Fan ukuta

Kila turbine upepo wewe milele kuonekana inafuata mantiki sawa: kujenga rotor moja kubwa kama iwezekanavyo, kuweka juu kama iwezekanavyo, na hebu vipande kubwa kusafisha mbinguni. Ni kazi brilliantly. Pia inahitaji cranes, barabara, ardhi wazi, miaka ya leseni, na huua ndege. Tunataka kujaribu wazo kinyume.

wazo

Chukua fan ndogo axial kwamba baridi kompyuta. Kuendesha nyuma yake: hebu upepo kugeuka rotor, na brushless motor ndani inakuwa jenereta ndogo. Kuweka kumi na sita ya yao katika moduli ukubwa wa sanduku pizza, kutoa kila mmoja shaped mtaro kwamba kasi hewa, na kuziba ukuta na maelfu ya modules.

Ikiwa mtu mmoja anavunjika, ukuta hupoteza asilimia mia moja ya pato lake, na mtu yeyote mwenye screwdriver anaweza kuibadilisha. Modules meli katika vipande vya kawaida. Wanaweza kukaa juu ya ukuta, kupanda kwenye kona ya jengo au kubadili paneli za kizuizi cha sauti ya barabara kuu.

Ambapo inaweza kuonekana

Ndege na popo. kubwa turbines ni tatizo halisi kwa wanyamapori: takriban 140,000 hadi ndege 328,000 kufa kila mwaka katika turbines monopole katika nchi jirani Marekani peke yake (Kupotea, Will na Marra, 2013). Mzunguko wa 150 m rotor kugeuka katika 10 rpm husonga maelekezo yake ya kichwa katika π × 150 m × 10 / 60 s ≈ 79 m/s. Kifaa cha 120 mm nyuma ya mkanda wa 10 mm hugeuza vidokezo vyake kwa mwendo wa kutembea. Hakuna mtu amepima mwingiliano wa ndege na kuta za mifuko ya micro-fan bado, hivyo kupima ni sehemu ya mpango wetu.

Siting. Upepo kasi ya juu ambapo ni squeezed: juu ya ukuta pembe, karibu na kona ya jengo, pamoja na mto barabarani. Upande wa magharibi hakuna milima mingi inayoweza kufuata njia hii. Modular safu inaweza kushughulikia hasa yao.

Logistics na matengenezo. Hakuna crane, hakuna mtaalamu, hakuna usafiri maalum. Urefu wake ni mita 1,800 na upana wa mita 1,700.

Upepo na jua pamoja. Upepo mara nyingi blows usiku na katika majira ya baridi, wakati paneli za jua ni dhaifu. Katika ujenzi huo huo, wawili wanaweza kuboresha kila mmoja.

Fizikia, na hisabati

Nguvu inayobebwa na upepo kupitia eneo A ni P = ½ ρ A v³, ambapo ρ = 1.225 kg/m³ ni mnene wa hewa na v ni kasi ya upepo. Kioo ni kila kitu: katika 6 m/s mita moja ya mraba huchukua ½ × 1.225 × 6³ ≈ 132 W; katika 12 m / s inachukua 1,058 W, mara nane zaidi.

Hakuna rotor inaweza kukamata yote, kwa sababu hewa lazima kuendelea kusonga nje ya njia. Kiwango cha Betz kinasema kuwa rotor iliyofunguliwa inaweza kuvuta zaidi ya 16/27 ≈ 59% ya nguvu inayotiririka kupitia kwake.

Rotor ndogo si ndogo kubwa rotor. Mabadiliko ya fizikia.

Hapa ni tatizo la kwanza la kweli. Kipenyo cha mviringo ni takriban cm 120 na upana wake ni takriban cm 2. Kwa m / s 6, idadi yake ya Reynolds ni Re = v × c / ν ≈ 6 × 0.02 / 0.000015 ≈ 8,000, mfumo ambapo vipande hupoteza zaidi ya lifti yao. A 2 cm rotor iliyoundwa kama turbine katika Imperial College alifikia nguvu coefficient ya takriban 9% (Wikimedia Commons ina media kuhusu: 2011). Wapenzi wa kompyuta ni muundo wa kusukuma hewa, si kwa ajili ya kushinikiza na hiyo. Kwa hiyo tunadhani ufanisi rotor ya 5% (pessimistic), 10% (katikati) au 20% (matumaini), na mnyororo wa umeme kutoka fan gridi ya 40, 55 au 70%.

Maambukizi yanaweza kusaidia. A diffuser na brim pana, “lensi upepo” iliyoundwa katika Chuo Kikuu cha Kyushu, multiplied nguvu ya rotor ya kipenyo sawa kwa takriban 2 hadi 5 (Ohya na Karasudani, 2010). Lakini mkondo unachukua nafasi ya mbele: kuondoa zaidi ya nusu ya nguvu inayovuka eneo la mbele la kifaa haijaonyeshwa (Dighe et al., 2018). Mfano wetu caps ni huko.

Kwa dhana ya kati ukuta mzima hufanya 7 kW katika 6 m/s, 34 kW katika 10 m/s na 114 kW katika 15 m/s. Ukubwa wa fan ni vigumu kubadili nguvu, tangu ukubwa wote kujumuisha takriban 55% ya ukuta na misumari spinning; inabadilisha sehemu hesabu na gharama. Ducts tu kushinda kama wao zaidi ya mara mbili kila rotor ya pato, kwa sababu wao kuacha nafasi kwa mashabiki wachache.

Ni kiasi gani cha nishati katika mwaka

Upepo katika tovuti kamwe si daima. Tunafanya mfano wa maeneo matatu yenye usambazaji wa kawaida (Rayleigh) wa upepo: juu ya paa la mji kwa wastani wa 4m/s, kizuizi cha barabara kuu kwa 4.5m/s na pwani iliyo wazi kwa 6.5m/s. Upepo halisi wa mijini ni dhaifu: UK Carbon Trust iligundua maeneo machache ya ujenzi kufikia hata 5 m / s (Carbon Trust, 2008), na turbini ndogo 26 zilizowekwa kwenye jengo katika majaribio ya Warwick Wind zilipata wastani wa uwezo wa asilimia 0.85 (Encraft, 2009).

Kwa ukubwa, turbine moja ya kawaida 3 MW onshore ikiendesha kwa kiwango cha uwezo wa asilimia 35 huzalisha 3 MW × 8,760 h × 0.35 ≈ 9.2 GWh mwaka: kama vile takriban kuta za fan za pwani 65.

Nini ingekuwa gharama

Sisi makadirio kila sehemu kwa mita ya mraba: mashabiki maji katika $3 to $8 kila katika kiasi, mifumo na mesh, umeme, na kupanda juu ya jengo lililopo. ukuta mzima unakuja kwa $0.76 million to $milioni 2.43 ($ 1.38 milioni) bila ducts. Kuenea zaidi ya miaka 20 kwa kiwango cha punguzo la 7%, na matengenezo, ambayo inatoa gharama ya kila kilowati-saa.

Kusoma kwa uaminifu: kujengwa kutoka mashabiki wa kompyuta ya leo, Fan Wall gharama kuhusu $1.20 per kWh on a windy coast and about $5 katika mji katika kesi kuu. Residential rooftop solar costs $0.12 to $0.28, utility-scale wind $0.03 to $0.07 (Lazard LCOE+, June 2024; IRENA, 2024). Kama kituo cha umeme, dhana hii haishiriki leo.

Nini itakuwa na kuwa kweli

Utafiti upo kubadilisha idadi kama hizi. Kwenye tovuti ya pwani na moduli ducted na 65% mnyororo wa umeme, gharama kwa kWh inategemea mambo mawili tunaweza kufanya kazi juu ya: jinsi vizuri kila rotor ducted kubadili upepo (uwezo wake ufanisi) na nini mita ya mraba ya gharama ya ukuta imewekwa.

ufanisi ufanisi ducted rotor	$200 kwa m²	$400 kwa m²	$800 kwa 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

mpango wa utafiti

Awamu	Tunafanya nini	Nini sisi kupima	Makadirio ya gharama
0. utafiti dawati	Kompyuta simulation ya maumbo duc, miundo kichwa na mpangilio umeme	Kutabiri ufanisi na hasara	$15k to $30k
1. Bench vipimo	20 off-the-shelf na rotor 20 desturi katika tunnel upepo kutoka 3 hadi 15 m / s	ufanisi curves, kasi ya kuanza-up, kelele	$30k to $60k
2. moja moduli	moduli 16-fan na ducts na nguvu umeme	Module ufanisi, mwaka mmoja nje	$25k to $50k
3. 10 m² majaribio	Paneli ya paa iliyo na kamera ya wanyamapori	Nishati, hasara array, upatikanaji, ndege na popo	$60k to $120k
4. Full kubuni ukuta	Muundo, vyeti, gharama ya mwisho mfano	Imewekwa gharama kwa m², gharama kwa kWh	$50k to $100k

Awamu 0 hadi 3 haja takriban $130,000 to $260,000. Utafiti wa kisayansi unaonyesha kuwa ugonjwa huu hutokea tu kama mtu anatumia dawa za kulevya. Utafiti wote unalipwa na Hazina ya Taasisi, ambayo hutoa fedha kwa kila kitu kinachohitajika katika mradi huu, kuanzia maabara na wauzaji hadi servers na watu; michango haiwezi kuhifadhiwa kwa mpango mmoja. Maelezo ya kina ya kiufundi, mfano na data yake ni wazi: data ya mfano na code ya mfano.

Jinsi unavyoweza kusaidia

• Bring ujuzi wako. Tunahitaji watu ambao wanajua ndogo-rotor aerodynamics, tunnels upepo, nguvu electronics, uhandisi muundo au ufuatiliaji ndege. Kutoa kazi.
• Offer rooftop. Windy paa sawa na upatikanaji salama inaweza mwenyeji wa mtihani 10 m². Tuambie ni wapi na jinsi gani inaonekana wazi.
• Share data upepo. Kama wewe kukimbia kituo cha hali ya hewa juu ya paa, pwani au daraja, mwaka wa vipimo upepo inatusaidia kuchagua tovuti mtihani.
• Mtihani nyumbani. bei nafuu fan maji, daraja rectifier na multimeter juu ya balcony windy kufanya mradi wa sayansi nzuri. Kipimo voltage na sasa katika upepo tofauti na kututumia idadi.
• Support Foundation. Michango kwenda kwa Hazina na kuweka utafiti wetu wote, ikiwa ni pamoja na hii moja, kusonga.

Chanzo

1. Watakatifu wa Agano la Kale Orodha ya Watakatifu Wakristo Orodha ya Watakatifu Wafransisko Howey, D.A., Bansal, A. and Holmes, A.S. (2011). Kubuni na utendaji wa sentimita-ukubwa shrouded turbine upepo kwa ajili ya mavuno ya nishati. Smart vifaa na miundo 20, 085021.
2. Orodha ya mito ya kaunti ya Kakamega, Kenya (2010). Umeme wa upepo ni aina ya nishati inayozalishwa kwa kutumia nguvu ya upepo. Energies 3(4), 634-649.
3. Watakatifu wa Agano la Kale Orodha ya Watakatifu Wakristo Orodha ya Watakatifu Wafransisko de Oliveira, G., Avallone, F. and van Bussel, G.J.W. (2018). Ducted upepo turbine optimization na hisia kwa nafasi rotor. Wind Energy Science 3, 221-229.
4. Wabunge wa Tanzania Mengi kuhusu Carbon (2008) Ukubwa mdogo wa nishati ya upepo: maoni ya sera na mwongozo wa vitendo.
5. Wabunge wa Tanzania Mengi (2009). Warwick Wind Trials ripoti ya mwisho.
6. Pacific Northwest National Laboratory (2024). Distributed Upepo Market Report, 2024 toleo: upepo mdogo wastani $ 7,370 kwa kila kW imewekwa na 13% uwezo sababu mwaka 2023.
7. Lazard (June 2024). Levelized Gharama ya Nishati +.
8. IRENA (2024). Renewable Nishati uzalishaji gharama katika 2023.
9. Orodha ya mito ya kaunti Kutumia umeme kwa nyumba, EU.
10. US Energy Information Administration (2022). wastani wa matumizi ya umeme.
11. Watakatifu wa Agano la Kale Orodha ya Watakatifu Wakristo Orodha ya Watakatifu Wafransisko (2013). Maambukizi ya virusi vya ukimwi hutokea kwa wingi katika maeneo ya pwani ya Marekani. Biological Conservation 168, 201-209.