ديوار بادکنک
یک روتور غول آسا یا صد هزار تا روتور کوچک؟ ما داریم آزمایش میکنیم که آیا دیواری از فن های کوچک، هر کدام به اندازه فن خنک کننده کامپیوتر شما، می تواند باد شهر را به برق تبدیل کند. اینها اعداد هستند، شامل قسمت هایی که هنوز کار نمیکنند.
هر توربین بادی که تا حالا دیدید از یک منطق پیروی می کند: یک روتور را تا حد ممکن بزرگ بسازید، آن را تا حد امکان بالا بگذارید و اجازه دهید تیغههای عظیم آن آسمان را پاک کنند. خيلي خوب کار ميکنه همچنین نیاز به جرثقیل، جاده، زمین باز، سالها مجوز دارد و پرندگان را میکشد. ما می خواهیم ایده مخالف را امتحان کنیم.
 ارتفاع، 1800 متر مربع پوشیده شده در حدود 110000 فن 120 میلیمتری، گروه بندی شده در 6900 ماژول پلاگین. Local Solar System «معرفی کتاب «تصویرهای گمشده»».
اين ايده
یک فن محوری کوچک را در نظر بگیرید که کامپیوتر را خنک میکند. اگر آن را به عقب بچرخانید: اجازه دهید باد روتور را بچرخاند و موتور بدون برس داخل آن تبدیل به یک ژنراتور کوچک میشود. شانزده تا از آنها را در یک ماژول به اندازه جعبه پیتزا قرار دهید، به هر کدام یک لانه شکلی بدهید که هوا را شتاب می دهد و دیوار را با هزاران ماژول بپوشانید.
اگر یک فن خراب شود، دیوار صد هزارم خروجی خود را از دست میدهد و هر کسی با پیچ گوشتی میتواند آن را جایگزین کند. این لولهها در کشتیهای معمولی به کار میروند. آنها میتوانند روی لبه بام بنشینند، از گوشه ساختمان بالا بروند یا پنلهای یک مانع صوتی بزرگراه را جایگزین کنند.
جايي که ميتونه درخشه
Birds and bats. Large turbines are a real problem for wildlife: an estimated 140,000 to 328,000 birds die each year at monopole turbines in the contiguous United States alone (Loss, Will and Marra, 2013). یک روتور 150 متری که با 10 دور در دقیقه میچرخد نوک تیغه خود را در π × 150 m × 10 / 60 s ≈ 79 m/s حرکت میدهد. یک فن 120 میلیمتری پشت یک شبکه 10 میلیمتری نوک خود را در سرعت راه رفتن میچرخاند. هيچکس تا حالا تعامل پرنده ها با ديوارهاي پنکه هاي کوچک را اندازه گيري نکرده پس اندازه گيري آن بخشي از برنامه ماست
. بشين باد در جایی که فشار وارد میشود سرعت مییابد: از لبه سقف، اطراف گوشه ساختمان، در امتداد دره خیابان. یک روتور غول آسا نمیتواند این مناطق را دنبال کند. یک آرایه متغیر میتواند دقیقاً آنها را پوشش دهد.
. فنهای کامپیوتر برای فشار دادن هوا طراحی شدهاند، نه اینکه توسط آن فشار داده شوند. بنابراین ما یک بازده روتور 5٪ (بدبینانه)، 10٪ (مرکزی) یا 20٪ (خوشبینانه) و یک زنجیره الکتریکی از فن به شبکه 40، 55 یا 70٪ را فرض میکنیم.
لوله ها ميتونن کمک کنن یک پراکنده کننده با یک نوار گسترده، “لنز باد” که در دانشگاه کیوشو توسعه یافتهاست، توان روتور با همان قطر را بین 2 تا 5 برابر میکند (اویا و کاراسودانی، 2010). اما یک کانال فضای جلویی را اشغال میکند: استخراج بیش از نیمی از قدرت که از ناحیه جلویی دستگاه عبور میکند، نشان داده نشده است.2018. جعفری، علیرضا.). مدل ما اينجا تموم ميشه
با فرضيه هاي اصلي کل ديوار 7 کیلووات در 6 متر بر ثانیه، 34 کیلووات در 10 متر بر ثانیه و 114 کیلووات در 15 متر بر ثانیه. اندازه فن به ندرت قدرت را تغییر میدهد، زیرا تمام اندازهها حدود 55٪ دیوار را با تیغههای چرخان پوشش میدهند؛ این تعداد قطعات و هزینه را تغییر میدهد. کانالها تنها زمانی برنده میشوند که خروجی هر روتور را بیش از دو برابر کنند، زیرا آنها فضای کمتری برای فنها باقی میگذارند.
چقدر انرژی در یک سال
در یک مکان ثابت، باد هیچگاه ثابت نیست. ما سه مکان را با توزیع استاندارد باد (ریلی) مدل میکنیم: a پشت بام شهر متوسط 4 متر در ثانيه مانع بزرگراه با سرعت 4.5 متر در ثانيه و ساحل ناپدید شده با سرعت 6.5 متر در ثانيه 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).
برای مقیاس، یک توربین معمولی 3 مگاواتی دریایی که با ظرفیت 35٪ کار میکند 3 MW × 8,760 h × 0.35 ≈ 9.2 GWh تولید میکند: حدود 65 دیوار بادگیر ساحلی.
چقدر ميشه؟
ما هر قسمت را بر اساس متر مربع تخمین زدیم: پمپهای آبنبات در $3 to $8 هر کدام از حجم، چارچوبها و شبکه، الکترونیک و نصب روی یک ساختمان موجود. تمام ديوار به هم رسيده $0.76 million to $2.43 میلیون (1.38 ميليون دلار) بدون لوله کشي در طول 20 سال با نرخ تخفیف 7٪، با نگهداری که هزینه هر کیلووات ساعت را میدهد.
يه نگاه صادقانه به اين موضوع: ساختن ديوار فن ها از فن هاي کامپیوتر امروزي در مورد $1.20 per kWh on a windy coast and about $5 تا تو شهر در مورد اصلي هزینههای خورشیدی پشت بام مسکونی $0.12 to $0.28، باد در مقیاس کاربردی $0.03 to $0.07 (لازارد LCOE+, ژوئن 2024; . ايرنا، 2024). به عنوان یک نیروگاه، این مفهوم امروزه رقابت نمیکند.
چي بايد حقيقت داشته باشه
تحقیقاتی برای تغییر اعدادی مثل این وجود داره. در یک سایت ساحلی با ماژولهای لوله کشی و 65٪ زنجیره الکتریکی، هزینه هر کیلووات ساعت بستگی به دو چیز دارد: اینکه هر روتور لوله کشی چقدر خوب باد را تبدیل میکند (کارآمدی مؤثر آن) و اینکه نصب هر متر مربع دیوار چه هزینهای دارد.
| تابع خروجی تابع خروجی | 200 دلار در هر متر مربع | هر متر مربع 400 دلار | 800 دلار در هر متر مربع |
|---|---|---|---|
| 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 |
برنامه تحقيقاتي
| فاز | کارمون چيه؟ | چیزی که ما اندازه گیری می کنیم | هزینه تخمین زده شده |
|---|---|---|---|
| 0. مطالعه | شبیهسازی کامپیوتری شکلهای کانال، طراحی تیغهها و طرحبندی الکتریکی | پیشبینی کارایی و خسارتها | $15k to $30ک |
| 1. Bench tests | 20 روتور استاندارد و 20 روتور سفارشي در تونل باد با سرعت 3 تا 15 متر بر ثانيه | منحنیهای کارایی، سرعت شروع، نویز | $30k to $60کیلوبایت |
| 2. One module | يه ماژول 16 فني با کانال ها و الکترونيک هاي قدرت | کارايي ماژول، يک سال در فضاي باز | $25k to $50k |
| 3. 10 متر مربع | يه پنل پشت بام با دوربين هاي حيات وحش | انرژی، از دست دادن آرایه، موجودی، پرندگان و خفاش ها | $60k to $120k |
| 4. Full wall design | ساختار، گواهینامه، مدل هزینه نهایی | هزینه نصب بر حسب متر مربع، هزینه بر حسب کیلووات ساعت | $50k to $100k |
فازهای 0 تا 3 تقریباً $130,000 to $260000 نیاز دارند. یک دیوار کامل فقط در صورتی معنی دارد که خلبان فرضیه را تأیید کند. تمام هزینههای پژوهش از خزانه بنیاد تأمین میشود که همه چیزهایی را که پروژه نیاز دارد، از آزمایشگاهها و تامینکنندگان تا سرورها و افراد را تأمین میکند؛ اهداءها نمیتوانند برای یک برنامه اختصاص یابند. گزارش فنی کامل، مدل و دادههای آن باز است: دادههای مدل و کد مدل.
چطور ميتوني کمک کني
- تخصصت رو بيار ما به افرادي نياز داريم که آيروديناميک روتورهاي کوچيک، تونل هاي باد، الکترونيک قدرت، مهندسي سازه يا نظارت بر پرندگان رو بلد باشن. یک کار را پیشنهاد کنید.
- يه پشت بام پيشنهاد ميکنم یک سقف مسطح با باد و دسترسی امن میتواند 10 متر مربع خلبان را در خود جای دهد. بهمون بگو کجاست و چقدر احساس تعرض ميکنه
- اطلاعات باد را به اشتراک بگذاريد. اگر ایستگاه هواشناسی روی یک سقف، ساحل یا پل نصب کنید، یک سال اندازهگیری باد به ما کمک میکند تا محل آزمایشی را انتخاب کنیم.
- در خانه امتحان کن يه پمپ آبياري ارزان، يه پل درست کن و يه مولتي متر روي بالکن بادي يه پروژه علمي خوب ميشه ولتاژ و جریان رو در بادها اندازه بگیرین و اعداد رو برایمون بفرستید
- از بنیاد حمایت کن اهداها به خزانه و تمام تحقيقاتمون رو از جمله اين يکي، در حال انجام نگه ميداريم
منابع
- Howey, D.A., Bansal, A. and Holmes, A.S. مشارکتکنندگان ویکیپدیا. (2011). طراحی و اجرای توربین بادی در مقیاس سانتیمتری برای برداشت انرژی. Smart Materials and Structures 20, 085021.
- اوهیا، ای. و کاراسودانی، تی. (2010). یک توربین بادی پوشیده شده که با استفاده از تکنولوژی لنز باد قدرت خروجی بالایی تولید میکند. Energies 3(4), 634-649.
- Dighe, V.V., de Oliveira, G., Avallone, F. and van Bussel, G.J.W. مشارکتکنندگان ویکیپدیا. (2018). بهینه سازی توربین بادی و حساسیت به موقعیت روتور. Wind Energy Science 3, 221-229.
- وبگاه رسمی Carbon Trust (2008). انرژی باد در مقیاس کوچک: بینشهای سیاستی و راهنمایی عملی.
- IGN (2009). وبگاه رسمی شرکت وینیل.
- آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام (2024). Distributed Wind Market Report, 2024 edition: small wind averaged $7,370 per kW installed and a 13% capacity factor in 2023.
- Lazard (ژوئن 2024). هزینه انرژی+.
- IRENA (2024). هزینههای تولید انرژی تجدیدپذیر در سال 2023.
- دیوار ادیسه. مصرف برق در هر خانه، اتحادیه اروپا.
- US Energy Information Administration (2022). مصرف متوسط برق در خانهها.
- خسارت، S.R., Will, T. و Marra، P.P. (2013). این پرنده در مناطق گرمسیری آمریکای جنوبی زندگی میکند. Biological Conservation 168, 201-209.