Wiatraki w pustych polach. Dlaczego nie ma drzew?

Zauważyłem, że wiatraki są zwykle budowane na pustych polach bez drzew i zastanawiam się, dlaczego ...

Wiatrak jest ogólnie o wiele wyższy niż drzewa i mogę sobie wyobrazić, że drzewa w rzeczywistości nie wpływają na przepływ (patrz zdjęcie).

Ale czy to jest powód, dla którego nie ma nic wokół, czy jest coś innego, co zmusza ich do marnowania tak dużej przestrzeni? Czy profil prędkości z pierwszej liczby jest realistyczny?

Gdybym szukał teorii konwekcji zewnętrznej, profil prędkości wygląda następująco dla przepływu nad płaskowyżem: W drugim przypadku, czy prędkość nie byłaby większa, gdyby istniała przeszkoda? A może dlatego, że przeszkoda jest porowatym medium, które tłumi przepływ? I na koniec, czy profil prędkości na poziomie ziemi wygląda tak? Czy naprawdę ma to swoje źródło, czy może jest całkowicie niespokojne?

mechanical-engineering fluid-mechanics thermodynamics heat-transfer Physther
źródło

Sądzę, że łatwość budowy, a obawy dotyczące pozwoleń są głównymi powodami. Ale poczekam na eksperta od energii wiatrowej i jego odpowiedź.

mart

Ale po budowie możesz sadzić drzewa. A jednak tak się nie dzieje. Co do pozwolenia, nie widzę związku z drzewami. Czy możesz wyjaśnić więcej, co przez to rozumiesz? (Należy pamiętać, że mówimy o kilkuset metrach kwadratowych, na których nie ma nic oprócz pól (lub upraw w niektórych miejscach).

Physther

@Paul „Ale po budowie można sadzić drzewa” - drzewa nie rosną dobrze tam, gdzie jest silny wiatr.

Dowiedz się,

Tam, gdzie mieszkam, turbiny nie mogą znajdować się w odległości kilkuset m od jakiejkolwiek działki drzewnej, strumienia, drogi, domu itp. Jest to przepis mający na celu ochronę tych obszarów zarówno przed zakłóceniami budowy, jak i przed ciągłymi zakłóceniami lub ryzykiem, które mogą powstać w ciągu 20 lat od operacja.

Kate Gregory

Dziękuję, Kate! Tak myślałem na początku. Sądzę więc, że jest to połączenie wszystkiego, fizyki, przepisów, biologii itp.

Physther

Odpowiedzi:

Drzewa zwiększają turbulencje powietrza docierającego do turbin. Tworzy to wszelkiego rodzaju nierównomierne, szybko zmieniające się obciążenia ostrzy i konstrukcji. Zwiększa to koszty utrzymania, zmniejsza dostępność, zmniejsza współczynnik wydajności i zmniejsza oczekiwaną żywotność turbiny. Tak więc wyższe koszty, niższe przychody.

Jednym ze sposobów pomiaru uderzenia jest współczynnik chropowatości powierzchni . Oto dane z książki „ Energia wiatru - fakty ”. Jak widać, lasy i lasy mają znacznie wyższe niż otwarte pola uprawne - a to oznacza większe turbulencje. $z_0$ $z_0$

Otwarty teren ułatwia także fizyczny dostęp do strony. Jest to szczególnie ważne podczas budowy, kiedy bardzo długie pojazdy przenoszą każde ostrze (40-60 metrów długości) w jednym kawałku.

EnergyNumbers
źródło

Świetny! Dziękuję Ci bardzo! To ma sens!

Physther

Turbulencja: jest to również wytłumaczenie, dlaczego w przypadku najnowocześniejszych typów (np. Wysokości piasty ~ 160 metrów) są one faktycznie wykonalne i opłacalne ekonomicznie w lasach. Łatwiejszy dostęp jest tylko częściowo problemem, ponieważ uprawiane lasy mają solidną infrastrukturę dla ciężkich maszyn, takich jak kombajny. (Niezależnie od innych problemów ekologicznych, takich jak ptaki.)

Ghanima

Istnieje również powód niezwiązany z inżynierią: ludzie najbardziej otwarci na umieszczanie turbin na swojej ziemi to rolnicy zainteresowani dodatkowym dochodem.

Turbiny nie są (jeszcze) umieszczane w pobliżu obszarów zabudowanych, które na ogół pozostawiają duże gospodarstwa, niezabudowane działki i rezerwaty przyrody. Uzyskanie pozwolenia na budowę dla przedsiębiorstwa komercyjnego w rezerwacie przyrody jest prawie niemożliwe, a niezabudowane działki mogą być przeznaczone pod zabudowę mieszkaniową, co również zabraniałoby wznoszenia turbin wiatrowych.

Simon Richter
źródło

To brzmi jak dobry powód. Nigdy o tym nie myślałem.

Physther

Ten powód to tylko połowa prawdy. W rzeczywistości właściciele lasów mają taką samą motywację jak „rolnicy” (a ściślej właściciele odpowiednich gruntów rolnych). Po wybudowaniu elektrowni w obu przypadkach dochód jest wtórny. (Pytanie dotyczy drzew i lasów, które niekoniecznie są rezerwatami przyrody.)

Ghanima

Zobacz, jak i dlaczego działa „limit Betza” .

Gdy energia jest tracona na pierwszym schemacie na drzewach, przepływ powietrza przez drzewa i wokół nich rozszerza się i zwalnia.

To spowolnienie zmniejsza energię dostępną dla turbiny.

(uwaga. Nie jestem rezydentem w dziedzinie energetyki wiatrowej!)

Brian Drummond
źródło

Dziękuję, Brian. Cóż, energia kinetyczna poniżej śmigieł byłaby niższa z powodu drzew, ale nikt nie dba o tę część (o ile drzewa są mniejsze). Więc z drzewami lub bez nich, przepływ na poziomie śmigła nie powinien mieć wpływu, prawda? To, jeśli pierwszy obraz reprezentuje prawdziwy przypadek. Jeśli drugi obraz jest bardziej realistyczny, to tak, wpłynie na przepływ. Prawo Betza jest interesujące, ale myślę, że nie ma znaczenia dla tego konkretnego pytania. Nie wiedziałem o tym, pomyślałem, więc dziękuję!

Physther

Nie. Wgląd Betza jest taki, że wolniej poruszająca się masa powietrza musi zajmować większą objętość (pomyśl o szerokiej wolnej rzece zamiast szybkich, szybkich bystrzy, obie o tym samym przepływie masy). Dlatego musi się rozszerzyć - a to oznacza w górę, na ścieżkę turbiny. To, czy ta zmiana przepływu jest laminarna czy turbulentna, zależy od „liczby Reynoldsa” i prędkości wiatru, ale jeśli jest burzliwa, możesz spodziewać się większych problemów.

Brian Drummond,