ফ্যান ওয়াল
একটি বিশাল রোটার, নাকি একশ হাজার ছোট ছোট? আমরা পরীক্ষা করছি যে ছোট ছোট ফ্যানের দেয়াল, প্রত্যেকটি আপনার কম্পিউটারকে শীতল রাখার মত আকারের, শহরের বায়ুকে বিদ্যুতে রূপান্তরিত করতে পারে কিনা। এখানে গণিত আছে, এমন অংশও রয়েছে যা এখনো কাজ করছে না।
আপনি কখনো যে কোন বায়ু টারবাইন দেখেছেন, সেগুলো একই যুক্তি অনুসরণ করে: একটি রোটার তৈরি করুন যা যতটা সম্ভব বড়, এটিকে যতটা সম্ভব উপরে রাখুন এবং বিশাল ব্লেডগুলিকে আকাশে ছড়িয়ে দিন। এটা চমৎকারভাবে কাজ করে। এর জন্য ক্রেন, সড়ক, উন্মুক্ত জমি, বছরের পর বছর অনুমতির প্রয়োজন হয় এবং এটা পাখিদের হত্যা করে। আমরা এর বিপরীত ধারণাটি পরীক্ষা করতে চাই।
আইডিয়াটা
কম্পিউটারকে শীতল রাখার জন্য ছোট্ট একটি অক্ষীয় ফ্যান নিন। এটাকে বিপরীত দিকে চালিয়ে দিন: বাতাসকে রোটারে ঘুরতে দাও, এবং ভেতরের ব্রাশলেস মোটরটি একটি ছোট্ট জেনারেটর হয়ে যায়। Put sixteen of them in a module the size of a pizza box, give each one a shaped funnel that speeds up the air, and cover a wall with thousands of modules.
যদি একটা ফ্যান ভেঙ্গে যায়, তাহলে দেয়াল তার উৎপাদনের একশ হাজার ভাগ হারিয়ে ফেলে, আর যে কেউ স্ক্রুড্রাইভার নিয়ে তা বদলে দিতে পারে। মডিউলগুলো সাধারণ প্যাকেজের মধ্যে পাঠানো হয়। তারা ছাদের প্রান্তে বসতে পারে, ভবনের কোণে উঠতে পারে অথবা মহাসড়কের ধ্বনি প্রতিরোধক প্যানেল বদলে দিতে পারে।
যেখানে তা জ্বলবে
পাখি আর বাদুড়। বড় ধরনের টারবাইনগুলো বন্যপ্রাণীদের জন্য একটা আসল সমস্যা: শুধুমাত্র যুক্তরাষ্ট্রেই প্রতি বছর 140,000 থেকে 328,000 পাখি একক মেরুর টারবাইনগুলোতে মারা যায়।লস, উইল এন্ড মারা, 2013). একটি 150 মিটার ব্যাস বিশিষ্ট রোটার যদি 10 rpm বেগে ঘুরে, তাহলে তার ব্লেডের প্রান্ত π × 150 m × 10 / 60 s ≈ 79 m/s স্থানে সরে যাবে। 10 মিলিমিটার জালের পেছনে 120 মিলিমিটার ফ্যান আছে, যা হাঁটার গতি অনুযায়ী তার প্রান্ত ঘুরিয়ে দেয়। এখনো কেউই মাইক্রো-ফ্যান দেয়ালের সাথে পাখির মিথস্ক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করেনি, তাই এটা পর্যবেক্ষণ করা আমাদের প্রোগ্রামের অংশ।
সিটিং. বাতাসের গতি বাড়ে যেখানে তা চাপিয়ে দেওয়া হয়: ছাদের প্রান্তের উপর দিয়ে, ভবনের কোণায়, রাস্তার খাদ দিয়ে। একটা বিশাল রোটার এই জায়গাগুলো অনুসরণ করতে পারে না। একটি মডিউল অ্যারে ঠিক তাদের আচ্ছাদিত করতে পারে.
লজিস্টিকস আর মেইনটেনেন্স. কোন ক্রেন, কোন বিশেষজ্ঞ, কোন বিশেষ পরিবহন নেই। পুরো 1,800 বর্গ মিটার দেয়ালটি প্রায় 1,700 কার্ডন, চার বা পাঁচটি শিপিং কন্টেইনার-এ ঢুকবে।
বাতাস আর সূর্য একসাথে। রাতে এবং শীতকালে, যখন সৌর প্যানেল দুর্বল থাকে, তখন বাতাসের গতি বেশি হয়। একই ভবনে দুটোই একে অপরের পরিপূরক হতে পারে।
পদার্থবিজ্ঞান, গণিতের সাথে
একটি A এলাকার মাধ্যমে বাতাসের দ্বারা বহনকৃত শক্তি হল P = ½ ρ A v³, যেখানে ρ = 1.225 kg/m³ হচ্ছে বাতাসের ঘনত্ব এবং v হচ্ছে বাতাসের গতি। কিউব সবকিছুই: 6 মিটার/সেকেন্ডে এক বর্গমিটার ½ × 1.225 × 6³ ≈ 132 W বহন করে; 12 মিটার/সেকেন্ডে এটি 1058 ওয়াট বহন করে, আট গুণ বেশি।
কোন রোটারই সবটা ধরে রাখতে পারে না, কারণ বাতাসের পথ থেকে সরে যেতে হবে। Betz limit বলছে যে একটি উন্মুক্ত রোটার এর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত শক্তির সর্বোচ্চ 16/27 ≈ 59% অংশ বের করতে পারে।
একটা ছোট্ট রোটার, বড়ো ছোট্ট রোটারে পরিণত হয় না। পদার্থবিজ্ঞান পরিবর্তন.
এখানেই প্রথম সত্যিকারের সমস্যা। একটি 120 মিলিমিটার ফ্যান ব্লেডের কোর্ডের দৈর্ঘ্য প্রায় 2 সেন্টিমিটার। 6 মিটার/সেকেন্ডে এর রেইনল্ডস সংখ্যা Re = v × c / ν ≈ 6 × 0.02 / 0.000015 ≈ 8,000, যেখানে ব্লেড তাদের বেশিরভাগ উঁচুতে হারায়। ইম্পেরিয়াল কলেজে একটি 2 সেন্টিমিটার রোটার যাকে টারবাইন হিসেবে ডিজাইন করা হয়েছে, তার শক্তি সূচক প্রায় 9%।হাওয়ে, বান্সাল এবং হোমস, 2011). কম্পিউটারের ফ্যান বাতাসের দিকে ধাক্কা দেবার জন্য আকৃতিতে তৈরি, কিন্তু বাতাসে ধাক্কা দেওয়ার জন্য নয়। তাই আমরা ধারণা করছি যে রোটারের কার্যকারিতা 5% (দুঃখজনক), 10% (কেন্দ্রীয়) অথবা 20% (আশাবাদী), এবং ফ্যান থেকে গ্রিড পর্যন্ত বিদ্যুৎ চক্র 40, 55 অথবা 70%।
ডাকটি সাহায্য করতে পারে। কিউশু বিশ্ববিদ্যালয়ে তৈরি করা একটি প্রশস্ত আকৃতির ডিফ্যুজার, বাতাসের লেন্স, একই ব্যাস বিশিষ্ট রোটারের শক্তিকে 2 থেকে 5 গুণ বৃদ্ধি করে।ওহিয়া এবং কারাসুদান, 2010). কিন্তু একটি ডাকটি সামনের জায়গা দখল করে: ডিভাইসের সামনের এলাকা অতিক্রম করে অর্ধেকের চেয়ে বেশি শক্তি বের করা প্রমাণিত হয়নি (দ্য ডেইলি স্টার, 2018।). আমাদের মডেল এখানেই শেষ।
কেন্দ্রীয় ধারণা সঙ্গে সমগ্র দেয়াল করে 6 মিটার/সেকেন্ডে 7 কিলোওয়াট, 10 মিটার/সেকেন্ডে 34 কিলোওয়াট এবং 15 মিটার/সেকেন্ডে 114 কিলোওয়াট. ফ্যানের আকার শক্তির মাত্রা খুব একটা পরিবর্তন করে না, যেহেতু সব ধরনের আকার ঘূর্ণনশীল ব্লেড দিয়ে দেয়ালের প্রায় 55% আচ্ছাদিত করে; এটি অংশের সংখ্যা এবং খরচ বদলে দেয়। ডাকটি কেবলমাত্র জিতবে যদি তারা প্রতিটি রোটারের আউটপুটের চেয়ে দ্বিগুণ বেশি হয়, কারণ তারা কম ফ্যানের জন্য জায়গা ছেড়ে দেয়।
এক বছরে কতটুকু শক্তি
কোন জায়গার বাতাসের গতি কখনোই স্থির থাকে না। We model three sites with a standard (Rayleigh) wind distribution: a city rooftop averaging 4 m/s, a highway barrier at 4.5 m/s and an exposed coast at 6.5 m/s. Real urban wind is weak: the UK Carbon Trust found few building sites reaching even 5 m/s (Carbon Trust, 2008), and 26 building-mounted micro turbines in the Warwick Wind Trials averaged a capacity factor of 0.85% (Encraft, 2009).
পরিমাপের জন্য, একটি সাধারণ 3 মেগাওয়াট স্থল টারবাইন 35% ক্ষমতার ফ্যাক্টরে চললে বছরে 3 MW × 8,760 h × 0.35 ≈ 9.2 GWh উৎপাদন করে: প্রায় 65টি উপকূলীয় ফ্যান দেয়ালের সমান।
এর খরচ কত হবে
We estimated every part per square metre: waterproof fans at $3 to $8 each in volume, frames and mesh, electronics, and mounting on an existing building. সমগ্র দেয়াল আসে $0.76 million to $2.43 মিলিয়ন (সেন্ট্রাল $1.38 মিলিয়ন) নলাকার ছাড়া। 20 বছরে 7% ছাড়ের হার, রক্ষণাবেক্ষণের সাথে, যেটা প্রতি কিলোওয়াট-ঘণ্টার খরচ দেয়।
সত্যিকার অর্থে: আজকের কম্পিউটার ভক্তদের দ্বারা তৈরি, ফ্যান ওয়াল এর খরচ সম্বন্ধে $1.20 per kWh on a windy coast and about $শহরে 5 সেন্ট্রাল কেসে। আবাসিক ছাদের সৌর খরচ $0.12 to $0.28, উপযোগিতার পরিমাণ বায়ু $0.03 to $0.07 (Lazard LCOE+, জুন 2024; IRENA, 2024)। একটি বিদ্যুৎ কেন্দ্র হিসাবে, এই ধারণা আজ প্রতিযোগিতা করে না।
যা সত্য হতে হবে
এই ধরনের সংখ্যা পরিবর্তনের জন্য গবেষণা আছে। একটি উপকূলীয় এলাকায় যেখানে 65% বিদ্যুৎ চ্যানেল রয়েছে, সেখানে প্রতি কিলোওয়াট ঘণ্টায় খরচ নির্ভর করে দুটি বিষয়ের উপর: প্রতিটি ডাউকেটেড রোটার বাতাসের শক্তিকে কতটা ভালভাবে রূপান্তরিত করতে পারে (তার কার্যকর দক্ষতা) এবং প্রতি বর্গ মিটার দেয়ালের নির্মাণের খরচ কত।
| কার্যকরী রুটার দক্ষতা | $200 প্রতি বর্গমিটার | $400 প্রতি বর্গমিটার | প্রতি বর্গ মিটার 800 ডলার |
|---|---|---|---|
| 10% | $0.60 | $1.21 | $2.41 |
| 20% | $0.30 | $0.60 | $1.21 |
| 30% | $0.20 | $0.40 | $0.80 |
| 40% | $0.15 | $0.30 | $0.60 |
গবেষণা কর্মসূচি
| পর্যায় | আমরা কি করি | আমরা কি পরিমাপ করি | আনুমানিক খরচ |
|---|---|---|---|
| 0. ডেস্ক স্টাডি | কম্পিউটার সিমুলেটর ডাক আকৃতি, ব্লেড নকশা এবং বৈদ্যুতিক বিন্যাস | ভবিষ্যদ্বাণীকৃত দক্ষতা এবং ক্ষতি | $15k to $30k |
| 1. বেঞ্চ টেস্ট | 3 থেকে 15 মিটার/সেকেন্ডের উড়ন্ত টানেলে 20টি স্থায়ী এবং 20টি কাস্টম রোটার | দক্ষতা বক্ররেখা, শুরুর গতি, ঝামেলা | $30k to $60k |
| 2. একটি মডিউল | একটি 16-ফ্যান মডিউল, যার সাথে আছে ডাক এবং শক্তির ইলেকট্রনিক্স | মডিউল দক্ষতা, এক বছর বাইরে | $25k to $50 কে. বি |
| 3. 10 বর্গ মিটার পাইলট | বন্যপ্রাণী ক্যামেরা সহ একটি ছাদের প্যানেল | শক্তি, অ্যারে ক্ষতি, উপলব্ধতা, পাখি এবং ব্যাট | $60k to $120k |
| 4. সম্পূর্ণ দেয়াল নকশা | কাঠামো, সার্টিফিকেট, শেষ খরচ মডেল | প্রতি বর্গমিটার ইনস্টলেশন খরচ, প্রতি কিলোওয়াট-ঘন্টা খরচ | $50k to $100k |
0 থেকে 3 পর্যায়ে প্রায় $130,000 to $260,000 প্রয়োজন। যদি পাইলট এই অনুমানের সত্যতা প্রমাণ করতে পারে, তাহলেই পুরো দেয়ালের কথা বলা যায়। ফাউন্ডেশনের তহবিল থেকে সমস্ত গবেষণার খরচ দেওয়া হয়, যা প্রকল্পের প্রয়োজনীয় সবকিছুর জন্য অর্থায়ন করে, যেমন পরীক্ষাগার এবং সরবরাহকারী থেকে শুরু করে সার্ভার ও লোকজন; কোন একটি প্রোগ্রামের জন্য দান রাখা যায় না। পুরো প্রযুক্তিগত রিপোর্ট, মডেল এবং এর তথ্য উন্মুক্ত: মডেল ডাটা এবং মডেল কোড।
আপনি কিভাবে সাহায্য করতে পারেন
- তোমার বিশেষজ্ঞতা নিয়ে এসো। আমাদের এমন লোকের দরকার যারা ছোট রোটার, বায়ু টানেল, শক্তি ইলেকট্রনিক্স, কাঠামোগত প্রকৌশল অথবা পাখি পর্যবেক্ষণ সম্পর্কে জানে। একটি কাজ প্রস্তাব করুন।
- ছাদের উপর একটা ঘর দাও। নিরাপদ প্রবেশের জন্য একটি বাতাসে ভাসমান ছাদ 10 বর্গ মিটার পাইলটকে আশ্রয় দিতে পারে। আমাদের বলুন এটা কোথায় এবং কতটা পরিষ্কার মনে হচ্ছে।
- বায়ুর তথ্য শেয়ার করো। আপনি যদি কোন ছাদের উপর, উপকূলে অথবা সেতুর উপর আবহাওয়া কেন্দ্র স্থাপন করেন, তাহলে এক বছরের বাতাসের পরিমাপ আমাদের পাইলট সাইট নির্বাচন করতে সাহায্য করবে।
- বাড়িতেই পরীক্ষা করো। একটি সস্তা পানি প্রতিরোধী ফ্যান, একটি ব্রিজ রিসিভার এবং বাতাসে ভেজা বারান্দার উপর একটি মাল্টিমিটার একটি সুন্দর বিজ্ঞান প্রকল্প তৈরি করে। ভিন্ন বাতাসে ভোল্টেজ এবং বর্তনী মাপ এবং আমাদের সংখ্যা পাঠান.
- ফাউন্ডেশনকে সমর্থন করুন। দান করা হবে ট্রেজারীName এবং আমাদের সব গবেষণা, এই একটি সহ, চলতে রাখুন.
উৎস
- হাউই, ডি.এ., বান্সাল, এ. এবং হোমস, এ.এস. (2011). শক্তি সংগ্রহের জন্য সেন্টিমিটার মাপের আবৃত বায়ু টারবাইন নকশা ও কার্যকারিতা। স্মার্ট মেটালস অ্যান্ড স্ট্রাকচারস 20, 085021.
- ওহিয়া, ইয়া এবং কারসুদানি, টি। (2010). উইন্ড-লেন্স প্রযুক্তির সাহায্যে উচ্চ আউটপুট শক্তি উৎপাদনের জন্য একটি আবৃত বায়ু টারবাইন। Energies 3(4), 634-649.
- ডিগে, ভি. ভি., দে অলিভেরা, জি., অ্যাভালনোন, এফ. এবং ভ্যান বুসেল, জি. জে. ডব্লিউ. (2018). ডাউকেটেড বায়ু টারবাইন অপটিমাইজেশন এবং রোটার অবস্থানের প্রতি সংবেদনশীলতা। উইন্ড এনার্জি সায়েন্স 3, 221-229.
- কার্বন ট্রাস্ট (2008)। ক্ষুদ্র পরিসরে বায়ুশক্তি: নীতিগত দৃষ্টিভঙ্গি ও প্রয়োগিক নির্দেশিকা.
- Encraft (2009)। ওয়ারউইক উইন্ড ট্রায়ালসের চূড়ান্ত প্রতিবেদন.
- প্যাসিফিক নর্থওয়েস্ট ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি (2024)। বিতরণকৃত বায়ু বাজার রিপোর্ট, 2024 সংস্করণ: ছোট বায়ু বিদ্যুৎ প্রতি কিলোওয়াটের জন্য গড়ে 7,370 ডলার এবং 2023 সালে 13% ক্ষমতার ফ্যাক্টর।
- Lazard (জুন 2024)। শূন্যে নেমে আসা শক্তির খরচ+।
- আইরিন (2024)। 2023 সালে পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি উৎপাদনের খরচ.
- ওডিসি দেয়াল। ইউরোপীয় ইউনিয়নে প্রতি ঘরে বিদ্যুতের ব্যবহার.
- ইউএস এনার্জি ইনফরমেশন অ্যাডমিনিস্ট্রেশন (2022)। গড় আবাসিক বিদ্যুৎ ব্যবহার.
- লস, এসআর, উইল, টি এবং মারা, পিপি। (2013). যুক্তরাষ্ট্রের পাশে অবস্থিত বায়ু বিদ্যুৎকেন্দ্রগুলোতে পাখির সংঘর্ষে মৃত্যুর পরিসংখ্যান। জৈব সংরক্ষণ 168, 201-209.