Torre de energía (de tiro descendente)

La torre de energía es un dispositivo para producir energía eléctrica . Idea original del Dr. Phillip Carlson,Ampliado por el profesor Dan Zaslavsky del Technion .Las torres de energía rocían agua sobre el aire caliente en la parte superior de la torre, lo que provoca que el aire enfriado descienda a través de ella e impulse una turbina en la parte inferior.

Una torre de energía (también conocida como torre de flujo descendente, ya que el aire fluye hacia abajo) es un cilindro hueco alto (1000 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 la rocían en su interior. La evaporación del agua enfría el aire caliente y seco que se encuentra en la parte superior. El aire enfriado, ahora más denso que el aire exterior más cálido, cae a través del cilindro, haciendo girar una turbina en la base. La turbina acciona un generador que produce 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 funcionan mejor en climas cálidos y secos. Estas torres requieren grandes cantidades de agua. El agua salada es aceptable, aunque se debe tener cuidado para evitar la corrosión; la desalinización puede ayudar a solucionar este problema.

La energía extraída del aire proviene en última instancia del sol, por lo que puede considerarse una forma de energía solar . La producción de energía continúa durante la noche , ya que el aire retiene parte del calor del día tras la puesta del sol. Sin embargo, la generación de energía de la torre se ve afectada por las condiciones meteorológicas : disminuye cada vez que aumenta la humedad ambiental (como durante una tormenta ) o baja la temperatura .

Un enfoque similar es la torre solar de tiro ascendente , que calienta el aire en recintos de vidrio a nivel del suelo y lo impulsa hacia arriba mediante turbinas en la base. Las torres de tiro ascendente no bombean agua, lo que aumenta su eficiencia, pero requieren grandes extensiones de terreno para los colectores. Los costos de adquisición de terreno y construcción de colectores para torres de tiro ascendente deben compararse con los costos de infraestructura de bombeo para colectores de tiro descendente. Desde el punto de vista operativo, el mantenimiento de las estructuras de los colectores para torres de tiro ascendente debe compararse con los costos de bombeo y el mantenimiento de la infraestructura de bombeo.

Zaslavsky y otros autores estiman que, dependiendo del emplazamiento y los costes de financiación, la energía podría producirse a un coste de entre 1 y 4 céntimos por kWh, muy por debajo de las fuentes de energía alternativas distintas de la hidroeléctrica. El bombeo del agua requiere aproximadamente el 50% de la potencia de la turbina. Zaslavsky afirma que la Torre de Energía alcanzaría hasta un 70-80%.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 costo de la energía.

Proyecciones realizadas por Altmanny por CzischLos datos sobre la eficiencia de conversión y el coste de la energía (centavos/kWh) se basan únicamente en cálculos de modelos.Nunca se han recopilado datos sobre una planta piloto en funcionamiento.

Las mediciones reales realizadas en la torre solar de tiro ascendente piloto de Manzanares  de 50 kW arrojaron una eficiencia de conversión del 0,53%, aunque SBP cree que esta podría incrementarse hasta el 1,3% en una unidad más grande y mejorada de 100 MW. Esto equivale a aproximadamente el 10 % del límite teórico del ciclo de Carnot . Existe una diferencia significativa entre las propuestas de flujo ascendente y descendente. El uso de agua como fluido de trabajo aumenta drásticamente el potencial de captación de energía térmica y generación de electricidad, debido a su capacidad calorífica específica. Si bien el diseño puede presentar problemas (véase la siguiente sección) y las afirmaciones de eficiencia aún no se han demostrado, sería un error extrapolar el rendimiento de un sistema a otro simplemente por la similitud en el nombre.

• En ambientes húmedos y salinos, los índices de corrosión pueden ser muy elevados. Esto afecta tanto a la torre como a las turbinas.
• Esta tecnología requiere un clima cálido y árido. Algunos ejemplos de lugares idóneos son la costa de África Occidental , Australia Occidental , el norte de Chile , Namibia , el Mar Rojo , el Golfo Pérsico y el Golfo de California . La mayoría de estas regiones son remotas y escasamente pobladas, por lo que la energía tendría que transportarse a largas distancias hasta donde se necesite. Como alternativa, estas plantas podrían suministrar energía propia para usos industriales cercanos, como plantas desalinizadoras , la producción de aluminio mediante el proceso Hall-Héroult o la generación de hidrógeno para la producción de amoníaco .
• La humedad resultante del funcionamiento de la planta puede ser un problema para las comunidades cercanas. Una central eléctrica de 400 metros de diámetro que produce vientos con una velocidad de 22 metros por segundo debe añadir aproximadamente 15 gramos de agua por kilogramo de aire procesado. Esto equivale a 41 toneladas de agua por segundo (m³ ^s⁻¹ ) . ^{[ 1 ] En términos de aire húmedo, esto representa 10 kilómetros cúbicos de aire muy húmedo por hora. Por lo tanto, una comunidad situada} incluso a 100 kilómetros de distancia podría verse afectada de forma desagradable.
• La salmuera es un problema en proporción a la humedad generada, ya que la presión de vapor del agua disminuye con la salinidad, por lo que es razonable esperar al menos tanta salmuera como agua en humedad. Esto significa que un río de salmuera sale de la central eléctrica a 41 toneladas por segundo (m³ ^{s⁻¹ )} , junto con un río de agua salina que entra con 82 toneladas de agua por segundo ( ^{m³ s⁻¹} ) .

Los grandes consumidores industriales suelen ubicarse cerca de fuentes de electricidad barata. Sin embargo, muchas de estas regiones desérticas carecen de la infraestructura necesaria , lo que aumenta las necesidades de capital y el riesgo general.

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 emplazamiento cerca de San Luis, Arizona, tiene una capacidad de producción bruta de hasta 1250 megavatios. Debido a la menor capacidad durante los días de invierno, la producción para la venta a la red, promediada a lo largo de todo el año, es de aproximadamente 435 megavatios. ^{[ 2 ] [ 3 ]}   

• Psicrometría (que no debe confundirse con psicometría)
• Torre de tiro ascendente solar

• Torres de Energía , folleto completo de Dan Zaslavsky, actualizado en diciembre de 2009.
• El concepto de torre de energía de "código abierto" de SHPEGS es similar en algunos aspectos a la torre de tiro descendente.
• El profesor Dan Zaslavsky en la página del profesorado del Technion .
• Una empresa comercial se dispone a construir este tipo de torre.
• Cómo funciona la torre de tiro descendente solar en YouTube