กำแพงแฟนตาซี
เครื่องหมุนขนาดยักษ์หรือเครื่องเล็กๆเป็นแสนๆตัว เรากำลังทดสอบว่ากำแพงของพัดลมขนาดเล็ก ขนาดเท่ากับที่ทำให้คอมพิวเตอร์เย็นได้ จะสามารถเปลี่ยนลมในเมืองให้กลายเป็นไฟฟ้าได้
ทุกกังหันลมที่คุณเคยเห็น ทำตามตรรกะเดียวกัน: สร้างวงล้อหนึ่งให้ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ วางมันไว้สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และปล่อยให้ใบพัดขนาดใหญ่ขับไล่ท้องฟ้า มันทำงานได้ดีมาก มันยังต้องใช้เครื่องจักร ถนน พื้นที่เปิด ขออนุญาตหลายปี และมันฆ่านก เราอยากจะทดสอบความคิดที่ตรงกันข้าม
ความคิด
ลองดูพัดลมขนาดเล็กที่ทำความเย็นคอมพิวเตอร์ ขับมันกลับไปให้ลมหมุนวงรี และมอเตอร์ไร้แปรงภายในกลายเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก 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.
ถ้าพัดลมแตก กำแพงจะเสียกำลังไฟฟ้าไปหนึ่งในร้อยของมัน และใครก็ได้ที่มีสกรูสามารถเปลี่ยนมันได้ โมดูลจะถูกส่งในกล่องปกติ พวกเขาสามารถนั่งบนขอบหลังคา, ปีนมุมตึก หรือเปลี่ยนแผ่นของกำแพงเสียงทางด่วน
ที่มันจะส่องสว่าง
นกและค้างคาว กังหันขนาดใหญ่เป็นปัญหาจริงสำหรับสัตว์ป่า: ประมาณ 140,000 ถึง 328,000 นกตายทุกปีที่กังหัน monopole ในสหรัฐอเมริกาเพียงอย่างเดียวความสูญเสีย,วิลและมาร่า,2013). เครื่องหมุน 150 เมตร ที่หมุนด้วยความเร็ว 10 รอบต่อนาที จะเคลื่อนที่ปลายใบมีดของมันที่ π × 150 m × 10 / 60 s ≈ 79 m/s พัดลมขนาด 120 มิลลิเมตร อยู่เบื้องหลังตาข่ายขนาด 10 มิลลิเมตร หมุนปลายของมันในจังหวะเดิน ไม่มีใครวัดการปฏิสัมพันธ์ของนกกับผนังแผงลอยขนาดเล็ก ดังนั้นการวัดมันจึงเป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรมของเรา
เอาไว้ ลมจะเร่งความเร็วขึ้นเมื่อมันถูกบีบ ผ่านขอบหลังคารอบมุมอาคาร ตามหุบเขาถนน เครื่องหมุนยักษ์ไม่สามารถตามโซนเหล่านั้นได้ โมดูลที่แยกออกมาสามารถปกป้องพวกเขาได้
 พัดลมคอมพิวเตอร์ถูกออกแบบมาเพื่อผลักอากาศ ไม่ใช่ถูกผลักด้วยมัน ดังนั้นเราจึงคิดว่าประสิทธิภาพของโรเตอร์ 5% (มองโลกในแง่ร้าย) 10% (กลาง) หรือ 20% (มองโลกในแง่ดี) และโซ่ไฟฟ้าจากพัดลมไปยังกรอบ 40, 55 หรือ 70%
ช่องระบายอากาศช่วยได้ กระจายความร้อนด้วยขอบกว้าง “ลมเลนสส์” ที่พัฒนาที่มหาวิทยาลัยคิวชู, คูณพลังของโรเตอร์ที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากันโดยประมาณ2ถึง5(Ohya และ Karasudani, 2010). แต่ช่องว่างด้านหน้า: การดึงออกมามากเกินกว่าครึ่งของพลังงานที่ข้ามพื้นที่ด้านหน้าของอุปกรณ์ไม่ได้แสดงให้เห็น (Dighe et al., 2018) แบบจำลองของเราปิดมันไว้ที่นั่น
ด้วยสมมติฐานที่ว่าเป็นศูนย์กลางของกำแพงทั้งหมดทำให้ 7kW ที่6m/s, 34kW ที่ 10 m/s และ 114kW ที่ 15 m/s ขนาดของพัดลมแทบจะไม่เปลี่ยนพลังงาน เพราะทุกขนาดปกคลุมประมาณ 55% ของกำแพงด้วยใบมีดหมุน ช่องระบายอากาศจะชนะได้ถ้ามันเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องหมุนเป็นสองเท่า เพราะมันมีพื้นที่สำหรับพัดลมน้อยลง
พลังงานเท่าไหร่ในปี
ลมที่สถานที่นั้นไม่เคยคงที่ We model three sites with a standard (Rayleigh) wind distribution: a city rooftop averaging 4 m/s, a highway barrier at 4.5 m/s and an exposed coast at 6.5 m/s. ลมในเมืองจริงๆนั้นอ่อนแอ: UK Carbon Trust พบว่ามีเพียงไม่กี่ที่ก่อสร้างที่ถึง5เมตรต่อวินาที (Carbon Trust, 2008) และ 26 ตู้หมุนขนาดเล็กติดตั้งบนอาคารใน Warwick Wind Trials มีค่าเฉลี่ยของความจุเท่ากับ 0.85% (Encraft, 2009).
สำหรับขนาดกังหันน้ำบนบก3เมกะวัตต์ทั่วไปที่ทำงานในอัตรากำลัง 35% จะผลิต 3 MW × 8,760 h × 0.35 ≈ 9.2 GWh ในปี: เท่ากับประมาณ 65 กำแพงพัดลมชายฝั่ง
มันจะต้องใช้เงินเท่าไหร่
เราประมาณว่าทุกชิ้นส่วนต่อตารางเมตร พัดลมกันน้ำที่ $3 to $8 ตัวในปริมาณ กรอบและตาข่ายอิเล็กทรอนิกส์ และติดตั้งบนอาคารที่มีอยู่แล้ว กำแพงทั้งตัวก็จะมา $0.76 million to $2.43 ล้าน (1.38 ล้านดอลลาร์) โดยไม่มีท่อ แบ่งเป็น 20 ปี ที่อัตราส่วนลด7% พร้อมการดูแลรักษา นั่นคือราคาต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง
ความจริงคือ สร้างจากแผงคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน เกี่ยวกับ $1.20 per kWh on a windy coast and about $5 ในเมือง ในคดีหลัก ค่าใช้จ่ายพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคา $0.12 to $0.28, ลมขนาดกลาง $0.03 to $0.07 (Lazard LCOE+, มิถุนายน 2024; IRENA, 2024) ในฐานะโรงไฟฟ้า แนวคิดนี้ไม่สามารถแข่งขันได้ในวันนี้
สิ่งที่ควรจะเป็นจริง
มีการวิจัยเพื่อเปลี่ยนตัวเลขแบบนี้ บนพื้นที่ชายฝั่งที่มีโมดูลท่อและโซ่ไฟฟ้า 65% ราคาต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงขึ้นอยู่กับสองสิ่งที่เราสามารถทำงานได้:
| ประสิทธิภาพของเครื่องหมุนด้วยท่อ | 200 เหรียญต่อตารางเมตร | 400 เหรียญต่อตารางเมตร | 800 เหรียญต่อตารางเมตร |
|---|---|---|---|
| 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 |
โครงการวิจัย
| ช่วง | สิ่งที่เราทำ | สิ่งที่เราวัด | ค่าประมาณ |
|---|---|---|---|
| 0. ที่ทำงาน | จำลองคอมพิวเตอร์ของรูปทรงท่อ การออกแบบใบพัด และวางระบบไฟฟ้า | ความสามารถในการทำนายและความสูญเสีย | $15k to $30k |
| 1. การทดสอบบนโต๊ะ | 20 เครื่องและ 20 เครื่องพิเศษในอุโมงค์ลม จาก3ถึง 15 เมตรต่อวินาที | โค้งประสิทธิภาพ ความเร็วในการเริ่มต้น เสียงรบกวน | $30k to $60k |
| 2. โมดูลหนึ่ง | โมดูลพัดลม 16 ตัว พร้อมท่อและอิเล็กทรอนิกส์ | Module efficiency, one year outdoors | $25k to $50k หน่วย |
| 3. 10 ตารางเมตร | เครื่องมือบนหลังคาที่มีกล้องถ่ายภาพสัตว์ป่า | พลังงาน ความเสียหายของอารี่ ความสามารถในการใช้งาน นกและค้างคาว | $60k to $120k หน่วย |
| 4. การออกแบบผนังเต็ม | โครงสร้าง ใบรับรอง ต้นทุนสุดท้าย | ค่าติดตั้งต่อตารางเมตร, ค่าต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง | $50k to $100k |
ระยะที่0ถึง3ต้องการประมาณ $130,000 to $260,000. กำแพงเต็มจะเข้าใจได้ ถ้านักบินยืนยันสมมติฐาน งานวิจัยทั้งหมดจ่ายจากกระทรวงการคลังของมูลนิธิ ซึ่งเป็นเงินทุนสำหรับทุกอย่างที่โครงการต้องการ จากห้องทดลองและผู้จัดจำหน่ายไปจนถึงเซิร์ฟเวอร์และคน รายงานทางเทคนิคที่ครบถ้วน, โมเดลและข้อมูลของมันเปิด: ข้อมูลโมเดล และ โค้ดโมเดล
คุณจะช่วยได้ยังไง
- นำความเชี่ยวชาญของคุณมา เราต้องการคนที่รู้เรื่อง กลไกทางอากาศของเครื่องบินลำเล็กๆ อุโมงค์ลม พลังงานอิเลคทรอนิกส์ วิศวกรรมโครงสร้าง หรือการติดตามนก เสนองานที่ต้องทำ.
- ขอที่อยู่บนหลังคาด้วย หลังคาเรียบลมแรง เข้าถึงได้ปลอดภัย สามารถรองรับผู้บิน 10 ตารางเมตร บอกเรามาว่ามันอยู่ไหน และรู้สึกยังไง
- แบ่งปันข้อมูลลม ถ้าคุณทำสถานีสภาพอากาศบนหลังคา ชายฝั่ง หรือสะพาน การวัดลมตลอดปีช่วยเราเลือกที่ทดลอง
- ทดสอบที่บ้าน พัดลมกันน้ำราคาถูก เครื่องปรับสัญญาณและเครื่องวัดความถี่บนระเบียงที่ลมแรง วัดความดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า ที่ลมที่แตกต่างกัน และส่งตัวเลขมาให้เรา
- สนับสนุนมูลนิธิ บริจาคไปยัง กระทรวงการคลัง และทำให้งานวิจัยของเรา รวมถึงเรื่องนี้ ยังคงดำเนินต่อไป
ต้นฉบับ
- ฮาวีย์, ดีเอ., บันซาล, เอ. และโฮล์มส์, เอส. (2011). การออกแบบและประสิทธิภาพของกังหันลมขนาดเซนติเมตรสำหรับการเก็บเกี่ยวพลังงาน วัสดุและโครงสร้างสมาร์ท 20, 085021.
- โอฮย่า, ว. และคาราซูดานิ, ที (2010). เครื่องกังหันลมที่ถูกปกคลุมด้วยผ้า ผลิตพลังงานสูง ด้วยเทคโนโลยีเลนส์ลม กระแสไฟฟ้า 3(4), 634-649.
- วิลเลียมส์, ว. ว.; เดอ โอลิเวียร์, จี.; อาวาลอน, เอฟ.; และแวน บูเซล, จี.เจ.ดับเบิลยู. (2018). ปรับปรุงกังหันลมและความไวต่อตำแหน่งของโรเตอร์ วิทยาศาสตร์พลังงานลม 3, 221-229.
- กระทรวงพาณิชย์ (2008). ขนาดเล็กพลังงานลม: ความเข้าใจเชิงนโยบายและคำแนะนำทางปฏิบัติ.
- ศิลปินแห่งชาติ (2009). รายงานสุดท้ายของการทดสอบลมวอร์วิก.
- ห้องปฏิบัติการแห่งชาติแปซิฟิกเหนือตะวันตก (2024) รายงานตลาดพลังงานลมกระจาย, ฉบับปี 2024กำลังลมขนาดเล็กโดยเฉลี่ย $7,370 ต่อกิโลวัตต์ที่ติดตั้ง และอัตราการผลิต 13% ในปี 2023
- Lazard (เดือนมิถุนายน 2024). ค่าพลังงานที่ปรับระดับ+.
- อิริน่า (2024) ค่าใช้จ่ายในการผลิตพลังงานทดแทนในปี 2023.
- กำแพงโอดิซี่ การใช้ไฟฟ้าต่อที่อยู่อาศัย, EU.
- US Energy Information Administration (2022). ค่าเฉลี่ยการใช้ไฟฟ้าในบ้าน.
- ความสูญเสีย, S.R., วิลล์, T. และมาร่า, P.P. (2013). ประมาณการของการตายจากอุบัติเหตุนกที่โรงงานลมในสหรัฐอเมริกา ชีววิทยาการอนุรักษ์ 168, 201-209.