Niektóre języki na tej stronie mogą być tłumaczone maszynowo i zawierać błędy. Pomóż go ulepszyć Przeczytaj oryginał w języku angielskim
Morskie turbiny wiatrowe stoją w fioletowym i pomarańczowym niebie zachodu słońca, słońce na horyzoncie nad ciemnoniebieskim morzem.
Zielona Inicjatywa · Otwarte badania

The Fan Wall

Zaczęliśmy od pokrycia budynku komputerowymi wentylatorami, które wytwarzają prąd z wiatru. Fizyka powiedziała nie tej wersji. Wskazała również na lepszą. Oto cała matematyka, co jest udowodnione, a co nie i co trzeba by się dowiedzieć.

掬茶, via Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

Każda turbina wiatrowa, którą widzieliście, działa zgodnie z tą samą logiką: jeden wirnik tak duży, jak to tylko możliwe, tak wysoki, jak to tylko możliwe. Działa świetnie, ale potrzebuje dźwigów, otwartej ziemi i wielu lat pozwoleń. Nasze pytanie jest odwrotne. Czy wiele małych wirników, wbudowanych w miejsca, gdzie już są miasta, może wytwarzać energię elektryczną po rozsądnej cenie? Pomysł Fan Wall został po raz pierwszy zaproponowany w ramach Fundacji Local Solar System w 2020 roku; ta strona jest jej otwartym, zaktualizowanym modelem.

Ta strona jest napisana dla osób, które mogą finansować, budować lub testować pomysł. To celowo nie jest broszura sprzedażowa. Przeprowadziliśmy obliczenia dla naszego pierwszego projektu, znaleźliśmy miejsce, w którym zawiodło, przeprojektowaliśmy go i ponownie wykonaliśmy obliczenia. Krótka wersja: ściana wentylatorów komputerowych na fasadzie nie może działać, korona większych wirników kanałów na wietrznej krawędzi dachu może wytwarzać prawdziwą energię elektryczną i nie pokona paneli słonecznych pod względem ceny, chyba że kilka rzeczy, które możemy przetestować, okaże się dobrze. Każda poniższa liczba pochodzi z naszego otwartego modelu (kod, dane).

2.2%of the wind speed, at most, can pass through fans mounted flat on a closed facade: the air has nowhere to go
159 kWhna m² rocznie z korony poprawionej w wietrznym miejscu o prędkości wiatru 6,5 m/s (centralne; zakres od 43 do 509)
225 kWhza m² rocznie z paneli słonecznych na dachu tego samego budynku (centralnego)
$0.84za kWh dla ulepszonej korony, centralnego przypadku, wietrznej lokalizacji (zakres $0.14 to $6.30); dachowa energia słoneczna: $0.19

Wersja 1, i dlaczego to nie działa

Pierwszym pomysłem była fasada budynku, 40 m długości i 15 pięter wysokości, pokryta około 110.000 wentylatorów o średnicy 120 mm, każdy z nich działający do tyłu tak, że jego silnik staje się generatorem. To jest piękny obraz. Zawiodła z trzech powodów, w kolejności ich ważności.

Fasada wersji 1 Fan Wall, o długości 40 metrów i wysokości 15 pięter, pokryta modułami małych wentylatorów, z osobą i autobusem w skali.
Wersja 1: 1800 m² fasady pokryte wentylatorami o średnicy 120 mm. Local Solar System Rysunek koncepcyjny fundamentu.

1. Powietrze nie może przenikać przez zamkniętą ścianę. Turbina czerpie energię z powietrza, które przez nią przepływa. Na solidnej elewacji wiatr zatrzymuje się (inżynierowie nazywają to stagnacją) i przesuwa się w górę, w dół i na boki. Nawet gdyby każdy wentylator miał za sobą 30 cm przerwy, otwartą po bokach i u góry, ciągłość wyznacza surowe ograniczenie: całe powietrze wchodzące do 1800 m² wentylatorów musiałoby opuścić przez około 39 m² przerwy, aby mogło przejść przez wentylatory z prędkością nie większą niż 2,2% prędkości wiatru. Moc idzie w parze z sześcianem prędkości, więc ściana utrzymałaby się znacznie poniżej 0,01% tego, co te same wentylatory zrobiłyby stojąc wolno. Pomiary za prawdziwą okładziną wentylowaną są zgodne: 0,2 do 0,6 m/s przepływu powietrza w jamie przy wietrze do 5 m/s (Salonvaara et al., 2007). Przełącz model 3D powyżej na wersję 1, aby go zobaczyć: prążki wiatru zatrzymują się przy ścianie i zsuwają się.

Przekrój budynku: wiatr zatrzymuje się na zamkniętej elewacji i wznosi się, aby przechylić się nad krawędzią dachu, gdzie znajduje się korona modułów.
Gdzie może iść powietrze. Rysunek koncepcyjny, wersja modelu 2.

2. Małe łopatki działają słabo. Łopatka wentylatora o średnicy 120 mm ma strunę o długości około 2 cm. Powietrze wokół niego porusza się z liczbą Reynoldsa bliską 10,000, reżimem, w którym skrzydła tracą większość swojego stosunku wznoszenia do oporu: gładkie profili lotnicze poprawiają się “więcej niż o rząd wielkości” powyżej krytycznej liczby Reynoldsa około 70,000 (Lissaman, 1983 r.). Zmierzone turbiny w skali centymetrowej osiągają współczynniki mocy około 9% (Howey, Bansal i Holmes, 2011); wirnik komputerowy z wentylatorem o średnicy 10 cm użyty jako turbina dostarczył 28 mW przy prędkości 5 m/s, co stanowi około 4% mocy wiatru przepływającego przez niego według naszych obliczeń (Federspiel i Chen, 2003). Wentylatory komputerowe są tak ukształtowane, aby popychać powietrze, a nie być przez nie popychane.

Sześć kwadratowych czarnych wentylatorów komputerowych 80 mm z przewodami i drutową osłoną palców, na białym tle.
Standardowe wentylatory komputerowe 80 mm. Wersja 1 wyobrażała sobie o 110,000 swoich nieco większych 120 mm kuzynów na jednej elewacji. Photo: cappie2000 (public domain)

**3. Tysiące małych generatorów marnuje to, co niewiele robią. ** Silnik wentylatora dostarczający ułamek wata przy kilku woltach może stracić od 10 do 40% w samym tylko prostowniku diodowym. Nasze centralne oszacowanie dla całego łańcucha od wentylatora do sieci wynosi 54%.

Nawet całkowicie ignorując pierwszy powód (wolnostojąca ściana wentylatorów), wersja 1 kosztowałaby około $4.20 per kWh on a windy coast and $18 w mieście, dwadzieścia do stu razy więcej niż cena dachowej instalacji solarnej.

Fizyka, która wyznacza granice

Moc przenoszona przez wiatr na obszarze A wynosi P = ½ ρ A v³, przy gęstości powietrza ρ = 1.225 kg/m³. Kostka jest wszystkim: przy 6 m/s metr kwadratowy przenosi 132 W, przy 12 m/s 1058 W. Średnio w ciągu roku dach miasta ze średnim wiatrem o prędkości 4 m/s zapewnia około 75 W na m²; odsłonięte wybrzeże przy prędkości 6,5 m/s około 321 W na m².

Granica Betza. Żaden otwarty wirnik nie może wydobyć więcej niż 16/27 ≈ 59.3% mocy przepływającej przez jego obszar, ponieważ powietrze musi nadal poruszać się z drogi.

Co może dodać drugi wirnik. Dwa wirniki połączone szeregowo (jak stopnie silnika odrzutowego) mogą osiągnąć co najwyżej 16/25 = 64% mocy przez powierzchnię jednego wirnika, a nieskończenie wiele tylko 2/3 (Newman, 1986). Silnik odrzutowy składa się ze stopni, ponieważ przepuszcza powietrze przez zamknięty rdzeń z ogromną różnicą ciśnień w spalaniu paliwa. Wolny wiatr nie oferuje takiego ciśnienia: każdy dodatkowy stopień spowalnia powietrze jeszcze bardziej, a wolne powietrze rozlewa się wokół urządzenia. Zmierzone wzmocnienia wirników wiatrowych obracających się przeciwnie wahają się od 0 do 60%, ale dobrze kontrolowane ostatnie testy wykazują klastry od 2 do 10% (Adema et al., 2026 review).

Co mogą dodać łopatki stojana. Wirnik pozostawia wirujące powietrze, a wirówka traci energię. Przy niskich stosunkach szczytówki do prędkości małych wirników straty są duże: idealny wirnik Glauerta osiąga 0,42 przy stosunku szczytówki do prędkości 1, 0,51 przy 2 i 0,57 przy 5. Stałe łopatki za wirnikiem mogą odzyskać jego część. Nikt tego nie zmierzył na turbinie wiatrowej; na śmigłach samolotów takie łopatki dawały 2 do 5% (Li et al., 2017).

Co może dodać kanał. Kanał z płaskim brzegiem („soczewka wiatrowa” Uniwersytetu Kyushu) obniża ciśnienie za wirnikiem i przeciąga przez niego więcej powietrza. W testach w tunelu aerodynamicznym kompaktowy dyfuzor z krawędzią podniósł współczynnik mocy z 0,37 dla gołego wirnika do między 0,7 a 0,88, w stosunku do powierzchni wirnika, ale tylko do 0,48 do 0,54 w stosunku do całej krawędzi (Ohya i Karasudani, 2010). W tym tkwi problem: na metr kwadratowy powierzchni frontalnej, kanały nigdy nie przekroczyły limitu Betza, “w praktyce nigdy nie osiągnięto współczynników wzmocnienia mocy powyżej 3”, a turbiny kanałowe miały “ponad 50 lat. Do tej pory bez żadnego komercyjnego sukcesu” (Jan van Bussel, 2007). Najdroższa z ostatnich prób, FloDesign/Ogin, usunęła swoje turbiny w ciągu sześciu miesięcy i została zlikwidowana w 2017 roku (Gipe, 2017).

Pięć małych turbin wiatrowych na wysokich białych słupach, każdy wirnik otoczony okrągłym pierścieniem z płaskim krawędzią, na tle pochmurnego nieba.
Turbiny wiatrowe z soczewkami na kampusie Ito Uniwersytetu Kyushu w Japonii: każdy wirnik obraca się wewnątrz pierścienia o płaskim brzegu, pomysł ten zapożyczony został przez kanał naszego modułu. Photo: Hot cake syrup, CC BY-SA 3.0

Rozmiar ma znaczenie ze względu na liczbę Reynoldsa. Obliczyliśmy najlepszy możliwy wirnik dla każdego rozmiaru za pomocą modelu pędu elementu łopatkowego (optymalne Glauerta z obrotem pociągowym, stratami na końcówce i piaście oraz stosunkiem wznoszenia do oporu spadającego wraz z liczbą Reynoldsa, z mierzonych profili o niskim współczynniku Reynoldsa, takich jak Selig’s SG6043):

Średnica wirnikaOstrza, stosunek szczyt-prędkośćLiczba Reynoldsa (75% promienia)Najlepszy projekt Cp
4 cm8, 1.254,5000.23
12 cm (wentylator komputerowy)8, 1.512,0000.29
25 cm8, 2.020,0000.36
50 cm (moduł ulepszony)6 do 7, 2.543,0000.39 do 0.40
1 m6, 3.074,0000.42
7 m (mała turbina)8, 4.5265,0000.49

Są to pułapy dla specjalnie zbudowanych ostrzy, przed stratami w świecie rzeczywistym. Jako sprawdzenie, specjalnie zaprojektowana przenośna turbina 39 cm mierzyła 0,32, gdzie nasz model daje około 0,39 dla tego rozmiaru (Kishore, Coudron i Priya, 2013): dlatego zakładamy, że pierwszy sprzęt osiąga 65 do 90% wartości projektowej, a znacznie mniej dla wirników centymetrowych, gdzie dominuje separacja laminarna.

Mały trójłopatkowy model turbiny wiatrowej na smukłej wieży w tunelu aerodynamicznym, przed dużą siatką metalowych klap napędzanych silnikami.
Model turbiny wiatrowej w tunelu aerodynamicznym na Uniwersytecie w Oldenburgu, Niemcy, przed aktywną siatką napędzanych silnikiem klap, które mieszają powietrze w kontrolowane turbulencje. Faza 1 naszej mapy drogowej jest właśnie takim testem. Photo: Schottler, Reinke, Hölling, Whale, Peinke and Hölling, CC BY 3.0

Kierunek wiatru. Moduł stały wykorzystuje tylko część wiatru, który do niego wieje. Moc spada z grubsza wraz ze sześcianem kąta niewyrównania dla wirników otwartych i łagodniej dla kanałów (Tamaro et al., 2024; Richmond-Navarro et al., 2022). Przy umiarkowanym wietrze, moduł skierowany w stronę wiatru zachowuje około 47% energii, jaką otrzymałby wirnik zawsze ustawiony. Wersja 1 zakładała 100%.

Ulepszony design: korona na krawędzi dachu skierowanej w stronę wiatru

Weźmy wszystko powyższe, a projekt prawie się sam pisze: większe wirniki, gdzie liczba Reynoldsa jest łagodniejsza, w kanałach, które je chronią i przyspieszają, stoją wolno tam, gdzie może przepływać powietrze, zwrócone ku panującemu wiatrowi w miejscu na budynku, gdzie przepływ jest najsilniejszy. To miejsce to krawędź dachu. Powietrze, które uderza w fasadę unosi się i obraca się nad krawędzią; powyżej krawędzi dachu pod wiatr prędkość wiatru jest 1,06 do 1,25 razy większa niż na wysokości dachu, ale tylko 0,38 razy, gdy krawędź jest pod wiatr (Warszawa, 2006).

Każdy moduł ma 725 mm kwadratowych: wirnik o średnicy 0,5 m z siedmioma łopatkami w kompaktowym kanale soczewki wiatrowej, pięć łopatek stojana, które odzyskują niektóre wirowanie i przenoszą generator o mocy od 50 do 300 W, siatkę ochronną ze stali nierdzewnej i jedną uszczelnioną płytę zasilającą z funkcją śledzenia punktu maksymalnej mocy. Dwa rzędy tworzą koronę o wysokości 1,45 m na stalowych szynach nad parapetem. Jedna osoba może wyjąć moduł i wymienić go.

Przekrój ulepszonego modułu: siatka ochronna, wirnik siedmiołopatkowy, kanał z płaskim krawędzią, łopatki stojana i pod generatora, z wymiarami.
Ulepszony moduł. Rysunek koncepcyjny, wersja modelu 2.

Ostrza nie są zgadywane. Model projektuje je dla liczby Reynoldsa, którą faktycznie zobaczą, około 45,000 przy 6 m/s: struna 62 mm w pobliżu korzenia zwężająca się do 36 mm na końcu, skręt od 38° do 10°, projektowy stosunek prędkości końcówki do 2.5. Przy prędkości 6 m/s wirnik obraca się z prędkością około 700 obr./min; jego końcówki poruszają się z prędkością około 30 m/s przy wietrze o prędkości 10 m/s, czyli mniej niż połowa prędkości 79 m/s w przypadku dużych turbin.

Planform łopaty i tabela akordu, skręcania, liczba Reynoldsa i stosunek podnoszenia do oporu na siedmiu promieniach.
Chord i skręt łopaty z modelu pędu elementu łopaty.

Uczciwe liczby

Na metr kwadratowy powierzchni frontowej jest uczciwy sposób porównania: fasada, korona dachu i bariera autostradowa wszystkie konkurują o to samo, powierzchnię skierowaną w stronę wiatru. Wartości centralne, z pełnym zakresem od pesymistycznego do optymistycznego w danych modelu. Energia obejmuje kierunek wiatru, turbulencje (strata 5 do 15%) i dostępność (92 do 97%). Koszt energii: 20 lat przy realnej stopie dyskontowej 7%, konserwacja od 2 do 5% wartości inwestycji rocznie.

ProjektowanieCp na obszarze czołowymkWh na m² rocznie, wietrzna lokalizacja / miastoWspółczynnik pojemności, wietrzny / miejskiKoszt zainstalowania na m²Koszt za kWh, wietrznie / miastoProsty zwrot z inwestycji przy cenie 0,19 USD/kWh
A. Wersja 1, standardowe wentylatory 120 mm (wolnostojące)0.04523 / 55.2% / 1.2%$765$4.21 / $18.0nigdy
A2. niestandardowe wirniki 120 mm0.08945 / 115.2% / 1.2%$805$2.23 / $9.45nigdy
B0. 0,5 m otwarte wirniki, korona0.148125 / 349.3% / 2.5%$1,192$1.19 / $4.37nigdy
B. Ulepszony: 0,5 m kanałowany, stojan, korona0.164159 / 4310.7% / 2.9%$1,074$0.84 / $3.10nigdy (najlepszy scenariusz: 4,5 roku wiatru)
B2. Jak w przypadku B plus wirnik przeciwobrotowy0.174168 / 4610.7% / 2.9%$1,245$0.92 / $3.40nigdy
B3. B jako bariera wolnostojąca0.164128 / 328.6% / 2.2%$944$0.92 / $3.66nigdy
Dach solarny, ten sam budynek22512%$410$0.1910,6 lat
Solar na południowej elewacji1397.6%$630$0.4731 lat
Turbina 10 kW, wirnik 7 m na maszcie 18 do 30 m0,35 na wirniku31.600 / 10.300 kWh na turbinę36% / 12%8910 USD za kW$0.35 / $1.0827 lat wietrznie

Co mówi tabela:

  • Kanał zasługuje na swoje miejsce, po prostu. Na m² czołowy moduły kanałowe (B) pokonują te same wirniki w otwartym terenie (B0) o około 10 do 30%, głównie dlatego, że lepiej tolerują kierunek wiatru. Dają też osłonę, cichszą końcówkę i miejsce na stojan.
  • Drugi wirnik nie płaci. Dodaje około 6% energii za 16% więcej kosztów. Wielostopniowy moduł wiatrowy w stylu silnika odrzutowego jest ograniczony przez fizykę, a nie ambicje.
  • Płacą tylko moduły skierowane na wiatr. Korona wokół dachu zarobi tylko 55% na moduł w porównaniu z samą stroną skierowaną na wiatr, ponieważ pozostałe strony są przez większość czasu skierowane w kierunku przeciwnym do przeważającego wiatru. Na naszym budynku referencyjnym (40 × 20 m, wysokość 45 m) rozsądna korona jest tylko po stronie nawietrznej: 60 m², około $64,000, około 9,500 kWh rocznie w wietrznym miejscu, 2,600 w mieście. Za te same pieniądze w dachowej energii słonecznej można kupić około 155 m² paneli wytwarzających około 35,000 kWh rocznie.
  • W miastach nie może konkurować. Mikroturbiny wiatrowe montowane na budynkach mają słaby rekord: 26 turbin w testach Warwick Wind Trials miało średni współczynnik mocy 0,85% (Encraft, 2009 r.), a także trzy turbiny na londyńskim Wieża Strata Po skargach na hałas i wibracje zostały wyłączone.

W skali, mała flota wiatrowa w USA miała średni współczynnik mocy od 14 do 16% i $6,680 to $9,630 na kW zainstalowanego w 2024 i 2025 roku (PNNL Distributed Wind reports). Nasza korona ląduje na około 6300 USD za kW znamionowy, w tym samym zakresie, co jest znakiem, że szacunkowy koszt nie jest fantazją.

Mała trójłopatowa turbina wiatrowa z żółtym łopatką ogonową na szczycie wysokiej wieży kratowej, na tle niebieskiego nieba nad drzewami.
Mała turbina wiatrowa Bergey Excel na wieży kratowej w miejscu kompostowania miasta Portland, Oregon. Małe turbiny na wysokich masztach, takie jak ten, są ostatnim rzędem powyższej tabeli. Photo: Paul Gipe, CC BY-SA 4.0

Co jest udowodnione, prawdopodobne i spekulacyjne

Udowodnione (podręcznikowe lub mierzone): Moc w wietrze i granica Betza; pułap 16/25 dla dwóch wirników; że kanały zwiększają moc na powierzchnię wirnika, ale nie ponad około Betza na powierzchnię czołową; że małe łopatki o liczbach Reynoldsa poniżej około 70.000 tracą wydajność; że zamknięta ściana nie ma przepływu przez nią; że krawędzie dachu przyspieszają przepływ pod wiatr; że zamontowane na budynkach mikroturbiny w miastach działają słabo.

Plausible (supported, but not measured for this design): wirnik o masie 0.5 m zaprojektowany dla Reynoldsa 45,000 osiągający współczynnik mocy około 0.3 na gołym powierzchni i 0.55 na powierzchni wirnika w zwartym kanale z krawędzią; 75% sprawności łańcucha od wirnika do sieci z generatorami 50 do 300 W i modułem MPPT; Koszt instalacji bliski $1,000 za m² dla pierwszego projektu.

Speculative (must be measured): ile kanały upakowane obok siebie tracą na sobie (przyjmuje się wartości od 10 do 30%); rzeczywiste przyspieszenie i turbulencje w koronie na danym budynku; trwałość tysięcy łożysk przez 20 lata podmuchów, lodu i pyłu; hałas i drgania przenoszone do budynku; interakcja dzikiej przyrody z kanałami siatkowymi (duże turbiny zabijają szacunkowo 140,000 do 328,000 ptaków rocznie w USA (Loss, Will and Marra, 2013); szklane budynki zabijają od 365 do 988 milionów (Loss et al., 2014); Nikt nie ma danych dla siatkowych modułów krawędzi dachu).

Trzy okrągłe otwory w zakrzywionym szczycie ciemnej szklanej wieży, z których każdy trzyma wirnik turbiny wiatrowej na tle błękitnego nieba.
Trzy turbiny wiatrowe wbudowane na szczycie Strata SE1, wieżowca mieszkalnego w Londynie, w 2012 roku. Photo: Cmglee, CC BY-SA 3.0

Co musiałoby być prawdą

W przypadku korony na wietrznym terenie o prędkości wiatru 6,5 m/s koszt energii elektrycznej zależy od dwóch rzeczy, nad którymi możemy pracować: ile mocy dostarcza każdy metr kwadratowy powierzchni czołowej i ile to kosztuje.

Cp na obszarze czołowym$300 za m²$500 za m²$800 za m²$1,100 za m²
0.15$0.24$0.40$0.63$0.87
0.20$0.18$0.30$0.47$0.65
0.25$0.14$0.24$0.38$0.52
0.30$0.12$0.20$0.32$0.43

Gdzie może wygrać, a gdzie nie

Może wygrać:

  • Wietrzne wysokie budynki i przybrzeżne miejsca, jako uzupełnienie energii słonecznej: wiatr na krawędzi dachu osiąga szczyt w nocy, zimą i podczas sztormów, gdy panele słoneczne wytwarzają niewiele.
  • Dachy już pełne lub zacienione. Korona wykorzystuje krawędź, a nie powierzchnię dachu i nie konkuruje z panelami, roślinami ani tarasami.
  • Zasilanie pozasieciowe, gdzie kable są drogie: czujniki, oświetlenie, sprzęt telekomunikacyjny, stacje pogodowe na mostach, maszty i konstrukcje przybrzeżne.
  • Bariery, które już istnieją: Bariery przeciwhałasowe autostrad i kolei, ściany morskie i parapety mostów, gdzie konstrukcja jest opłacana.
  • Widoczność i edukacja. Obracająca się korona jest publicznym oświadczeniem, że panel słoneczny nie jest; szkoły, muzea i budynki historyczne to cenią.
Ponad tuzin małych białych turbin wiatrowych na krótkich masztach zatłoczonych wzdłuż płaskiego dachu nad znakiem sklepu, z drzewami za nimi.
Ponad tuzin małych turbin na dwóch dachach w Morro Bay, Kalifornia, 2011. Umieszczenie wirników na dachu jest łatwe; uzyskanie ich opłaty to trudna część, jak pokazały próby wiatrowe Warwick. Photo: Paul Gipe, CC BY-SA 4.0

Nie może wygrać:

  • Jako tanie źródło energii elektrycznej. Duże farmy wiatrowe i słoneczne kosztują $0.04 to $0,10 za kWh; nic na budynku nie zbliża się do tego.
  • W osłoniętych ulicach miejskich i niskobudżetowych przedmieściach, gdzie średnia prędkość wiatru na wysokości dachu wynosi poniżej 4 do 5 m/s.
  • Płaskie na elewacji. Niezależnie od tego, jak zaprojektowane są wirniki, zamknięta ściana nie ma przepływu przez nią.

Plan rozwoju i ile to będzie kosztować

FazaPracaDecyzja, którą umożliwiaSzacowany kosztCzas
0. Studium projektoweProjektowanie łopat i kanałów, CFD jednego modułu i tablicy 3 × 3, topologia elektryczna, model kosztów z producentemCzy Cp na powierzchni czołowej powyżej 0,2 jest prawdopodobne w tablicy?$30k to $60k3 do 4 miesięcy
1. tunel aerodynamicznyTrzy wirniki, trzy kanały, włączanie i wyłączanie stojana, następnie układ 3 × 3; od 3 do 15 m/s, przechylenie 0 do 45°Zmierzona Cp, utrata macierzy, prędkość rozruchu, szum$60k to $120k4 do 6 miesięcy
2. moduł prototypowyGenerator, płyta zasilająca, moduł zamknięty; testy wytrzymałościowe, lodowe, deszczowe i akustyczne (metoda IEC 61400-11)Wydajność i trwałość modułu$50k to $100k6 miesięcy
3. pilot na dachu10 do 20 modułów na krawędzi podwietrznej, anemometr ultradźwiękowy lub lidar, rok danych, kamera przyrodniczaRzeczywiste kWh na m², dostępność, hałas w budynku$80k to $150k12 miesięcy
4. Ścieżka produktuInżynieria konstrukcji i fasad, podstawa projektowa IEC 61400-2, certyfikacja brytyjska MCS 006 lub amerykańska ACP 101-1, zgodność elektryczna i przeciwpożarowa, ubezpieczenieProdukt, który właściciel budynku może kupić$100k to $250k12 do 18 miesięcy

Fazy 0 do 3 potrzebują około $220,000 to $430,000 i dwa lata. Każda faza ma wyraźny punkt zatrzymania: jeśli tunel aerodynamiczny nie pokazuje czołowego Cp w pobliżu 0,2 w tablicy, zatrzymujemy się tam i publikujemy dlaczego.

Kogo potrzebujemy

  • Aerodynamik z doświadczeniem w zakresie wirników o niskim współczynniku Reynoldsa i kanałów, do projektowania i przeglądu łopatek, kanału i stojana.
  • Uniwersytecki lub komercyjny tunel aerodynamiczny, z inżynierem CFD do planowania testów i modelowania interakcji tablic.
  • Inżynier energoelektronik Do małych generatorów z magnesami trwałymi, aktywnej prostownicy, MPPT i gromadzenia prądu stałego z wielu modułów.
  • Inżynier konstrukcji i fasad Obciążenia wiatrem na koronę (EN 1991-1-4 / ASCE 7), mocowania, lód i zmęczenie.
  • Akustyka dla hałasu tonalnego i drgań przenoszonych do budynku.
  • Miejski specjalista ds. wiatru do pomiaru i modelowania wiatru na kandydujących krawędziach dachu przed rozpoczęciem budowy.
  • Certyfikacja i zgodność: standardy małego wiatru (IEC 61400-2, -11, -12-1), przepisy elektryczne i przeciwpożarowe oraz ubezpieczyciel chętny do objęcia pilota.
  • Ekolog do zaprojektowania monitoringu ptaków i nietoperzy.
  • Partner produkcyjny w zakresie formowania wtryskowego lub rotacyjnego, aby wycenić łopatki i kanały na wolumen.

Lepszy pomysł jest mile widziany

Fan Wall jest jedną z odpowiedzi na szersze pytanie: jak miejsca, w których ludzie już mieszkają mogą wytwarzać, magazynować lub oszczędzać więcej czystej energii niż dziś? Jeśli liczby na tej stronie przekonują Cię, że inne podejście byłoby lepsze, chcielibyśmy o tym usłyszeć. Dachowe panele słoneczne, które również wytwarzają ciepło, magazynowanie ciepła, energia odzyskiwana z sieci wodociągowej, ciepło odpadowe lub mądrzejsze planowanie zapotrzebowania mogłyby pokonać wiatr w wielu budynkach. idea radar porównuje je, a każdy z nich ma swój własny artykuł napisany z taką samą szczerością, jaką stosujemy tutaj.

Niektórzy członkowie Fundacji mogą mieć kontakty, które mogłyby usłyszeć pitch. Aby pomysł mógł zostać przedstawiony, potrzebny jest działający, prawdziwy model, który faktycznie wytwarza energię, a jego moc jest mierzona na instrumencie, nie zaś twierdzona; dlatego właśnie ta strona kończy się w tunelu aerodynamicznym i pilotażu na dachu, a nie rysunku. Mile widziane są również pomysły na papierze: jeśli fizyka i liczby są solidne, możemy je opublikować tutaj na stronie internetowej. Ale pozyskanie kapitału bez funkcjonującego modelu jest bardzo trudne, a nic tutaj nie jest obietnicą finansowania, zwrotów czy wprowadzeń. Standardem jest to, co ta strona stara się spełnić: pokazać liczby, powiedzieć, co udowodniłoby, że się mylisz i zaproponować najtańszy test.

Biały anemometr ultradźwiękowy z trzema parami ramion czujników na maszcie nad wrzosowiskiem, z wiatrem i innymi instrumentami powyżej.
Anemometr ultradźwiękowy w Whim Moss, Szkocja. Mierzą prędkość i kierunek wiatru za pomocą impulsów dźwięku i nie mają ruchomych części. Pilot na dachu rejestrowałby wiatr w górnej części przy pomocy takich instrumentów. Photo: M J Richardson, CC BY-SA 2.0

Jak możesz pomóc

  • Wnieś swoją wiedzę. Jeśli pracujesz w którejkolwiek z powyższych dziedzin, zaoferuj zadanie. Nawet godzina przeglądania naszego modelu jest cenna.
  • Zaoferuj dach wietrzny. Wysoki budynek na wybrzeżu, wzgórzu lub otwartej równinie z bezpiecznym dostępem do dachu mógłby pomieścić pilota. Powiedz nam, gdzie jest i w jakim kierunku zwykle wieje wiatr.
  • Udostępnianie danych o wietrze. Rok pomiarów wiatru z dachu, mostu lub masztu przybrzeżnego pomaga nam wybrać miejsce pilotażowe.
  • Sprawdź naszą matematykę. Model model jest otwarty. Jeśli znajdziesz błąd, powiedz nam: wolałbym być poprawiony teraz niż po pilotażu.
  • Zaproponuj lepszy pomysł. Wyślij go przez formularz wkładu z problemem, który rozwiązuje, sprawdzeniem fizyki, przybliżonym kosztem za kWh i najtańszym testem, który mógłby udowodnić, że jest błędny.

Źródła

  1. Salonvaara, M., Karagiozis, A., Pazera, M. i Miller, W. (2007). Wnęki powietrzne za okładzinami: czego się nauczyliśmy? Budynki X Konferencja.
  2. Lissaman, P.B.S. (1983). Niskie profili Reynoldsa. Rocznik Mechaniki Płynów 15, 223-239.
  3. Howey, D.A., Bansal, A. i Holmes, A.S. (2011). Projekt i działanie turbiny wiatrowej w skali centymetrowej do pozyskiwania energii. Inteligentne Materiały i Struktury 20, 085021.
  4. Federspiel, C.C. and Chen, J. (2003). Czujnik zasilany powietrzem. Proceedings of IEEE Sensors 2003, 22-25.
  5. Newman, B.G. (1986). Teoria wielu napędów-dysków dla turbin wiatrowych. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 24, 215-225.
  6. Szymczak, N. et al. (2026). Wind Energy Science 11, 2037-2051, w tym przegląd zmierzonych przyrostów podwójnego wirnika.
  7. Li, Q., Öztürk, K., Ragni, D. i wsp. (2017). Projektowanie i eksperymentalna walidacja łopatek odzysku wirowego dla układów napędowych śmigła. AIAA 2017-3571.
  8. Ohya, Y. i Karasudani, T. (2010). Osłonięta turbina wiatrowa generująca dużą moc wyjściową z technologią wind-lens. Energies 3(4), 634-649.
  9. van Bussel, G.J.W. (2007). Nauka o uzyskiwaniu większego momentu obrotowego z wiatru: eksperymenty i teoria dyfuzora. Przegląd Fizyczny: Konferencja 75, 012010.
  10. Gip, właśc. (2017). Kiwi Fundusz Emerytalny traci 50 milionów dolarów w Ogin kanałowe turbiny fiasko.
  11. Giguère, P. i Selig, M.S. (1998). Nowe profili dla małych turbin wiatrowych o osi poziomej. Przegląd Inżynierii Energetyki Słonecznej 120(2), 108-114.
  12. Kishore, R.A., Coudron, T. i Priya, S. (2013). Mała przenośna turbina wiatrowa (SWEPT). Przegląd Inżynierii Wiatrowej i Aerodynamiki Przemysłowej 116, 21-31.
  13. Bottasso, C.L., Campagnolo, F. and Tamaro, S. (2024). O mocy i sterowaniu niewyrównanym wirnikiem: poza prawem cosinusowym. Nauka o energii wiatrowej 9, 1547-1575.
  14. Richmond-Navarro, G., Uchida, T.: Zarządzanie zasobami ludzkimi. and Stępień, W.R. (2022). Wydajność turbiny wiatrowej w warunkach turbulentnego przepływu. Wiatr Inżynierii 46, 518-528.
  15. Mertens, s. (2006). Energia wiatrowa w środowisku zabudowanym: efekty koncentratora budynków. Praca doktorska, TU Delft (według Mertensa, 2003, Wind Engineering 27(6)).
  16. Encyklopedia PWN (2009). Warwick Wind Trials final report.
  17. Pacific Northwest National Laboratory (2025, 2026). Raporty rynkowe i aktualizacje danych technologicznych.
  18. Departament Energii USA i NREL (2025). Benchmarki kosztów systemu fotowoltaicznego, Q1 2025: komercyjny dach $1.95 to $1,98 za W.
  19. Lazard (czerwiec 2026). Wyrównany koszt energii+, wersja 19.
  20. Amerykańska Agencja Informacji Energetycznej (2025). Średnia cena energii elektrycznej według sektora, 2024; Eurostat, Statystyki cen energii elektrycznej.
  21. Loss, S.R., Will, T. i Marra, P.P. (2013). Szacunki śmiertelności ptaków z kolizji w instalacjach wiatrowych w sąsiednich Stanach Zjednoczonych. Biological Conservation 168, 201-209.
  22. Loss, S.R., Will, T., Loss, S.S. i Marra, P.P. (2014). Zderzenie ptaków w Stanach Zjednoczonych. The Condor 116(1), 8-23.
  23. Grant, A., Johnstone, C. i Kelly, N. (2008). Konwersja energii wiatrowej w miastach: potencjał turbin kanałowo-kanałowy. Energia Odnawialna 33(6), 1157-1163. Podobny pomysł będziemy również testować: kanały przez parapet napędzane różnicą ciśnień między fasadą a dachem.