ફેન વોલ
એક મોટું રોટર, કે સત્તર હજાર નાનાં રોટરો? અમે ચકાસણી કરી રહ્યા છીએ કે શું નાના પવનચક્કીઓની દીવાલ, જેમાંથી દરેક તમારા કોમ્પ્યુટરને ઠંડુ રાખે છે તેટલા જ કદના છે, શહેરની પવનને વીજળીમાં ફેરવી શકે છે. અહીં ગણિત છે, જેમાં એ ભાગો પણ સામેલ છે જે હજુ કામ નથી કરતા.
તમે જે પણ પવન ટર્બાઇન જોયા હશે તે બધા એક જ તર્ક અનુસરતા હોય છે: શક્ય એટલું મોટું રોટર બનાવો, તેને શક્ય એટલી ઊંચાઈ પર મૂકો અને તેના મોટાં બ્લેડ્સને આકાશમાં ફેલાવવા દો. તે અદ્ભુત રીતે કામ કરે છે. તેને માટે ક્રેન, રસ્તાઓ, ખુલ્લી જમીન, વર્ષો સુધીની પરવાનગીઓની જરૂર પડે છે અને તે પક્ષીઓને પણ મારી નાખે છે. અમે વિપરીત વિચારને ચકાસવા માંગીએ છીએ.
વિચાર
કમ્પ્યુટરને ઠંડુ રાખવા માટેનો નાનો અક્ષીય પવનકૂંડો લો. તેને પાછળથી ચલાવો: હવાને રોટર ફેરવવા દો, અને અંદરનું બ્રશલેસ મોટર એક નાનકડું જન્મીટર બની જાય છે. 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.
If one fan breaks, the wall loses one hundred-thousandth of its output, and anyone with a screwdriver can replace it. મોડ્યુલો સામાન્ય પેકેજોમાં જહાજ કરે છે. તેઓ છતની બાજુએ બેસી શકે છે, બિલ્ડિંગના ખૂણા પર ચડી શકે છે અથવા હાઈવે પર અવાજને અટકાવતી પેનલ્સ બદલી શકે છે.
જ્યાં તે ઝળહળી શકે
પક્ષીઓ અને વ્હેલ. મોટા ટર્બિન વન્યજીવો માટે એક વાસ્તવિક સમસ્યા છે: અંદાજે 140,000થી 328,000 પક્ષીઓ દર વર્ષે માત્ર સંયુક્ત રાજ્યોમાં મોનોપોલ ટર્બિન પર મરે છે (નુકસાન, વચન અને મરા, 2013). 150 m રોટર 10 rpm પર ફરતું હોય તો તેના બ્લેડની ટોપલી π × 150 m × 10 / 60 s ≈ 79 m/s પર ખસેડે છે. 10 મિલીમીટર મેશની પાછળ 120 મિલિમીટરનો પવન ફૂંકાય છે અને તે ચાલતી ગતિએ તેની ટોપીઓ ફેરવે છે. મેશ્ડ માઇક્રો-ફેન વોલ્સ સાથે કીડીઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું કોઈએ હજુ સુધી માપ લીધું નથી, તેથી આ માપન અમારા કાર્યક્રમનો ભાગ છે.
સાઇટિંગ. પવનની ઝડપ વધે છે જ્યાં તે દબાણમાં હોય છે: છતની બાજુ પર, બિલ્ડીંગના ખૂણાની આસપાસ, રસ્તાની કેનિયન સાથે. એક મોટું રોટર એ ક્ષેત્રોનું અનુસરણ કરી શકતું નથી. મોડ્યુલર એરે તેમને ચોક્કસપણે આવરી શકે છે.
લોજિસ્ટિક્સ અને જાળવણી કોઈ ક્રેન નહીં, કોઈ સ્પેશિયાલિસ્ટ નહીં, કોઈ ખાસ પરિવહન નહીં. આખી 1800 ચોરસ મીટરની દીવાલ લગભગ 1700 કાર્ટન, ચાર કે પાંચ શિપિંગ કન્ટેનરમાં ફરે છે.
પવન અને સૂર્ય સાથે મળીને. પવન ઘણીવાર રાત્રે અને શિયાળામાં ફૂંકાય છે, જ્યારે સોલાર પેનલ નબળી હોય છે. એક જ બિલ્ડિંગ પર આ બંને એકબીજાને પૂરક બની શકે છે.
ભૌતિકશાસ્ત્ર, ગણિત સાથે
વિસ્તાર A માંથી પવન દ્વારા લઇ જવામાં આવતી શક્તિ P = ½ ρ A v³ છે, જ્યાં ρ = 1.225 kg/m³ હવાનું ઘનત્વ અને v પવનની ઝડપ છે. 6 m/s પર એક ચોરસ મીટર ½ × 1.225 × 6³ ≈ 132 W ધરાવે છે; 12 m/s પર તે 1,058 W, આઠ ગણું વધારે ધરાવે છે.
કોઈ રોટર એને પૂરી રીતે પકડતું નથી, કારણ કે હવાએ રસ્તો છોડવો જ પડશે. Betz મર્યાદા કહે છે કે ખુલ્લો રોટર તેના દ્વારા વહેતી શક્તિની વધુમાં વધુ 16/27 ≈ 59% ની બહાર કાઢી શકે છે.
એક નાનું રોટર મોટું રોટર નથી હોતું. ભૌતિકશાસ્ત્ર બદલાય છે.
આ છે પહેલો સાચો પ્રશ્ન. 120 મિલીમીટરના ફેન બ્લેડની કોર્ડ લગભગ2સે.મી.ની હોય છે. 6 m/s પર તેની રેનોલ્ડ્સ સંખ્યા Re = v × c / ν ≈ 6 × 0.02 / 0.000015 ≈ 8,000 છે, એક રાજાશાહી જ્યાં બ્લેડ્સ તેમના લિવિંગનું મોટાભાગનું ગુમાવે છે. ઈમ્પિરિયલ કોલેજમાં ટર્બિન તરીકે ડિઝાઈન કરેલા2સેમી રોટરની ક્ષમતા લગભગ9ટકા સુધી પહોંચી ગઈ છે (Howey, Bansal and Holmes, 2011). કમ્પ્યુટરના પંખા હવાને ધકેલી દે છે, એથી ધકેલી લેવામાં આવતા નથી. તેથી અમે રોટરની કાર્યક્ષમતા 5% (નકારાત્મક), 10% (કેન્દ્રીય) અથવા 20% (આશાવાદી) અને ફેનથી ગ્રીડ સુધીની ઇલેક્ટ્રિક ચેનલ 40, 55 અથવા 70% ગણીએ છીએ.
ડ્યુકટ્સ મદદ કરી શકે છે. ક્યુશુ યુનિવર્સિટીમાં વિકસિત થયેલ વિશાળ પારદર્શકતાવાળા “વાયુ લેન્સ” સાથેનું ડિફ્યુઝર, એ જ પરિમાણના રોટરની શક્તિને લગભગ2થી5વખત ગુણાકાર કરે છે (ઓહિયા અને કારાસુદાની, 2010). પરંતુ એક ડાક ફ્રન્ટલ જગ્યા લે છે: ઉપકરણના ફ્રન્ટલ વિસ્તારને ક્રોસ કરતી પાવરની આશરે અડધી કરતાં વધુનું ઉત્પાદન પ્રદર્શિત કરવામાં આવ્યું નથી (Dighe et al., 2018). અમારું મોડેલ આના પર જ અટકે છે.
કેન્દ્રીય ધારણાઓ સાથે સમગ્ર દીવાલ બનાવે છે 6 m/s પર7kW, 10 m/s પર 34 kW અને 15 m/s પર 114 kW. ફેનનું કદ પાવરને બદલતું નથી, કારણ કે બધા કદ સ્પીનીંગ બ્લેડ્સ સાથે દીવાલના 55% ને આવરી લે છે; તે ભાગોની ગણતરી અને ખર્ચને બદલે છે. ડ્યુકટ્સ માત્ર ત્યારે જ જીતે છે જો તેઓ દરેક રોટરનું ઉત્પાદન બમણા કરતા વધારે હોય, કારણ કે તેઓ ઓછા પ્રેક્ષકો માટે જગ્યા છોડે છે.
વર્ષમાં કેટલી ઊર્જા
કોઈપણ જગ્યાએ પવન ક્યારેય નિયંત્રિત નથી હોતો. અમે પ્રમાણભૂત (રેલી) પવન વિતરણ સાથે ત્રણ સાઇટ્સનું મોડેલ બનાવ્યું છે: શહેરની છત સરેરાશ 4 m/s,a હાઇવે અવરોધ 4.5 m/s અને પ્રકાશિત દરિયાકિનારો 6.5 m/s પર ખરેખર શહેરી પવન નબળો છે: યુકે કાર્બન ટ્રસ્ટે થોડા બિલ્ડિંગ સાઇટ્સને5મીટર પ્રતિ સેકન્ડ સુધી પહોંચતા જોયા (કાર્બન ટ્રસ્ટ, 2008) અને વોરવિક વિન્ડ ટ્રાયલમાં 26 બિલ્ડિંગ-માઉન્ટેડ માઇક્રો ટર્બિનનો સરેરાશ ક્ષમતા ગુણોત્તર 0.85 ટકા હતો (એન્ક્રાફ્ટ, 2009).
માપદંડ માટે, એક સામાન્ય3મેગાવોટ ઓનશોર ટર્બિન ક્ષમતાનાં 35 ટકા પરિબળ પર ચાલે છે અને વર્ષમાં 3 MW × 8,760 h × 0.35 ≈ 9.2 GWh ઉત્પાદન કરે છે: લગભગ 65 દરિયાકિનારાનાં ફેન વોલ્સ જેટલું.
તેનો ખર્ચ કેટલો હશે
અમે એક ચોરસ મીટરના દરેક ભાગનું મૂલ્યાંકન કર્યું: $3 to $8 એકમોની ક્ષમતા, ફ્રેમ અને મેશ, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને હાલની ઈમારત પર સ્થાપિત કરવા માટે. આખી દીવાલ $0.76 million to $2.43 મિલિયન (કેન્દ્રીય $1.38 મિલિયન) માં આવે છે, ડ્યુકટ્સ વિના. 20 વર્ષમાં7ટકા ડિસ્કાઉન્ટ દરે વિતરણ, જાળવણી સાથે, જે દરેક કિલોવોટ-કલાકનો ખર્ચ આપે છે.
આત્મવિશ્વાસથી વાંચવું: આજના કોમ્પ્યુટરના ચાહકોમાંથી બનાવેલ, ફેન વોલ ખર્ચ કરે છે વિશે $1.20 per kWh on a windy coast and about $શહેરમાં 5 કેન્દ્રીય કેસમાં. રહેણાંક છત પર સોલાર ખર્ચ $0.12 to $0.28, ઉપયોગિતા-સ્કેલ પવન $0.03 to $0.07 (Lazard LCOE+, જૂન 2024; IRENA, 2024). આજે પાવર પ્લાન્ટ તરીકે આ ખ્યાલ સ્પર્ધા નથી કરી શકતો.
શું સાચું હોવું જોઈએ
આવા આંકડાઓ બદલવા માટે સંશોધન ચાલે છે. ડ્યુકેટ મોડ્યુલો અને 65 ટકા ઇલેક્ટ્રિક ચેન ધરાવતી દરિયાકિનારી પરની જગ્યાએ પ્રતિ કિલોવોટ-કલાકનો ખર્ચ બે બાબતો પર આધારિત છે, જે આપણે કામ કરી શકીએ છીએ: દરેક ડ્યુકેટ રોટર પવનને કેવી રીતે પરિવર્તિત કરે છે (તેની અસરકારક કાર્યક્ષમતા) અને એક ચોરસ મીટર દીવાલ સ્થાપિત કરવાનો ખર્ચ કેટલો છે.
| અસરકારક દોરીયા રોટર કાર્યક્ષમતા | $200 પ્રતિ m² | $400 પ્રતિ m² | $800 પ્રતિ m² |
|---|---|---|---|
| 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 |
સંશોધન કાર્યક્રમ
| ફેઝ | અમે શું કરીએ છીએ | આપણે શું માપીએ છીએ | અંદાજિત ખર્ચ |
|---|---|---|---|
| 0. ડેસ્ક અભ્યાસ | ડાક આકારો, બ્લેડ ડિઝાઇન અને ઇલેક્ટ્રિકલ લેઆઉટનું કોમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન | અગાઉની કાર્યક્ષમતા અને નુકસાન | $15k to $30k |
| 1. Bench tests | 20 ઓફ-ધ-શેલ્ફ અને3થી 15 મીટર પ્રતિ સેકન્ડની ઝડપે પવન ટર્બાઇનમાં 20 કસ્ટમ રોટર્સ | કાર્યક્ષમતા વળાંક, શરૂઆત-અપ ઝડપ, અવાજ | $30k to $60k |
| 2. એક મોડ્યુલ | 16-ફેન મોડ્યુલ ડ્યુકટ અને પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સાથે | મોડ્યુલ કાર્યક્ષમતા, એક વર્ષ બહાર | $25k to $50k |
| 3. 10 m² પાયલોટ | વન્યજીવ કેમેરા સાથેની છત પરની પેનલ | ઊર્જા, એરે નુકસાન, ઉપલબ્ધતા, પક્ષીઓ અને વ્હેલ | $60k to $120k |
| 4. સંપૂર્ણ દીવાલ ડિઝાઇન | માળખું, પ્રમાણપત્ર, અંતિમ ખર્ચ મોડેલ | પ્રતિ m² સ્થાપિત ખર્ચ, kWh પ્રતિ ખર્ચ | $50k to $100k |
ફેઝ0થી3ને લગભગ $130,000 to $260,000 ની જરૂર છે. જો પાયલોટ આ ધારણાને પુષ્ટિ આપે તો જ પૂરી દીવાલનો અર્થ થાય છે. તમામ સંશોધનનું ભંડોળ ફાઉન્ડેશનના ખજાનામાંથી આપવામાં આવે છે, જે પ્રયોગશાળા અને સપ્લાયર્સથી લઈને સર્વર અને લોકો સુધી પ્રોજેક્ટની જરૂરિયાતો માટે બધું જ ભંડોળ પૂરું પાડે છે; દાન એક કાર્યક્રમ માટે બચાવી શકાતું નથી. સંપૂર્ણ ટેકનિકલ અહેવાલ, મોડેલ અને તેની માહિતી ખુલ્લી છે: મોડેલ માહિતી અને મોડેલ કોડ.
તમે કેવી રીતે મદદ કરી શકો છો
- તમારી કુશળતા લાવજો. આપણને એવા લોકોની જરૂર છે જે નાના રોટર વાયુગતિક, પવન ટર્બાઇન, પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, માળખાકીય એન્જિનિયરિંગ અથવા પક્ષી મોનિટરિંગ જાણે છે. કાર્યની ઓફર કરો.
- છતની ઓફર કરો. સુરક્ષિત પ્રવેશ સાથેની હવાઈ ફ્લેટ શેડ 10 ચોરસ મીટરના પાયલોટને આમંત્રણ આપી શકે છે. અમને કહી દો કે તે ક્યાં છે અને તેને કેટલો અંધકાર લાગે છે.
- પવનની માહિતી વહેંચો. જો તમે છત, દરિયાકિનારા અથવા પુલ પર હવામાન સ્ટેશન ચલાવો છો, તો એક વર્ષ સુધી પવનનું માપન કરવાથી અમને પાયલોટ સાઇટ પસંદ કરવામાં મદદ મળે છે.
- ઘરે જ ચકાસો. સસ્તો પાણીથી બચતો પવન, પુલ રિક્ટિફાયર અને હવાદાર બાલ્કનીમાં મલ્ટીમીટર એક સારો વિજ્ઞાન પ્રોજેક્ટ બનાવે છે. વિવિધ પવનોમાં વોલ્યુમ અને વોલ્ટેજ માપો અને અમને આંકડા મોકલો.
- ફાાઉન્ડેશનને મદદ કરો. દાન ટ્રેઝરી અને આ સંશોધન સહિત આપણું બધું જ સંશોધન ચાલુ રાખીએ.
સ્ત્રોતો
- હોવે, ડી.એ., બાંસલ, એ. અને હોમ્સ, એસ. (2011). ઊર્જા ઉત્પાદન માટે સેન્ટીમીટરના માપદંડ પર શર્વેડ પવન ટર્બાઇનનું ડિઝાઇન અને કાર્યક્ષમતા. સ્માર્ટ મેટેરીઅલ્સ એન્ડ સ્ટ્રક્ચર્સ 20, 085021.
- ઓહિયા, વાય. અને કરાસુદાની, ટી. (2010). વિન્ડ-લેન્સ ટેકનોલોજી સાથે ઉચ્ચ ઊર્જા ઉત્પન્ન કરતી શર્વેડ પવન ટર્બાઇન. એનર્જીઝ 3(4), 634-649.
- ડિગે, વ.વી., ડી ઓલિવેરા, જી., એવાલોને, એફ. અને વાન બુસેલ, જી.જે.ડબલ્યુ. (2018). ડ્યુકટેડ પવન ટર્બાઇનનું અનુકૂલન અને રોટરની સ્થિતિ પ્રત્યે સંવેદનશીલતા. પવન ઉર્જા વિજ્ઞાન 3, 221-229.
- કાર્બન ટ્રસ્ટ (2008). નાના પાયે પવન ઉર્જા: નીતિગત સમજણ અને વ્યવહારિક માર્ગદર્શન.
- એન્ક્રાફ્ટ (2009). વોરવિક વિન્ડ ટ્રાયલ્સ અંતિમ અહેવાલ.
- પેસિફિક નોર્થવેસ્ટ નેશનલ લેબોરેટરી (2024) ડિસ્ટ્રીબ્યુટેડ વિન્ડ માર્કેટ રિપોર્ટ, 2024નું સંસ્કરણ: વર્ષ 2023 સુધીમાં સ્થાપિત પ્રતિ કિલોવોટ સરેરાશ પવન ઊર્જા 7,370 ડોલર અને ક્ષમતાનો 13 ટકા ઘટક હશે.
- લાઝર્ડ (જુન 2024). ઊર્જાનો સ્તરિત ખર્ચ+.
- આઇરેના (2024). વર્ષ 2023માં નવીનીકરણીય ઉર્જા ઉત્પાદનનો ખર્ચ.
- ઓડિસી દીવાલ દર ઘરે વીજળીનો વપરાશ, યુરોપિયન સંઘ.
- અમેરિકન ઊર્જા માહિતી વહીવટીતંત્ર (2022) સરેરાશ રહેણાંક વીજળીનો વપરાશ.
- લોસ, એસ.આર., વિલ, ટી. અને મરા, પી.પી. (2013). સંયુક્ત રાષ્ટ્રમાં પવન સુવિધાઓ પર પક્ષીઓની અથડામણના મૃત્યુદરનું અનુમાન. જૈવ સંરક્ષણ 168, 201-209.