadamente el 50% de la producción de la turbina. Zaslavsky afirma que la Energy Tower alcanzaría hasta el 70-80% [3] del límite de Carnot . Si la eficiencia de conversión resulta ser mucho menor, se espera que tenga un impacto adverso en las proyecciones realizadas para el coste de la energía.
Las proyecciones realizadas por Altmann [4] y Czisch [5] [6] sobre la eficiencia de conversión y sobre el costo de la energía (centavos/kWh) se basan únicamente en cálculos de modelos [7] ; nunca se han recopilado datos sobre una planta piloto en funcionamiento.
Las mediciones reales en la torre solar piloto de 50 kW de corriente ascendente de Manzanares arrojaron una eficiencia de conversión del 0,53%, aunque SBP cree que podría aumentarse al 1,3% en una unidad de 100 MW más grande y mejorada. [8] Esto equivale aproximadamente al 10% del límite teórico para el ciclo de Carnot . Es importante señalar una diferencia significativa entre las propuestas de corriente ascendente y corriente descendente. El uso de agua como medio de trabajo aumenta drásticamente el potencial de captura de energía térmica y generación eléctrica, debido a su capacidad calorífica específica. Si bien el diseño puede tener sus problemas (ver la siguiente sección) y las afirmaciones de eficiencia declaradas aún deben demostrarse, sería un error extrapolar el rendimiento de una a otra simplemente por similitudes en el nombre.
Problemas potenciales
En aire húmedo y salado, los índices de corrosión pueden ser muy elevados. Esto afecta a la torre y a las turbinas. [9]
La humedad resultante del funcionamiento de la planta puede ser un problema para las comunidades cercanas. Una planta eléctrica de 400 metros de diámetro que produzca una velocidad del viento de 22 metros por segundo debe agregar alrededor de 15 gramos de agua por kilogramo de aire procesado. Esto equivale a 41 toneladas de agua por segundo (m 3 s −1 ). [1] En términos de aire húmedo, esto es 10 kilómetros cúbicos de aire muy húmedo cada hora. Por lo tanto, una comunidad incluso a 100 kilómetros de distancia puede verse desagradablemente afectada.
La salmuera es un problema en proporción a la humedad creada, ya que, como la presión de vapor del agua disminuye con la salinidad, es razonable esperar que haya al menos tanta salmuera como agua en humedad. Esto significa que un río de salmuera fluye desde la central eléctrica a 41 toneladas por segundo (m 3 s −1 ), junto con un río de agua salada que fluye hacia adentro con 82 toneladas de agua por segundo (m 3 s −1 ).
Los grandes consumidores industriales suelen ubicarse cerca de fuentes de electricidad baratas. Sin embargo, muchas de estas regiones desérticas también carecen de la infraestructura necesaria , lo que aumenta los requisitos de capital y el riesgo general.
Proyecto de demostración
La empresa Solar Wind Energy, Inc., con sede en Maryland, estaba desarrollando una torre de 685 metros (2247 pies). Según las especificaciones de diseño más recientes, la torre diseñada para un sitio cerca de San Luis, Arizona, tiene una capacidad de producción bruta por hora de hasta 1250 megavatios hora. Debido a que la capacidad es menor durante los días de invierno, la producción media por hora diaria para la venta a la red durante todo el año es de aproximadamente 435 megavatios hora/hora. [2] [3]
^ "Acerca de la Torre" . Consultado el 15 de julio de 2017 .
^ "La torre de corriente descendente de Solar Wind Energy genera su propio viento durante todo el año". 19 de junio de 2014. Consultado el 1 de abril de 2021 .
^ "La torre de corriente descendente de Solar Wind Energy genera su propio viento durante todo el año". Gizmag.com. 19 de junio de 2014. Consultado el 19 de junio de 2014 .
^ Patente estadounidense 3.894.393, Carlson; Phillip R., "Generación de energía mediante convección controlada (generación de energía aeroeléctrica)", publicada el 15 de julio de 1975
^ Zaslavsky, Dan; Rami Guetta et al. (diciembre de 2001). "Torres de energía para producir electricidad y agua desalinizada sin colector" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 29 de agosto de 2006. (435 KB) . Technion Israel, Comité Directivo Israel-India. Consultado el 15 de marzo de 2007.
^ Altman, Talia; Dan Zaslavsky; Rami Guetta; Gregor Czisch (mayo de 2006). "Evaluación del potencial de suministro de electricidad y agua desalinizada mediante el uso de la tecnología de "Torres de Energía" para Australia, América y África" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2007-09-27 . Consultado el 2007-03-18 .
^ Altmann, T.; Y. Carmel; R. Guetta; D. Zaslavsky; Y. Doytsher (junio de 2005). "Evaluación del potencial de una "torre de energía" en Australia utilizando un modelo matemático y SIG" (PDF) . Energía solar . 78 (6). Elsevier Ltd.: 799–808. Código Bibliográfico :2005SoEn...78..799A. doi :10.1016/j.solener.2004.08.025. Archivado desde el original (PDF) el 2007-03-31 . Consultado el 2007-03-12 .
^ Czisch, Gregor (junio de 2005). «Evaluación del potencial global de las torres de energía». Archivado desde el original el 11 de marzo de 2007. Consultado el 13 de marzo de 2007 .
^ Czisch, Gregor (septiembre de 2001). "Aeroelectric Oasis System". Potencial mundial de energía renovable, enfoques para su uso . Archivado desde el original el 2007-03-11 . Consultado el 2007-03-13 .
^ Gutman, Per-Olof; Eran Horesh; Rami Guetta; Michael Borshchevsky (29 de abril de 2003). "Control de la central eléctrica aeroeléctrica: una aplicación de QFT emocionante para el siglo XXI". Revista internacional de control robusto y no lineal . 13 (7). John Wiley & Sons, Ltd.: 619–636. doi :10.1002/rnc.828. S2CID 121135191.
^ Mills D (2004). "Avances en la tecnología de electricidad solar térmica". Energía solar . 76 (1–3): 19–31. Código Bibliográfico :2004SoEn...76...19M. doi :10.1016/S0038-092X(03)00102-6.
^ Zaslavsky, Dan (2006). "Torres de energía". PhysicaPlus (7). Sociedad Física de Israel. Archivado desde el original el 14 de agosto de 2006. Consultado el 13 de marzo de 2007 .
