Energie aus künstlichen Tornados

So wie ich es verstehe, gibt es zwei Versionen dieser Idee. Das erste ist irgendwie interessant und könnte funktionieren - die Idee ist, dass Sie die Luft am Boden mit einem Kraftwerk erhitzen und dem Wirbel erlauben, die Luft in die obere Troposphäre zu tragen. Der Wirbel wirkt wie ein Schornstein, zieht die heiße Luft aus dem Gerät und verursacht einen Druckunterschied, der es Ihnen ermöglicht, Turbinen zu betreiben und Energie zu gewinnen. Effektiv wird der Wirbel plus die Turbinen zu einer Wärmekraftmaschine, deren Kühlkörper die Temperatur eines viel höheren Teils der Atmosphäre hat (möglicherweise bis zur Tropopause bei ~$-50^\circ \text{C}$, wenn auch wahrscheinlich viel niedriger) als die Umgebungstemperatur in der Nähe der Oberfläche, was eine Effizienzsteigerung ermöglicht. Die maximale Effizienz eines solchen Motors wird durch die Carnot-Effizienz angegeben, obwohl die tatsächliche Effizienz natürlich notwendigerweise geringer sein wird, teilweise weil der Wirbel etwas Energie durch Reibung abführt.

Wenn die Luft, die Sie einfüllen, sowohl feucht als auch heiß ist, kondensiert sie außerdem (obwohl dies selten erwähnt wird), wenn sie aufsteigt, setzt ihre latente Wärme frei und steigt somit schneller auf (dieser Prozess verursacht Gewitter), also Sie kann so auch der latenten Wärme Arbeit entziehen.

Aber ich denke, wonach Sie in erster Linie fragen, ist eine andere Version der Idee, die in Ihrem zweiten Link irgendwie impliziert ist. (Ich erinnere mich, dass ich auch einmal einen Artikel im New Scientist darüber gelesen habe.) Die Grundlage dieser Idee ist, dass die Luft in Bodennähe bereits wärmer (und oft feuchter) ist, als wenn die Atmosphäre im Gleichgewicht wäre, also warum nicht ganz auf das konventionelle Kraftwerk verzichten und nur das vorhandene Temperaturgefälle zum Antrieb des Wirbelmotors nutzen?

Im Prinzip wäre das kein Perpetuum mobile. Die Instabilität in der Atmosphäre wird von der Sonne angetrieben, also würden Sie im Wesentlichen nur etwas von der potenziellen Gravitationsenergie stehlen, die derzeit in die Bewegung natürlicher Wettersysteme fließt. Ich persönlich halte es jedoch für sehr unwahrscheinlich, dass es funktioniert. Das Problem ist, dass, wenn Sie es geschafft haben, einen tornadoähnlichen Wirbel dazu zu bringen, sich auf Ihre Turbinen zu setzen, die warme Umgebungsluft einzusaugen und sie auf den Weg in Richtung Tropopause zu schicken, warum konnte er dann nicht einfach von Ihrer abspringen? Turbinen und fangen direkt an, die heiße Luft anzusaugen? Auf diese Weise würde es nicht die Energie verlieren, die die Turbinen extrahieren. Die einzige Möglichkeit, die mir einfällt, um dies zu verhindern, wäre, ein sehr großes flaches Gewächshaus zu bauen, das den Generator umgibt, damit die warme Luft im Inneren eindringen kann. t steigen, es sei denn, es geht durch die Turbinen. Vielleicht haben diese Leute das im Sinn – so funktionieren doch Solartürme. Aber ich vermute, so etwas müsste riesig sein - Wirbel dieser Höhe kommen nur in Hurrikans auf natürliche Weise vor, und diese bilden sich nur, wenn die Oberflächenluft außergewöhnlich warm und feucht ist, daher ist es schwer vorstellbar, dass ein solcher Wirbel durch die Verwendung aufrechterhalten werden könnte die Umgebungsluft unter normalen Landbedingungen.

Wenn es funktionieren würde, wäre die Grenzleistung gegeben durch die Rate, mit der die Sonne die Luft im Einzugsgebiet des Systems erwärmt, multipliziert mit dem Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und der Tropopause. Ich habe keine Zahlen, die ich Ihnen nennen könnte, aber ich schätze, es wäre mehr, als Sie bekommen würden, wenn Sie das Gebiet mit Windturbinen bedecken würden, aber sicherlich viel weniger, als wenn Sie es mit Sonnenkollektoren bedecken würden. Am Ende ist das Ganze nur eine Möglichkeit, Sonnenenergie in Arbeit umzuwandeln, und die Thermodynamik schränkt Photovoltaikzellen weniger ein als Wärmekraftmaschinen.

Sie fragen, wie sich diese Idee auf die Atmosphäre auswirken würde. Ich glaube nicht, dass dies die Ausfallrate wesentlich beeinflussen würde, es sei denn, das Ding wäre so effizient, dass es potenzielle Gravitationsenergie viel besser ableiten könnte als die bereits in der Atmosphäre vorhandenen Konvektionssysteme, was in der Tat sehr unwahrscheinlich erscheint. Sowohl für die angetriebene als auch für die nicht angetriebene Version der Idee ist es jedoch schwer vorstellbar, dass ein Wirbel, der sich hoch in die Troposphäre erstreckt, keine Auswirkungen auf lokale Wettermuster haben würde, und es ist nicht unmöglich, sich vorzustellen, dass er Auswirkungen auf a hat breiteren Maßstab. Dies wäre jedoch schwierig zu modellieren, da globale Modelle nicht die Auflösung haben, um diese Art von Wirbel zu modellieren. (Hurrikane werden aus diesem Grund nicht in GCMs modelliert.) Aber wenn es in kleinerem Maßstab gebaut würde, denke ich, würde es nicht

Ich bin zufällig über diese Frage gestolpert und wollte nach kurzem Lesen auf http://vortexengine.ca/english.shtml eine Antwort posten , obwohl sie schon vor über einem Jahr gestellt wurde.

Ich denke, die Grundidee des Konzepts basiert auf einer großen Verwechslung von Ursache und Wirkung in Bezug auf meteorologische Phänomene. Während bestimmte Bedingungen auf meteorologischer Ebene (d. h. im großen Maßstab) zur Bildung energetischer Wirbel führen können, ist es umgekehrt töricht anzunehmen, dass die Erzeugung eines Wirbels (mittels eines relativ geringen Energieeintrags) die notwendige (große) erzeugen würde ) Bedingungen, um einen stationären Wirbel hervorzurufen, der angezapft werden könnte.

Eine andere Denkweise über das Problem ist, dass jeder kontinuierliche, durch Auftrieb angetriebene Aufwindprozess dieser Art ein thermischer Prozess ist und daher durch die Carnot-Effizienz begrenzt ist:

$\eta_c=1-\frac{T_{cold}}{T_{warm}}$

Also

$P_{mech}<\dot{Q}\eta_c=\dot{m}_{turbine}c_p(T_{warm}-T_{cold})\eta_c$

für jeden realen Prozess. Dies gilt für jede Turmhöhe und jedes Medium und die Temperaturen beziehen sich auf Bodenverhältnisse. Somit wäre die erzeugbare Leistung praktisch immer ein ziemlich kleiner Bruchteil der in den Turm eingespeisten thermischen Leistung (und natürlich noch weniger, wenn das hydrostatische Potential zur Erzeugung eines Wirbels verbraucht wird).