ជញ្ជាំងខ្យល់
មួយ rotor ធំ, ឬមួយរយពាន់តូច? យើងកំពុងសាកល្បងថាតើជញ្ជាំងនៃអ្នកគាំទ្រតូចមួយ, ទំហំនីមួយៗនៃមួយ cooling កុំព្យូទ័ររបស់អ្នក, អាចប្តូរខ្យល់ទីក្រុងទៅជាអគ្គិសនី. នៅទីនេះគឺគណិតវិទ្យា, រួមទាំងផ្នែកដែលមិនធ្វើការនៅឡើយទេ.
Every wind turbine you have ever seen follows the same logic: build one rotor as large as possible, put it as high as possible, and let the enormous blades sweep the sky. It works brilliantly. វាក៏ត្រូវការកង់ដឹកទំនិញ ផ្លូវ ដីបើកចំហ អាជ្ញាប័ណ្ណជាច្រើនឆ្នាំ និងវាសម្លាប់សត្វបក្សីផងដែរ ។ We want to test the opposite idea.
គំនិត
Take the small axial fan that cools a computer. Run it backwards: let the wind turn the rotor, and the brushless motor inside becomes a tiny generator. ដាក់ពួកគេដប់ប្រាំមួយនាក់ក្នុងម៉ូឌុលទំហំដូចជាប្រអប់ភីហ្សា ផ្ដល់ឲ្យគ្នាទៅវិញទៅមកនូវបំពង់ដែលមានរាងជារង្វង់ ដែលបង្កើនល្បឿនខ្យល់ និងគ្របជញ្ជាំងជាមួយនឹងម៉ូឌុលរាប់ពាន់ ។
If one fan breaks, the wall loses one hundred-thousandth of its output, and anyone with a screwdriver can replace it. The modules ship in ordinary parcels. ពួកគេអាចអង្គុយនៅលើកំពូលដំបូល, ឡើងទៅជ្រុងនៃអគារឬជំនួសបន្ទះនៃជញ្ជាំងសំឡេងផ្លូវ.
កន្លែងដែលវាអាចរះ
សត្វបក្សីនិងកណ្តុរ។ ម៉ាស៊ីនធំគឺជាបញ្ហាពិតប្រាកដសម្រាប់សត្វព្រៃ: ការប៉ាន់ប្រមាណ 140,000 ទៅ 328,000 សត្វស្លាបស្លាប់ជារៀងរាល់ឆ្នាំនៅម៉ាស៊ីន monopole នៅសហរដ្ឋអាមេរិកតែមួយ (ការបាត់បង់, នឹងនិង Marra, 2013) ។ 150 m rotor បង្វិលនៅ 10 rpm ផ្លាស់ទីចំណុចប្រសព្វរបស់វានៅ π × 150 m × 10 / 60 s ≈ 79 m/s ។ 120 មមអ្នកគាំទ្រនៅពីក្រោយ 10 មមក្រវ៉ាត់ប្តូរចំណុចរបស់ខ្លួននៅល្បឿនដើរ. គ្មាននរណាម្នាក់បានវាស់ទំហំនៃការផ្លាស់ប្ដូររវាងសត្វបក្សីជាមួយនឹងជញ្ជាំងខ្នាតតូចដែលមានក្រឡាចត្រង្គនៅឡើយទេ ដូច្នេះការវាស់ទំហំរបស់វាគឺជាផ្នែកមួយនៃកម្មវិធីរបស់យើង។
Siting. ខ្យល់បង្កើនល្បឿនឡើងនៅកន្លែងដែលវាត្រូវបានចុច: លើកំពូលដំបូល, នៅជុំវិញជ្រុងនៃអគារមួយ, តាមបណ្តោយផ្លូវទន្លេមួយ. A giant rotor cannot follow those zones. A modular array can cover exactly them.
ការដឹកជញ្ជូននិងថែទាំ។ គ្មានកង់ទេគ្មានអ្នកជំនាញទេគ្មានការដឹកជញ្ជូនពិសេសទេ។ ទាំងមូលមួយ 1,800 m² ជញ្ជាំងសមនៅក្នុងអំពី 1,700 កាបូប, បួនឬប្រាំធុងដឹកជញ្ជូន.
ខ្យល់និងព្រះអាទិត្យរួមគ្នា។ ខ្យល់ជាញឹកញាប់បក់នៅយប់និងរដូវរងារនៅពេលដែលបន្ទះសៀគ្វីសកលគឺខ្សោយ។ លើអគារតែមួយនេះ ទាំងពីរអាចបំពេញគ្នាទៅវិញទៅមក ។
រូបវិទ្យាជាមួយនឹងគណិតវិទ្យា
The power carried by wind through an area A is P = ½ ρ A v³, where ρ = 1.225 kg/m³ is the density of air and v the wind speed. The cube is everything: at 6 m/s one square metre carries ½ × 1.225 × 6³ ≈ 132 W; at 12 m/s it carries 1,058 W, eight times more.
No rotor can catch all of it, because the air must keep moving out of the way. ដែនកំណត់ Betz ថារង្វិលជុំបើកអាចស្រង់ចេញបានច្រើនបំផុត 16/27 ≈ 59% នៃថាមពលដែលហូរកាត់វា ។
A tiny rotor is not a small big rotor. The physics changes.
Here is the first honest problem. 120 មមកាំបិតមានខ្សែស្រឡាយនៃប្រហែល2សង់ទីម៉ែត្រ. នៅ6ម / វិនាទីចំនួន Reynolds របស់វាគឺ Re = v × c / ν ≈ 6 × 0.02 / 0.000015 ≈ 8,000, របបដែល Blades បាត់បង់ភាគច្រើននៃការលើករបស់ពួកគេ. 2 សង់ទីម៉ែត្រ rotor បានរចនាឡើងជាម៉ាស៊ីននៅ Imperial College បានឈានដល់សមាមាត្រថាមពលនៃប្រហែល 9% (Howey, Bansal និង Holmes, 2011) ។ Computer fans are shaped to push air, not to be pushed by it. ដូច្នេះយើងសន្មត់ថាប្រសិទ្ធភាព rotor នៃ 5% (អវិជ្ជមាន), 10% (កណ្តាល) ឬ 20% (ល្អ), និងខ្សែអគ្គិសនីពីអ្នកគាំទ្រទៅក្រឡាចត្រង្គនៃ 40, 55 ឬ 70%.
Ducts can help. ឧបករណ៍បំបែកដែលមានខ្នើយទូលំទូលាយ “កែវខ្យល់” ដែលអភិវឌ្ឍន៍នៅសាកលវិទ្យាល័យ Kyushu បានពង្រីកថាមពលនៃរទេះរុញដែលមានអង្កត់ផ្ចិតដូចគ្នាដោយប្រហែល2ទៅ5(Ohya និង Karasudani, 2010) ។ ប៉ុន្តែបំពង់មួយត្រូវការចន្លោះខាងមុខ: ការដកស្រង់ច្រើនជាងពាក់កណ្តាលនៃថាមពលឆ្លងកាត់តំបន់ខាងមុខរបស់ឧបករណ៍មិនបានត្រូវបានបង្ហាញ (Dighe et al ។, 2018) ។ Our model caps it there.
ជាមួយនឹងការសន្មត់កណ្តាលជញ្ជាំងទាំងមូលធ្វើឱ្យ 7 គីឡូវ៉ាត់នៅ6ម៉ែត្រ/វិនាទី, 34 គីឡូវ៉ាត់នៅ 10 ម៉ែត្រ/វិនាទីនិង 114 គីឡូវ៉ាត់នៅ 15 ម៉ែត្រ/វិនាទី. ទំហំ fan ស្ទើរតែមិនផ្លាស់ប្តូរថាមពលទេចាប់តាំងពីទំហំទាំងអស់គ្របដណ្តប់លើ 55% នៃជញ្ជាំងជាមួយកាំបិតបង្វិល; វាផ្លាស់ប្តូរចំនួនផ្នែកនិងតម្លៃ។ Ducts only win if they more than double each rotor’s output, because they leave room for fewer fans.
ថាមពលប៉ុន្មានក្នុងមួយឆ្នាំ
Wind at a site is never constant. យើងបានបង្កើតគំរូនៃតំបន់បីដែលមានការចែកចាយខ្យល់ស្តង់ដារ (Rayleigh): ផ្ទះល្វែងទីក្រុង មធ្យម4ម៉ែត្រ / វិនាទី, ជញ្ជាំងផ្លូវល្បឿនលឿន នៅ 4.5 ម៉ែត្រ / វិនាទីនិង ឆ្នេរសមុទ្រដែលបង្ហាញ នៅ 6.5 ម៉ែត្រ / វិនាទី។ ខ្យល់ទីក្រុងពិតប្រាកដគឺទន់: កាបូន Trust របស់ចក្រភពអង់គ្លេសបានរកឃើញតំបន់សាងសង់តិចតួចដែលឈានដល់5ម / វិនាទី (Carbon Trust, 2008), និង 26 ធុងមីក្រូដែលបានដំឡើងនៅក្នុងការសាកល្បងខ្យល់ Warwick មានមធ្យមកត្តាសមត្ថភាពនៃ 0.85% (Encraft, 2009) ។
សម្រាប់វិសាលភាពមួយធម្មតា3MW លើដីរត់នៅកត្តាសមត្ថភាព 35% ផលិត 3 MW × 8,760 h × 0.35 ≈ 9.2 GWh ក្នុងមួយឆ្នាំ: ច្រើនជាងជញ្ជាំងកង្ហារឆ្នេរសមុទ្រ 65 ។
តម្លៃដែលវានឹងត្រូវចំណាយ
យើងបានប៉ាន់ប្រមាណថាផ្នែកនីមួយៗក្នុងមួយម៉ែត្រការ៉េ: អ្នកគាំទ្រទឹកនៅ $3 to $8 រៀងរាល់នៅក្នុងទំហំ, ស៊ុមនិង Mesh, អេឡិចត្រូនិកនិងដំឡើងលើអគារដែលមានស្រាប់។ ជញ្ជាំងទាំងមូលមកដល់ $0.76 million to $2.43 លាន (កណ្តាល $1.38 លាន) ដោយគ្មានបំពង់. រីករាលដាលជាង 20 ឆ្នាំនៅអត្រាបញ្ចុះតម្លៃ 7%, ជាមួយនឹងការថែទាំ, ដែលផ្តល់នូវតម្លៃនៃគីឡូវ៉ាត់ម៉ោងនីមួយៗ.
ការអានដោយស្មោះត្រង់: កសាងឡើងពីអ្នកគាំទ្រកុំព្យូទ័រសព្វថ្ងៃ, Fan Wall មានតម្លៃ ប្រហែល $1.20 per kWh on a windy coast and about $5 ក្នុងទីក្រុង នៅក្នុងករណីកណ្តាល. តម្លៃថាមពលព្រះអាទិត្យលើដំបូលលំនៅដ្ឋាន $0.12 to $0.28, ខ្យល់វិសាលភាពឧបករណ៍ $0.03 to $0.07 (Lazard LCOE+, ខែមិថុនាឆ្នាំ 2024; IRENA, 2024) ។ ជារោងចក្រថាមពល គំនិតនេះមិនប្រកួតប្រជែងថ្ងៃនេះទេ ។
អ្វីដែលត្រូវតែជាការពិត
ការស្រាវជ្រាវមានដើម្បីផ្លាស់ប្ដូរចំនួនដូចនេះ ។ នៅលើតំបន់ឆ្នេរសមុទ្រជាមួយនឹងម៉ូឌុល ducted និងខ្សែអគ្គិសនីមួយ 65% តម្លៃក្នុងមួយ kWh អាស្រ័យលើរឿងពីរដែលយើងអាចធ្វើការលើ: តើ rotor ducted នីមួយៗបម្លែងខ្យល់យ៉ាងដូចម្តេច (ប្រសិទ្ធភាពមានប្រសិទ្ធិភាព) និងអ្វីដែលម៉ែត្រការ៉េនៃជញ្ជាំងចំណាយដែលបានដំឡើង.
| គុណភាព rotor ducted មានប្រសិទ្ធភាព | $200 ក្នុងមួយ ម៉ែត្រការ៉េ | $400 ក្នុងមួយ ម៉ែត្រការ៉េ | $800 ក្នុងមួយម៉ែត្រការ៉េ |
|---|---|---|---|
| 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 |
កម្មវិធីស្រាវជ្រាវ
| ដំណាក់កាល | អ្វីដែលយើងធ្វើ | អ្វីដែលយើងវាស់ | តម្លៃដែលបានប៉ាន់ប្រមាណ |
|---|---|---|---|
| 0. ការសិក្សាតុ | ការក្លែងធ្វើកុំព្យូទ័រនៃរាងបំពង់ រចនាធ្នឹម និងប្លង់អគ្គិសនី | ភាពមានប្រសិទ្ធភាព និងការបាត់បង់ដែលបានព្យាករណ៍ | $15k to $30 គីឡូបៃ |
| 1. ការសាកល្បងរបស់ក្រុម | 20 នៅលើគ្រែនិង 20 rotor ផ្ទាល់ខ្លួននៅក្នុងរថភ្លើងខ្យល់ពី3ទៅ 15 ម៉ែត្រ / វិនាទី | ខ្សែកោងប្រសិទ្ធភាព ល្បឿនចាប់ផ្ដើម សំឡេងរំខាន | $30k to $60k |
| 2. ម៉ូឌុលមួយ | ម៉ូឌុលអ្នកគាំទ្រ 16 ជាមួយបំពង់ និងអេឡិចត្រូនិកថាមពល | ភាពមានប្រសិទ្ធភាពម៉ូឌុល, មួយឆ្នាំនៅខាងក្រៅ | $25k to $50k |
| 3. 10 ម៉ែត្រការ៉េសាកល្បង | បន្ទះដំបូលដែលមានឧបករណ៍ជាមួយម៉ាស៊ីនថតសត្វព្រៃ | ថាមពល, ការបាត់បង់អារេ, ភាពអាចរកបាន, សត្វបក្សី និងកណ្តុរ | $60k to $120 គីឡូបៃ |
| 4. ការរចនាជញ្ជាំងពេញលេញ | រចនាសម្ព័ន្ធ, ការទទួលស្គាល់, គំរូតម្លៃចុងក្រោយ | តំលៃដំឡើងក្នុងមួយ m², តម្លៃក្នុងមួយ kWh | $50k to $100 គីឡូ |
ដំណាក់កាល0ទៅ3ត្រូវការប្រហែល $130,000 to $260,000 ។ A full wall only makes sense if the pilot confirms the hypothesis. ការស្រាវជ្រាវទាំងអស់ត្រូវបានបង់ពីមូលនិធិរបស់មូលនិធិដែលផ្តល់ថវិកាគ្រប់យ៉ាងដែលគម្រោងត្រូវការ ចាប់ពីមន្ទីរពិសោធន៍ និងអ្នកផ្គត់ផ្គង់ទៅម៉ាស៊ីនបម្រើ និងមនុស្ស; ការបរិច្ចាគមិនអាចត្រូវបានរក្សាទុកសម្រាប់កម្មវិធីមួយប៉ុណ្ណោះទេ ។ របាយការណ៍បច្ចេកទេសពេញលេញ, គំរូនិងទិន្នន័យរបស់វាគឺបើក: ទិន្នន័យគំរូ និង កូដគំរូ ។
តើអ្នកអាចជួយបានយ៉ាងណា
- នាំយកជំនាញរបស់អ្នក. យើងត្រូវការមនុស្សដែលដឹង aerodynamics ខ្នាតតូច, ផ្លូវដែកខ្យល់, អេឡិចត្រូនិកថាមពល, វិស្វកម្មរចនាសម្ព័ន្ធឬការត្រួតពិនិត្យសត្វបក្សី. ផ្ដល់ភារកិច្ច.
- ផ្តល់ជូន rooftop. ដំបូលរាបស្មើខ្យល់ជាមួយនឹងការចូលដំណើរការសុវត្ថិភាពអាចជាម្ចាស់នៃអ្នកបើកបរ 10 ម៉ែត្រការ៉េ។ ប្រាប់យើងថាវានៅកន្លែងណា និងមានភាពបង្ហាញយ៉ាងដូចម្តេច ។
- ចែករំលែកទិន្នន័យខ្យល់ ។ ប្រសិនបើអ្នករត់ស្ថានីយ៍អាកាសធាតុលើដំបូល ឆ្នេរ ឬស្ពាន មួយឆ្នាំនៃការវាស់វែងខ្យល់ជួយយើងជ្រើសតំបន់សាកល្បង ។
- សាកល្បងនៅផ្ទះ។ ម៉ាស៊ីនត្រជាក់ទឹកថោកមួយ, ស្ពាន rectifier និង multimeter នៅ balcony ខ្យល់ធ្វើឱ្យគម្រោងវិទ្យាសាស្រ្តល្អ។ Measure voltage and current at different winds and send us the numbers.
- គាំទ្រ មូលនិធិ. ការ បរិច្ចាគ ទៅ រដ្ឋបាល និង រក្សា ការ ស្រាវជ្រាវ របស់យើង ទាំងអស់, រួមទាំង នេះ មួយ, ផ្លាស់ ប្តូរ.
ប្រភព
- Howey, ដា, Bansal, មួយនិង Holmes, សហរដ្ឋអាមេរិក (2011). ការរចនានិងប្រតិបត្ដិការនៃទុយោខ្យល់ដែលមានទំហំសង់ទីម៉ែត្រសម្រាប់ប្រមូលផលថាមពល។ សម្ភារៈនិងរចនាសម្ព័ន្ធឆ្លាត 20, 085021.
- អូហៃយ៉ា, យី. និង Karasudani, ធី. (2010). ម៉ាស៊ីនអគ្គិសនីខ្យល់ដែលបានបិទជិតបង្កើតថាមពលខ្ពស់ជាមួយនឹងបច្ចេកវិទ្យាកែវខ្យល់ ។ ថាមពល 3(4), 634-649.
- Dighe, V.V., ដឺ Oliveira, G., Avallone, F. និង Van Bussel, G.J.W. (2018). ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនៃម៉ាស៊ីនខ្យល់និងភាពស៊ាំទៅនឹងទីតាំង rotor ។ វិទ្យាសាស្រ្តថាមពលខ្យល់3, 221-229.
- កាបូន Trust (2008) ។ ថាមពលខ្យល់កម្រិតតូច: ចំណេះដឹងអំពីគោលនយោបាយនិងការណែនាំជាក់ស្តែង ។
- វណ្ណា (2009) ។ Warwick ព្យុះការសាកល្បងរបាយការណ៍ចុងក្រោយ.
- Pacific Northwest National Laboratory (2024). របាយការណ៍ទីផ្សារខ្យល់ដែលបានចែកចាយ, កំណែឆ្នាំ 2024: ខ្យល់តូចមានមធ្យម $7,370 ក្នុងមួយគីឡូវ៉ាត់ម៉ោងដែលបានដំឡើងនិងកត្តាសមត្ថភាព 13% នៅឆ្នាំ 2023 ។
- Lazard (ខែមិថុនា ឆ្នាំ 2024) ។ តម្លៃថាមពលបានកើនឡើង ។
- IRENA (2024). ការចំណាយលើការបង្កើតថាមពលកកើតឡើងវិញក្នុងឆ្នាំ 2023 ។
- ជញ្ជាំងអូឌីស ការប្រើប្រាស់អគ្គិសនីក្នុងមួយលំនៅដ្ឋាន, សហភាពអឺរ៉ុប.
- រដ្ឋបាលព័ត៌មានថាមពលសហរដ្ឋអាមេរិក (2022) ។ ការប្រើអគ្គិសនីជាមធ្យម.
- បាត់បង់, S.R., នឹង, T. និង Marra, P.P. (2013). ការប៉ាន់ប្រមាណនៃចំនួនអ្នកស្លាប់ដោយសារគ្រោះថ្នាក់ចរាចរណ៍សត្វបក្សីនៅទីកន្លែងដែលមានខ្យល់នៅក្នុងសហរដ្ឋអាមេរិកជាប់គ្នា. ការថែរក្សាជីវសាស្រ្ត 168, 201-209.