2017년 5월 28일 일요일

솔러・업 드래프트・타워

솔러・업 드래프트・타워

스페인의 만사나레스에 건설된 솔러 업 드래프트 타워의 시험 시설

솔러・업 드래프트・타워(영：solar updraft tower)는 태양에 따뜻하게 할 수 있었던 지표 가까이의 공기가 상승하는 기류를 굴뚝에 모아 그 기류로 풍력 원동기를 돌리고 전기를 얻는 재생 가능 에너지 발전소이다.
솔러・업 드래프트・타워는(1) 지면을 유리나 투명 플라스틱등의 천개로 가린 온실장의 설비로 태양광 에너지를 집적・축열해 공기를 따뜻하게 하는 수집가부, (2) 수집가부에서 발생한 따뜻해진 공기를 모음 상승 기류를 발생시키는 굴뚝부, (3) 굴뚝 내부를 상승하는 기류로 터빈을 돌려 발전을 실시하는 풍력 원동기의 3개의 요소로 구성된다.

솔러・업 드래프트・타워는, 솔러・아에로 발전소(Solar Aero Power Plant)[1], 솔러 굴뚝(Solar Chimney)이나 솔러・타워(solar tower)등 여러가지 명칭으로 불리고 있는[2].일본에서는 엔바이로밋션사의 상표[3]인 솔러 굴뚝으로 불리지만 솔러・타워, 솔러 굴뚝은 솔러・업 드래프트・타워 발전소의 굴뚝부를 의미하는 것이 많다.

목차

역사

[4][5] 1903년, 스페인군의 이시드로・카바냐스(Isidoro Cabanyes) 대령은 「라・에네르히아・에레크트리카(La energia electrica)」잡지에 수집가, 발전기, 굴뚝을 갖춘 솔러・업 드래프트・타워 발전소의 개념을 발표한[6].그 후, 1926년 기술자로 교수 벨나르・데보로부터 프랑스의 과학 아카데미에 북아프리카의 산록에 태양열 수집가를 설치해, 거기에서 경사면을 따라서 표고차이 2000 m의 산정까지 경사째의 파이프를 설치해 높이 2000 m상당한 굴뚝의 대신으로 해, 그 산정에 풍력 원동기를 설치하고 발전을 실시하는 방법이 제안된[7].그 다음에 1931년, 독일의 연구자 H・군터는 솔러・업 드래프트・타워 발전소의 해설서를 저술한[8].1975년의 초, 로버트・E・르시에는, 오스트레일리아[9], 캐나다[10], 이스라엘[11], 미국[12]에 솔러・업 드래프트・타워 발전소에 관한 특허를 신청해 1978년부터 1981년에 내기 각국에서 등록되었다.

1982년 독일 연방 공화국의 자금 제공을 접수 스페인의 만사나레스로 첫 솔러・업 드래프트・타워 발전의 시험 시설이 건설되어 약 8년간에 걸쳐서 실험 데이터를 수집해, 얻을 수 있던 데이터는 슈라이히등에 의해 정리 발표된[13][14].게다가 이 실험 데이터를 기본으로 슈라이히등은 발전 능력 200 MW의 솔러・업 드래프트・타워 발전의 개념적인 설계, 제조 코스트, 발전 코스트등을 추산한[2].

이것을 기본으로 슈라이히・벨 게르만 공동 회사[15]나 엔바이로밋션사[16]에서 200 MW의 발전소 건설 계획이 제안되었다.

또, 중국 내몽고 자치구오해시 근교의 Jinshawan에 200 kW의 발전 능력을 가지는 솔러・업 드래프트・타워 발전소가 건축되어 2010년 12월에 완성해 운전이 시작된[17].

시스템 구성

 
개념도:원형의 수집가의 중앙에 굴뚝(Tower)이 지어져 그 발밑에 터빈식 풍력 원동기가 설치된다

솔러・업 드래프트・타워는 크고 다음 3개의 요소로 구성된다.

  • 태양열을 집적・축열해 공기를 따뜻하게 하는 수집가부.
  • 따뜻해진 공기로부터 상승 기류를 발생시키는 굴뚝부.
  • 굴뚝 내부를 상승하는 기류로 터빈을 돌리는 풍력 원동기.
 
만사나레스 시험 시설의 수집가의 내부, 폴리에스텔제의 천개를 금속제 지주로 지지하고 있다
 
만사나레스 시험 시설의 굴뚝 상부에서 본 수집가

수집가

태양이 지면을 비추면 태양광 에너지로 지표를 따뜻하게 할 수 있어 그 지면에 접하는 공기도 그것에 의해 따뜻하게 할 수 있다.따뜻하게 할 수 있었던 공기는 상부의 차가운 공기보다 가볍기 때문에 상승 기류가 되어 떠 간다.수집가는 온실에 유사한 설비로 태양광의 에너지를 지표에서 흡수・축열 함과 동시에 수집가내의 공기를 따뜻하게 해 그 따뜻해진 공기를 모으고 굴뚝으로 이끄는 기능을 가진다.구조는 직경 100 m~수km의 원형 건물에서 천개 부분을 금속 프레임으로 유지된 태양광을 자주(잘) 투과 하는 유리나 내후성이 높은 투명 플라스틱・필름으로 가려, 그 원형 건물의 중심으로 굴뚝을 설치한다.천개의 높이는 외주부에서 1~수m로 따뜻하게 할 수 있어 가벼워진 공기가 부드럽게 중심의 굴뚝 방향으로 흐르듯이 중심으로 가까워지는에 따라서 점차 높아지는 것처럼 만들어진다.천개아래의 마루는 지면이 노출해, 그것이 태양 에너지를 흡수 함과 동시에 에너지를 비축하는 기능을 가진다.이 경우, 태양광 에너지의40%를 차지하면서-태양광 발전으로는 이용할 수 없는 적외선 부분[18]도 이용할 수 있다.또, 집광이 필요한 태양열 발전으로는 이용할 수 없는 산란빛도 흡수 가능하고 운천시에 발전할 수 있어 한층 더 천개의 더러움의 영향이 적기 때문에, 태양광 발전의 패널이나 태양열 발전의 거울과 같이 유리면을 세정하기 위한 수를 필요로 하지 않는다.수집가의 외주에 가까운 부분은 지면 온도가 중심부와 비교해 비교적 낮고, 또 겨울이라도 춥게 안 되기 때문에 거기를 온실로서 농산물의 재배에 이용하는, 이것은 사막 녹화나 사막화 방지에 유효한 기능이다.또, 이 경우중에서 농업기계를 사용하기 위해 이것에 지장을 초래하지 않는 천개 높이가 필요하다.

수집가의 외주부가 공기 취수구가 된다.받아들여진 공기는 중심의 굴뚝 부분으로 향해 흘러 가지만, 그 사이에 지면의 열에 따뜻하게 할 수 있는 점차 온도가 높아져, 수MW급의 발전 설비의 경우, 중심의 굴뚝에의 입구 부분에서 공기 온도는 외부에서(보다) 20~35 K 높아진다.수집가 중앙의 굴뚝 입구부에서는 각방향으로부터 흘러 온 공기가 서로 부딪쳐 공기의 운동 에너지가 상쇄되는, 이것을 피하기 위해 이 흐름을 윗쪽으로 향하는 궁리가 이루어지고 있다.

지면이 따뜻해지고 있으면, 야간이라도 발전이 가능하고, 한밤중이라도 한낮의10% 정도의 발전을 할 수 있다.한층 더 야간의 발전량을 증가시키기 위해, 온실의 지면 위에 토양보다 비열 용량이 5배 정도 큰 물을 넣은 파이프를 설치해, 낮의 태양열 에너지로 물을 따뜻하게 해 축열해(Thermal storage), 야간은 그 온수로 공기를 따뜻하게 해 발전하는 것으로 야간의 발전량을 증대하는 방법이 취해지는[19].시험 시설에서의 실측 데이터로는 수집가부에 수심 20 cm상당한 수를 넣으면 낮의 피크 발전량은 내리지만 야간도 포함 종일 발전 능력의40% 정도의 전력을 발전할 수 있었다.
솔러・업 드래프트・타워의 설치 장소에 요구되는 조건은 아래와 같은 항목을 들 수 있다.

  • 연간 일사량이 1950 kWh・m-2・해-1(=19 MJ・m-2・일-1) 이상인 것[20].(덧붙여 신 에너지・산업기술 종합 개발 기구의 일사량 데이터 베이스[21]에 의하면 일본의 연간 일사량은 10~14 MJ・m-2・일-1이다)
  • 지면의 높낮이차이가 천개 높이 이하로 직경수km의 광대한 토지를 이용할 수 있는 것.
  • 태풍, 사풍, 강풍이 불지 않는, 폭설, 산・박이 내리지 않는 것.
  • 토지에 다른 용도가 없고 염가의 일.
 
만서나레스 시험 시설의 굴뚝부：철판제의 통을 버팀목밧줄로 지지한 구조

굴뚝

굴뚝은 내외의 공기의 온도차에 의해서 생기는 굴뚝 효과에 의해서 굴뚝내에 상승 기류를 발생시키는 발전소의 심장부이다.구조는 상부에서 하부까지 같은 굵기의 원통형의 파이프를 직립 시킨 형상으로, 파이프의 내경은 공기의 저마찰 손실이 최소가 되도록(듯이) 높이에 대한 비를 최적화한다.굴뚝내에 생기는 기류의 에너지는 굴뚝의 높이에 비례하기 위해, 높이 500~3000 m의 굴뚝이 상정되고 있다.또 에너지는 굴뚝 내외의 온도차에 거의 비례한다.메가와트급의 솔러・업 드래프트・타워로는, 수집가부에서 내부 온도는 외부 온도에서 35~ 약 30 K 높아진다.이것에 의해 굴뚝내에 발생하는 바람은 내부에서의 작업에 지장을 초래하지 않는 풍속 15 ms-1 정도가 되도록(듯이) 설계되고 있어.메가와트급의 발전소로는 굴뚝 재료는 강도, 코스트, 수명이나 입수의 하기 쉬움으로부터 콘크리트가 선택된다.그러나 지진이 많은 지역에서는 다른 재료로의 건설이 필요하다.

굴뚝에서 만들어지는 기류의 에너지는 그 높이에 비례하기 위해 높은 굴뚝의 건설이 제안되고 있지만 높은 굴뚝은 건설비가 높고, 또 내진성이 낮게 그리스와 같이 지진이 많은 나라에서는 건설이 곤란하다.거기서 그리스의 Christos Papageorgiou는 기구로 굴뚝을 만드는 아이디어를 제안하고 있는[7].그것에 따르면, 요트의 돛의 재료로서 길게 사용되고 있는[22]폴리에스텔 섬유로 길이 3000 m, 내경 100 m의 원통 파이프 모양의 기구를 만들어 그 중에 공기보다 가벼운 가스를 넣어 부풀린다.이 부풀어 오른 원통 기구의 일단을 수집가에 고정하면 타단은 가스의 부력으로 떠올라 높이 3000 m의 굴뚝이 된다.가스로서는 헬륨, 수소나 암모니아 가스등을 생각할 수 있지만 코스트적으로는 암모니아가 적격이다. 이 구조의 굴뚝은 20 m/초이상의 강풍이 취두사풍, 태풍, 폭설같은 건 없는 장소에서 이용할 수 있다.Papageorgiou는 이 발전 시스템을 Floating Solar Chimneys (FSCs)라고 이름 붙였다.

 
굴뚝 효과의 그림：굴뚝내의 따뜻한 공기는 바깥 공기보다 밀도가 낮기 때문에 굴뚝내를 상승해 동시에 하부의 공기 취수구로부터 바깥 공기가 빨려 들여간다

굴뚝 효과

굴뚝 안에 바깥 공기보다 따뜻한 공기가 있으면, 고온의 공기는 밀도가 작기 때문에, 굴뚝 하부의 압력은 외부보다 낮아진다.이 때문에 굴뚝 하부의 공기 취수구로부터 외부의 공기가 굴뚝에 비집고 들어가, 굴뚝 내부의 따뜻한 공기가 상승한다.이 현상을 굴뚝 효과라고 한다.[23]

이 효과에 의해 굴뚝 상하에

 

의 압력차이가 생긴다.
또한, 이 압력차이에 의해서 굴뚝 내부에는 아래와 같은 속도의 바람이 흐른다.

 

또, 이 바람이 가지는 에너지는 풍속의 자승에 비례하는 일로부터 이 에너지는 굴뚝의 높이 h에 비례하는 것을 안다.

기호 　　의미와 단위
ΔP : 생기는 압력차이, [Pa]
uo : 굴뚝내의 풍속, [m・s-1]
g :중력가속도[9.80665 m・s-2]
C : 정수：3463, [kg・K・m-1・s-2]
h : 굴뚝의 높이, [m]
To : 바깥 공기의 절대온도, [K]
Ti : 굴뚝 우치히라균온도, [K]

실례
1981년에 스페인의 만사나레스에 만들어진 솔러 업 드래프트 타워의 시험 시설의 실측 데이터로는, 굴뚝 내외의 온도차:Ti - To = 20 K로, 굴뚝 높이는 195미터인[2]. 바깥 공기 온도는 명기되어 있지 않지만 23℃=300 K로 하면 압력차이ΔP와 풍속 uo는 각각
압력차이= 144 Pa = 1.44 헥토 파스칼
풍속= 11 m・s-1 =시속 40 m
된다.



 
만사나레스 시험 시설의 건축중의 풍력 원동기

풍력 원동기

풍력 원동기는 굴뚝내의 바람이 가지는 운동 에너지를 회전 에너지로 변환해 풍력 원동기를 돌려 전기 에너지로 변환하는 기능을 가진다.솔러・업 드래프트・타워로는 풍력 원동기로서 바람의 압력을 회전 에너지로 변환하는 차실을 가지는 충동 터빈식을 이용하는, 이것은 풍력 발전으로 이용되는 반동 터빈과 비교해와 단위 단면적 당의 출력이 1자리수대위기구 되기 위해 브레이드의 소형이 가능해진다.또, 이 방식으로는 풍차에 의한 압력 손실은 작다.솔러・업 드래프트・타워로는 이른 아침, 지면이 따뜻해지기 전은 내부와 외부의 온도차가 적기 때문에 상승류의 풍속은 늦지만, 점심무렵에는 풍속이 오른다, 또 여름 겨울이라도 풍속이 변화한다.이러한 변동하는 바람아래에서 에너지 변환 효율을 최대와 하기 위한(해) 기류 속도와 공기의 유량에 따라 날개(브레이드)의 각도를 바꿀 수 있는 풍차가 이용된다.뱃츠의 법칙에 의하면 풍압 에너지로부터 회전 에너지에의 변환 효율은 최대59%이지만, 실제의 장치로는40% 정도가 된다.대형의 솔러・업 드래프트・타워 설비로는 보수 작업의 용이함으로부터 풍력 원동기는 굴뚝 안심은 아니고 굴뚝 하부의 측면으로 복수 설치하는 방식이 생각되고 있다.

스페인에서 건설된 시험 설비로 사용된 풍력 원동기는 수평축다익형 풍차로 4장의 각도 가변 브레이드를 가져, 풍속 2.5 ms-1이상으로 기동, 12 ms-1으로 최대 출력 50 kW를 얻을 수 있다.이 풍력 원동기는 굴뚝 하부에 만들어진 높이 9 m의 철골제 발판 위에 설치되었다.

솔러・업 드래프트・타워의 이점과 과제

이점

  • 발전시에 연료를 이용하지 않는다.
  • 발전시에 CO2를 배출하지 않는다.
  • 축열 기능이 있어 야간도 발전 가능.
  • 구조가 단순하고 보수성이 높고 유지비용이 소.
  • 태양의 직접 및 산란빛을 사용하기 위해(때문에) 운천시라도 발전 가능.
  • 태양광 발전으로는 이용할 수 없는 태양의 적외선 에너지도 이용 가능.
  • 태양광, 태양열 발전으로 필요한 유리 세정용의 물을 사용하지 않고, 사막의 설치에 유리.
  • 태양광 발전, 풍력 발전과 달리 단시간 출력 변동이 적다.
  • 온실이라고 해도 이용할 수 있어 사막의 녹화, 사막화 방지에 유효.
  • 거대한 설비가 관광 시설이 된다.

과제

  • 일사량이 1950 kWh・m-2・해-1이상의 장소에 한정된다(사반나나 사막 지대에 한정된다)
  • 발전 효율이 낮고 광대하고 평탄한 부지가 필요.
  • 초기 투자 코스트가 비싸다.
  • 지진, 폭풍우, 회오리, 사풍, 박・산, 폭설등의 자연재해에 약하다.
  • 항공기의 비행 장해, 경관 문제.

최초의 시험 설비

1982년, 스페인 마드리드 남방 150킬로미터의 시우다・레알현 만사나레스(39о02´34.45˝N 3о15´12.21˝W)에 첫 솔러・업 드래프트・타워 발전의 실험 시설이 건설되어 약 8년간에 걸쳐서 가동했다.이 실험 시설은 독일 연방 공화국 정부의 자금 제공을 접수[24][25]독일의 옐크・슈라이히 교수의 지도로 건축되었다.

이 시설의 사양은, 굴뚝의 직경 10 m, 높이 195 m, 수집가 면적은 46,000 m2로 발전 능력은 최대 전력 출력시 약 50 kW였다.수집가의 창재료는 시험을 위해 단층 유리 또는 복층 유리 또는 플라스틱(내구성이 충분하지 않은 것이 알려져 있다)등의 다른 재료가 이용되었다.또 천개가 유리제의 부분의 일부는 실제로 온실로서 식물을 기르는데 사용되었다.시설의 가동중 180개의 센서로 안쪽과 외측의 온도, 습도, 풍속이 1초 마다 측정된[26].이 실험의 결과, 투명 플라스틱은 내성이 불충분하다라고 하는 것이 알았다.상가동시에 발전한 전력의 외부에의 판매는 행해지지 않았다.이 굴뚝의 버팀목강선은 녹방지 처리가 되어 있지 않았기 때문에, 부식이 진행되어 1989년에 폭풍우 때문에 굴뚝이 도괴해 실험 시설은 폐쇄된[27].

만사나레스 시험 설비
항목 치 단위
굴뚝 높이 194.6 m
굴뚝 반경 5.08 m
수집가 평균 반경 122.0 m
플라스틱막천개 면적 40,000 m2
유리 천개 면적 6,000 m2
평균 천개고 1.85 m
수집가 내외 온도차 ΔT = 20 K
터빈의 브레이드수 4
타빈브레이드 형상 FX W-151-A
날개 첨단 속도대 풍속비 1 : 10
공칭 출력 50 kW
운전 모드 독립 또는 구라두에의 접속

경제성

개념 설계

슈라이히등은[2]스페인의 만사나레스로의 실험 결과를 기본으로 연간 일사량이 2300 kWh・m-2・해-1(도쿄의 연간 일사량의 약 2배[21])의 장소에 설치하는 전제로 콘크리트제의 굴뚝을 가지는 발전 능력 5 MW, 30 MW, 100 MW, 200 MW의 설비에 대한 개념 설계를 실시했다.여기에 따른200 MW의 발전소로는 수집가의 면적이 약 38.5 km2 (야마노테선내의 면적의60%)로, 굴뚝의 직경 120 m(도쿄 돔의 그라운드와 같은 면적), 높이 1000 m(도쿄 스카이 트리 1.5배강)의 거대한 건축물이 된다.

또, 연간 일사량과 면적의 적으로부터 수집가가 태양으로부터 받는 에너지를 산출할 수 있어 이것으로 연간 발전량을 나누면 시스템 전체의 변환 효율을 얻을 수 있지만, 그 값은 0.5~0.96%로 다른 태양 에너지를 이용한 발전과 비교해 작다.

솔러・업 드래프트・타워의 설계예
발전 능력 MW 5 30 100 200
굴뚝 높이 m 550 750 1000 1000
굴뚝 직경 m 45 70 110 120
수집가 직경 m 1250 2900 4300 7000
수집가 면적 km2 1.23 6.61 14.52 38.49
연간 발전량 GWh・해-1 14 99 320 680
변환 효율  % 0.50 0.65 0.96 0.77

건설비

슈라이히등은[2]한층 더 건축비와 발전 코스트를 시산했다.여기에 따른200 MW의 발전소에서 건축총코스트는 약 606억엔(1□=100엔으로서 계산)이 된다.이 안수집가가 약43%의 261억엔이 되고 있지만, 이것에는 토지대는 포함되지 않았다.이 건설 코스트와 직접 비교는 할 수 없지만, 도쿄도가 계획하고 있는 발전 능력이 5배의 100만 kW(1000 MW)의 천연가스 발전소의 건설비는 약 1000억엔인[28].또, 신 에너지・산업기술 종합 개발 기구의 보고[29]에 의하면 2008년의 풍력 발전소의 건설 코스트는 인도, 중국에서 10만엔/kW정도, 200 MW의 발전소로는 200억엔으로 추측되고 있다.

용량 마다의 별발전소의 건설비와 발전 코스트
발전 능력 MW 5 30 100 200
굴뚝 건설비 백만□ 19 49 156 170
수집가 건설비 백만□ 10 48 107 261
풍력 원동기 설비비 백만□ 8 32 75 133
그 외 백만□ 5 16 40 42
합계 백만□ 42 145 378 606
연간 투자 백만□/년 2.7 10.2 27.1 43.7
연간 운용 보수 비용 백만□/년 0.2 0.6 1.7 2.8
발전 코스트 □/kWh 0.21 0.11 0.09 0.07

발전 코스트

이 건설비용으로부터 슈라이히등은[2]차입 금리를6%, 설비 감가상각 기간을 30년으로 했을 경우의 발전 코스트를 시산했다.그것에 따르면 발전소 규모가 5 MW의 경우 1 kWh 당 약 21엔(1□=100엔으로서 계산), 200 MW의 경우 약 7엔이 된다.이것은 값은 일본의 태양광 발전 도로지도[30]의 2020년의 가정용 전력(23엔/kWh), 2050년의 범용 전력(7엔/kWh)의 목표치에 상당한다.덧붙여 발전 코스트는 감가상각 기간과 차입 금리에 크게 의존한다.상각 기간 20년, 금리12%의 경우 약 12엔/kWh에 오르지만, 상각 기간 40년, 금리6%의 경우 약 6엔/kWh에 내리는(200 MW)[2].

Floating Solar Chimneys의 경제성

Papageorgiou는 Floating Solar Chimneys 발전소의 건설 코스트등의 시산을 실시한[7].그것에 따르면 태양 에너지의 연간 조사량 2300 kWh・m-2・해-1의 지역에 높이 3000 m, 내경 100 m의 기구식 굴뚝을 가져 발전 능력 200 MWh, 연간 발전량 600 GWh・해-1의 발전소를 건설했을 경우

  • 천개 재료가 플라스틱 시트라면,

건설비:55억엔(1□=100엔으로서 계산), 수집가 면적:7.2 km2, 효율:3.6%된다.

  • 천개 재료가 유리라면

건설비:103억엔(1□=100엔으로서 계산), 수집가 면적:6.0 km2, 효율:4.3%된다. 이것은 슈라이히등의 값의1/6정도와 지극히 염가로 슈라이히등이 이용하는 발전기기의 비용 이하로 완성되게 되지만, 굴뚝 이외의 부분이 염가로 되는 근거는 나타나지 않았다.

온실 효과 가스 배출량과 에너지 수지

온실 효과 가스 배출량

2012년 단계에서 솔러 업 드래프트 타워의 온실 효과 가스(GHG) 배출량에 관한 데이터는 볼 수 없다.본발전소는 건축재료나 건축공사시에 온실 효과 가스의 배출을 수반하지만, 운전(발전) 중의 배출은 없다.게다가 수집가 내부를 농장으로서 사용해, 식물에 의한 CO2 흡수가 기대되기 위해, 건축재료의 채광으로부터 시설 폐기까지의 라이프 사이클중의 전배출량을, 라이프 사이클중의 전발전량으로 평균한 값(배출 원단위)은 화석연료 발전에 의한 배출량(일본의 평균으로 690 g-CO2/kWh)[31]보다 적다고 기대된다.

에너지 수지

2012년 단계에서 솔러・업 드래프트・타워의 에너지 페이 백 타임(EPT)이나 에너지 수지비(EPR)의 견적에 필요한 실측 데이터는 얻지 못하고 있지만, 슈라이히등은 개념 설계를 기본으로 알맹이의 에너지 회수는2-3해라고 하는 수치를 추정하고 있는[2]

각국의 개발 상황

중화 인민 공화국

중화 인민 공화국 내몽고 자치구오해시 근교의 Jinshawan으로 2009년 5월에 건설이 시작된 200 kW의 발전 능력을 가지는 솔러・업 드래프트・타워 발전소가 2010년 12월에 완성해 운전을 시작했다.게다가 13.8억 인민원(1 인민원=12. 3엔으로서 170억엔)을 걸쳐 2013년까지 넓이 2.77 km2의 수집가로 27.5 MW의 발전 능력을 가지는 발전시설을 만든다고 할 계획이 2009년 5월에 시작하고 있다.이 수집가에는, 모래를 천개로 가리는 것으로 사풍에 의해서 생기는 모래의 이동을 억제해 사막화의 진행을 억제해 기후를 개선하는 효과도 기대되고 있는[32].

스페인

스페인의 카스티랴=라・만체주 시우다・레알현의 후엔테・엘・후레스노에 엔지니어링 회사의 캄포 3으로 카스티랴=라・만체 대학(UCLM) 대학의 협력 아래 2007년부터 굴뚝고 750 m, 수집가 면적 3.5 km2, 발전 능력 40 MW를 가지는 시우다·레알・토레・소라르(Torre solar de Fuente el Fresno)로 불리는 발전소의 건설 계획이 제안된[33].

오스트레일리아 연방

오스트레일리아 연방의 엔바이로밋션사는 2001년에, 오스트레일리아・뉴사우스웨일스주주 Buronga에 솔러 업 드래프트 타워 발전을 건설할 계획을 발표했지만 실현되지 않고, 현재 미국・애리조나주에서의 건설 계획으로 변경되고 있는[34].

보츠와나 공화국

남아프리카공화국으로부터의 전력 수입에 크게 의존하고 있는 보츠와나 공화국으로는 재생 가능 에너지에 의한 전력으로 수입 전력을 삭감하는 것을 검토했다.그 중에 소규모의 솔러・업 드래프트・타워 실험 설비를 건설했다.이 실험 설비는 유리 섬유 강화 폴리에스텔성의 직경 2 m, 높이 22 m의 굴뚝과 스틸제 범위로 조립루라레타 넓이 약 160 m2의 유리제 수집가와 풍속, 공기 온도, 태양열량등의 양을 측정하는 11개의 센서로 구성되어 있었다.이 설비로 2005년 10월 7일부터 11월 22일까지, 30초간격으로 온도나 풍속등을 측정하는 실험을 한[5].

나미비아 공화국

지적 재산 관리 회사 하안 하안&MD사의 알란・던롭에 의하면, 2008년 7월에 나미비아 공화국 정부는 Greentower로 불리는 발전 능력 400 MW의 솔러・업 드래프트・타워의 건설 계획안을 승인했다.발전소는 직경 280 m, 높이 1.5 km의 굴뚝과 37 km2의 수집가로 구성되어 건설 코스트는 1.5억 US$(US$=80엔으로서 120억엔).수집가내에서는 환금 작물을 재배할 계획이다.[35][36][37]。

터키 공화국

터키 공화국의 스레이만・데미렐 대학 재생 가능 에너지 연구・응용 센터(YEKARUM)에서는 솔러・업 드래프트・타워의 소형 실험 설비를 건설한[38].

아메리카 합중국

2010년 10월에, 엔바이로밋션사는 남 캘리포니아의 공공 전력 공사(SCPPA)에의 매전을 목표로 해 애리조나주 서부에서 2기의 200 MW솔러・업 드래프트・타워를 건축할 계획을 발표한[39]. 동사는 2011년 1월에 AGS・캐피탈・그룹으로부터 2980만 US$(US$=80엔으로서 31.8억엔)의 자금을 확보해[40], 2011년 8월에 미국의 건축 컨설턴트 회사의 헨제르페르프스 건설이 원가 시산과 건설 스케줄의 입안을 개시한[41].건설의 장해로서는 건설 예정지가 캘리포니아주의 주 파충류로 지정되어 멸종이 위구심 되고 있는[42]사바크고파가메의 생식지이기 위해, 건축에 임하여 생식지의 이전이 필요한 것이다.

아랍 수장국 연방

아랍 수장국 연방 대학의 Mohammad O. Hamdan은 페르시아만연안에서의 솔러・업 드래프트・타워의 가능성을 검토한[43].그것에 따르면 수집가 직경이 1000 m, 굴뚝고 500 m의 솔러・업 드래프트・타워에서 8 MW의 발전 능력을 얻을 수 있다.이 설비에 의해 하기에 얻을 수 있는 발전량은 페르시아 만의 해안에서 가장 전력 사용량이 많은 지역의 필요량보다 큰 값이 된다.

그 외의 용도예

극지방에서의 솔러・업 드래프트・타워

캐나다등과 같이 고위도에 위치하는 지역에서는 태양의 일사 각도가 작기 때문에 단위면적 당의 일사량이 적지만, 그 같은 지역에서는 산의 남쪽의 경사면을 따라서 수집가를 마련하면 단위면적 당의 일사량이 증가한다.경사면의 상부정폭이 좁아지도록(듯이) 수집가를 만들면 수집가가 동시에 굴뚝의 기능을 발휘한다.한층 더 수집가의 최상부에 굴뚝과 풍력 원동기를 설치하면 적도 근처에 설치된 동일한 플랜트의 출력의85%까지 만들어 낼 수 있다고 보고되고 있는[44]

솔러 노즐

솔러・업 드래프트・타워의 수집가와 굴뚝 대신에 원추형의 투명한 텐트에서 평지를 가리고, 게다가 부의 가는 부분에 풍력 원동기를 설치해 발전하는 아이디어가 제안되어 솔러 노즐과 이름 붙여지고 있는[45].

하강 구동형 에너지 타워

수집가가 없는 단순한 굴뚝의 상부로부터 물을 분무하면 상부의 공기가 물의 기화열로 냉각된다.이 결과 상부의 공기는 하부의 공기보다 무거워져 하강기류가 발생한다, 그래서 탑의 하부에 있는 풍력 터빈을 구동하고 발전을 실시하는, 하강 구동형 에너지 타워가 제안되고 있는[46].

태양 축열기 축열

솔러・업 드래프트・타워로는 평지에 유리나 투명 플라스틱으로 온실장의 수집가와 그 아래의 토양으로 태양 에너지를 집적・보존해, 그 에너지로 발전을 실시한다.태양 축열기는 깊이 수m정도의 연못의 밑부분에 소금을 녹이는, 거기에 태양이 맞으면 연못이 따뜻해지지만, 밑부분의 염분을 포함한 물은 포함하지 않는 물보다 무겁기 때문에, 대류에 의한 열손실이 일어나지 않고 밑부분의 온도는 80℃가까운 곳에도 되어 많은 열이 축적된다.이 현상을 이용해, 수집가를 이용하는 것 대신에 소금을 많이 포함한 연못을 에너지의 집적・보존에 이용하는 발전의 아이디어가 제안되어 특히 야간의 발전용도에 기대되고 있는[47].또 이 태양 축열기로 생선의 양식을 실시하는 등의 아이디어도 제안되고 있는[48].

공기중의 수분 회수/해수의 담수화

중국의 연구자등에 의해, 높은 굴뚝의 상부에서는 온도가 내리기 위해, 공기중의 습기가 응축하고 물을 얻을 수 있다라는 시뮬레이션 결과가 보고되고 있는[49][50][51].게다가 솔러・업 드래프트・타워를 열원으로서 해수를 증발시켜 해수의 담수화를 실시하는 아이디어도 제안되고 있는[52].

 
휴대폰의 기지국 안테나(도코모) 예

휴대 전화 기지국의 이용

인도에서는 5억명이 휴대 전화를 사용해 25만개의 기지국 안테나가 존재한다.이 안테나를 솔러・업 드래프트・타워의 굴뚝으로 하는 발전소를 만들어, 기지국이 사용하는 전력을 공급 발전하는 것이 검토되고 있는[53].

도시의 히트 아일랜드 대책

도시의 히트 아일랜드 대책으로서 도시 전체를 투명한 천개로 가려, 거기에 굴뚝을 달고 바람을 일으켜 따뜻해진 공기를 제외한 방법이 제안되고 있는[54].

출전

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외부 링크

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