上昇気流と下降気流を利用した発電システムのイメージ
上昇気流と下降気流を利用した発電システムのイメージ / Credit:New atlas_Double-action solar tower promises clean energy all day and night(2023)
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上昇気流と下降気流で24時間発電する巨大ソーラータワー

2023.12.21 Thursday

ワシやタカ、さらにはエンジンを搭載しないグライダーも、これらは上昇気流を利用して長時間飛ぶことができます。

つまり上昇気流には、人間を乗せた飛行機でさえ重力に逆らって浮かせ続けられるほどの「継続的な力」があるのです。

風力発電があるならば、この上昇気流も上手く発電に利用することはできないでしょうか?

最近、ヨルダンのアル・フセイン工科大学(HTU)工学部に所属するエマド・アブデルサラム氏ら研究チームは、上昇気流と下降気流で発電するソーラータワーを考案しました。

直径250m、高さ200mにもなるこの巨大タワーは、24時間年中無休でエネルギーを生成できると考えられています。

研究の詳細は、2023年11月30日付の科学誌『Energy Reports』に掲載されました。

24/7 solar towers could double energy output https://techxplore.com/news/2023-12-solar-towers-energy-output.html Double-action solar tower promises clean energy all day and night https://newatlas.com/energy/double-solar-updraft-cooling/
An innovative twin-technology solar system design for electricity production https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484723015512

上昇気流を利用した発電システム

地上にある空気が上昇する「上昇気流」は、いくつかの原因で発生します。

その1つは、「太陽放射により、地上の一部が暖められる」というもの。

地上の一部分だけが暖められると、そこだけが周囲の空気より軽くなり、上昇するのです。

この上昇気流は、一種の「力」なので、上昇気流を用いて発電することが可能です。

ではなぜ風力発電は広く利用されているのに、上昇気流を利用した発電システムはあまり見かけないのでしょうか?

ソーラー・アップドラフト・タワーの概念図
ソーラー・アップドラフト・タワーの概念図 / Credit:Wikipedia,ソーラー・アップドラフト・タワー

実は1982年には、スペインの技術者が、煙突のようなタワーと基部のタービンからなる上昇気流の発電機「ソーラー・アップドラフト・タワー」を建設しています。

この発電機は太陽放射によってタワー内の空気を温め上昇気流を発生させ、内部の風力タービンを回転させるという仕組みになっています。

しかし、上昇気流を発生させるには、かなり長い縦方向の空間に温度差を作り出す必要があり、そのためには非常に大きくて高い構造物が必要です。

そのためソーラー・アップドラフト・タワーは、「発電効率が高くない(ソーラーパネルよりはるかに低い)わりに、膨大な初期費用が掛かる」という致命的な欠点を抱えていました。

スペインで建設されたソーラー・アップドラフト・タワー。上昇気流を利用して発電する
スペインで建設されたソーラー・アップドラフト・タワー。上昇気流を利用して発電する / Credit:Wikipedia,ソーラー・アップドラフト・タワー

科学者たちは、「換気性能の改善」「煙突(タワー)の高さの強化」「建設材料の変更」「断熱面の強化」など、長年にわたって発電効率の改善を試みてきましたが、アブデルサラム氏によると、その成果は「控えめ」であり、この発電システムが広く採用されることはありませんでした。

ところがこの度、アブデルサラム氏ら研究チームは、従来の設計の発電効率を2倍以上に高めるシステムを考案しました。

次ページ上昇気流と下降気流の両方を利用したシステムで「24時間発電し続ける」ことが可能

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