Systèmes thermodynamiques innovants
La tour solaire : convection de l'air et vent artificiel
Une tour solaire est une centrale à énergie renouvelable, construite de manière à canaliser de l'air chauffé par le soleil. Grâce au phénomène de convection naturelle, l'air chaud léger se déplace vers le haut de la tour, créant ainsi un vent artificiel.
Principe :
La centrale est composée :
d'une toiture circulaire, ouverte à sa périphérie. Elle forme avec le sol un grand collecteur d'air et favorise la création d'un effet de serre,
d'une grande cheminée centrale avec à sa base, des entrées pour l'air.
Le rayonnement solaire réchauffe le grand volume d'air contenu dans le collecteur. Le gradient de température ainsi créé, entre le haut de la tour et le collecteur, provoque un mouvement ascendant de l'air (l'air chaud est plus léger que l'air froid).
La diminution du diamètre collecteur/colonne, augmente la vitesse d'écoulement de la masse d'air (effet Venturi).
L'air chaud (de moindre densité) se dirige donc vers le haut, la température dans l'atmosphère chutant en moyenne de 1 degré tous les 100 m d'altitude, un courant d'air de 35 à 50 km/h souffle en permanence dans la tour.
La vitesse du vent créé est fonction de la différence de température entre le sommet et la base de la tour. La puissance produite par la tour est fonction de la vitesse du vent au cube.
Fonctionnement en continu : de grands ballasts remplis d'eau sont disposés sur le sol. Le jour, le rayonnement solaire va les chauffer. La nuit, ils libèrent la chaleur diurne emmagasinée.
Intérêt de cette technologie :
Utilisation de l'énergie solaire : renouvelable et non polluant
Production d'électricité : moins chère à surface égale de capteurs photovoltaïques
Protocole de Kyoto : faire chuter, d'ici à 2010, de 5 % des émissions de gaz à effet de serre enregistrées en 1990. La future centrale australienne (voir-ci-dessous) éviterait le rejet de 900 000 t de CO2 par an
La vitesse maximale de l'air dans la tour
se calcule en fonction de la différence de température
entre la base et le haut de la cheminée, telle que
, avec
,
l'accélération de la pesanteur et
la hauteur de la tour.
La puissance du vent entrant dans la tour se calcule comme dans le cas d'une éolienne.
La centrale de Manzanares (Espagne) Ce projet est le résultat d'une collaboration entre les gouvernements allemand et espagnol, et les ingénieurs allemands du cabinet Schlaich Bergermann and Partner. Cette centrale prototype a produit 50 MWh par année de 1982 à 1989 avec un minimum de mise au point et d'entretien. Les énormes serres (hautes de 2 mètres) du collecteur sont utilisées pour la culture de légumes et de plantes. Caractéristiques :
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La centrale en projet de Buronga (Australie)
La construction d'une centrale de 1000m de haut est prévue en Australie à Buronga. Elle devrait fournir une puissance maximale suffisante pour fournir en électricité 200 000 logements. Son coût estimé est de 670 M$.
Ici de grands ballasts remplis d'eau sont disposés sur le sol. Le jour le rayonnement solaire chauffe les ballasts. La nuit, ils libèrent la chaleur diurne emmagasinée : la centrale peut fonctionner en continu.
Caractéristiques :
Hauteur cheminée : 1 000 m
Diamètre cheminée : 150 m
Diamètre collecteur : 5 km
Surface collecteur : 20 000 000 m²
Vitesse de l'air dans la cheminée : 15 m/s = 54 km/h.
32 turbines.
Puissance max. élec : 200 MW
Informations[3]Complément :
Le site internet de Renaud de Richter www.tour-solaire.com propose un vaste base de donnée concernant le développement des énergies renouvelables à base de cheminées solaires, tours énergétiques, tours à vortex et bien d'autres systèmes de la grande famille des "réacteurs météorologiques". Ce site se positionne comme une base de connaissances de référence spécialisée dans les technologies à "vent artificiel", et se propose de les décrire et d'en expliquer le fonctionnement afin d'essayer d'en promouvoir le développement.
Centrale à vortex
Le principe consiste à pulvériser de l'eau (qui va se vaporiser) en haut d'une tour, ce qui a pour effet de refroidir l'air ambiant. Cet air brusquement plus dense tombe à l'intérieur de la tour. Ce courant d'air peut alors actionner des turbines produisant de l'électricité. La figure ci-dessous présente la tour conçue par Coustou-Alary.
