Mengapa kita tidak membangun turbin angin raksasa saja?

Daya yang dihasilkan oleh turbin angin diberikan oleh:

$$ \ mathrm {Power} = \ frac {1} {2} C \ rho AV ^ 3 $$

Dimana:

• $ \ rho = \ text {Air density} $
• $ C = \ text {Koefisien kinerja} $
• $ A = \ text {Area depan} $
• $ V = \ text {Kecepatan angin} $

Dengan kata lain, kekuatannya sebanding dengan kuadrat panjang bilah dan kubus kecepatan angin. Seperti yang kita ketahui, kecepatan angin tinggi di ketinggian. Jadi, alih-alih membangun banyak turbin angin yang lebih kecil, mengapa kita tidak bisa membuat turbin angin raksasa yang tingginya 1000 m? Itu mungkin tantangan teknis pada awalnya, tetapi bukankah itu lebih ekonomis pada akhirnya? Lagi pula, Burj Khalifa di Dubai tingginya 828 m.

Mengapa kita tidak bisa membangun tiga bukannya satu pilar untuk mendukung struktur seperti itu? Mengapa kita tidak bisa membangunnya di laut?

Vestas V164 memiliki kapasitas pengenal 8,0 MW, memiliki tinggi keseluruhan   220 m (722 kaki), diameter 164 m (538 kaki), untuk penggunaan lepas pantai,   dan merupakan turbin angin berkapasitas terbesar di dunia sejak itu   pengantar pada tahun 2014.

Tidak semuanya berskala linier. Secara khusus, luas penampang penopang membutuhkan skala yang lebih cepat dari ketinggian struktur, semuanya tetap konstan. Ini menjelaskan mengapa semut memiliki kaki tipis mungil dibandingkan dengan gajah. Seekor semut yang naik secara linear hingga ukuran gajah tidak akan mampu berdiri, atau akan mematahkan kakinya saat mencoba.

Hal yang sama terjadi pada turbin angin. Anda mendapatkan beberapa keuntungan untuk menjadikannya lebih besar, seperti yang Anda sebutkan, tetapi Anda juga mengabaikan kekurangannya. Tidak hanya harus dukungan struktural untuk turbin besar menjadi lebih besar daripada yang lebih kecil, ada juga lebih banyak memuat angin, dan memuat lebih tinggi. Itu menempatkan torsi lebih besar secara tidak proporsional pada pemasangan yang harus dilawan.

Lalu ada masalah manufaktur dan pemeliharaan. Membangun bilah 500 m akan sulit, terutama mengingat bilah-bilah tersebut harus dirakit di ladang yang biayanya lebih mahal dan lebih sulit untuk dilakukan dengan baik daripada di lingkungan yang terkendali di pabrik.

Turbin angin menjadi sangat besar dalam beberapa tahun terakhir, untuk alasan yang Anda sebutkan. Kemajuan material dan manufaktur memungkinkan mereka untuk menjadi lebih besar dan masih masuk akal secara ekonomi, tetapi karena sifat non-linier bagaimana berbagai hal skala, akan selalu ada beberapa sweet spot yang terbatas.

Biaya turbin angin tidak sebanding dengan ukurannya - seperti segala sesuatu yang perlu dibuat, biaya meningkat secara eksponensial karena pembuatan menjadi lebih kompleks, di luar apa yang telah dilakukan. Dalam hal real estat di darat, membangun turbin angin raksasa mungkin lebih efisien (mungkin tidak sebenarnya, karena masalah stabilitas mungkin memerlukan pangkalan menjadi lebih luas ke titik dua turbin bisa cocok), tetapi itu tidak berarti ekonomis. Mengapa membangun gedung pencakar langit tertinggi yang pernah dibangun (jika bukan karena ketenaran) jika Anda memiliki ruang untuk banyak rumah? Belum lagi bahaya menakutkan memiliki generator multiton plus ratusan meter kematian berputar yang mengancam untuk membunuh siapa pun dalam radius 1,5 km jika ada yang salah. Saya juga curiga poros akan memiliki inersia terlalu tinggi untuk berputar pada tingkat yang masuk akal ketika angin tidak konstan: tegangan yang dihasilkan sebanding dengan kecepatan poros. Akhirnya, saya hampir lupa: apakah Anda akan menjadi orang yang sangat beruntung memanjat tangga 1 km untuk memelihara generator? Oke ini lebih merupakan lelucon daripada masalah nyata, karena turbin angin akan sangat besar sehingga dapat dibangun di dalamnya, tapi itu satu hal lagi yang tidak Anda butuhkan dalam turbin angin berukuran cukup.

Menjadi insinyur sipil yang berkualifikasi, saya dapat memberitahu Anda pertimbangan lingkungan jauh lebih penting daripada pertimbangan struktural atau geoteknis terutama ketika mereka dibangun di darat. Pijakan besar untuk turbin angin tidak akan membebani Anda secara signifikan sementara kerusakan lingkungan bisa sangat besar. Segala infrastruktur memiliki semua pertimbangan untuk dianggap layak termasuk:

1. Pertimbangan desain yang hanya satu pertimbangan (sebagaimana disebutkan dalam jawaban di atas).
2. Dampak lingkungan
3. Dampak visual
4. Evaluasi ekonomi
5. Kekhawatiran publik
6. Batas ketinggian karena peraturan penerbangan
7. dan begitu banyak faktor lain yang jawaban di atas gagal mengatasinya.

Untuk memberi Anda contoh lain, Anda dapat dengan mudah menjustifikasi nilai ekonomi dan mengatasi kesulitan desain membangun menara setinggi 1000 m di tengah kota tetapi selalu ada begitu banyak pertentangan terhadap itu, sama dengan infrastruktur lainnya.