Mengapa kita tidak membangun turbin angin raksasa saja?

7

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.

Chong Lip Phang
sumber
4
Biaya vs manfaat biasanya merupakan argumen terhadap peningkatan skala.
Paul
Namun kemudian ada juga argumen inovasi vs penolakan terhadap perubahan. Saya ingin melihat beberapa turbin seluler (roda / ulat) & gt; turbin setinggi 1 km yang didukung oleh pondasi silang yang diproduksi secara massal di pantai yang dikerahkan di sekitar laut!
Chong Lip Phang

Jawaban:

13

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.

Olin Lathrop
sumber
Itu Square-Cube-Law menyerang lagi!
Jörg W Mittag
Mengatakan sayap pembom B-2 adalah 172 kaki dan secara matematis panjang terbaik untuk efisiensi jadi mungkin ada titik keringat dari bade turbin angin.
Muze
@Muze: Panjang terbaik untuk efisiensi tidak terbatas. Panjang sayap optimal untuk desain tertentu tergantung pada banyak faktor. Ini termasuk efisiensi, tetapi juga biaya, kemampuan struktural, kemampuan manuver, kinerja pada berbagai kecepatan, sudut serangan yang dapat digunakan, dll., Dll.
Olin Lathrop
5

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.

Mister Mystère
sumber
Menarik. Saya kira kita bisa menggunakan lift. :) Mengenai keselamatan dan pemeliharaan, tidakkah Anda lebih suka merawat satu turbin angin 1000m daripada ratusan turbin angin 100m, dengan asumsi kita menggunakan formula itu?
Chong Lip Phang
@ ChongLipPhang, jika Anda memiliki banyak turbin 100m, Anda dapat melakukannya hari ini dan besok. Jika Anda hanya memiliki satu turbin 1000m, Anda perlu memanjat semuanya dalam satu hari, memperbaikinya, dan turun kembali. Kecuali jika Anda menambahkan "kamar" setengah jalan di mana Anda bisa tidur, tetapi kemudian Anda memiliki banyak masalah lain (instalasi seperti air dan kotoran).
Wasabi
4
Ada juga efek down time: jika salah satu dari 100 turbin angin tidak berfungsi, itu bukan masalah besar. Jika itu satu-satunya, maka Anda memiliki masalah. 100 mungkin terlihat seperti jumlah yang besar, tetapi ada terlalu banyak hal yang menentang pembangunan hanya satu, menurut saya. Tapi siapa tahu, mungkin tidak ada yang bisa membangun turbin angin di masa-masa awal, dan sekarang kita bisa, konservasi menang!
Mister Mystère
Keuntungan lain dari turbin 100 m "kecil" adalah, secara paradoks, Anda membutuhkan lebih banyak. Yang membawa Anda lebih dekat ke penghematan ekonomi dari produksi massal, daripada manufaktur dalam jumlah kecil.
Brian Drummond
-2

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.

Amir
sumber
Pertanyaannya adalah mengapa turbin tidak lebih besar. Ini tidak menjawab apa-apa mengapa turbin yang lebih kecil akan lebih baik daripada turbin besar yang menambahkan daya yang sama.
Olin Lathrop
@ OlinLathrop, saya kira saya lebih berpengalaman dan berkualifikasi daripada yang Anda ketahui tentang proyek infrastruktur. Jawaban Anda sebenarnya adalah jawaban yang tidak sempurna karena saya telah melakukan cukup proyek serupa untuk memberi tahu Anda masalah utama mengenai turbin angin adalah pertimbangan lingkungan dan bukan masalah struktural atau geoteknis.
Amir
Namun, saya perhatikan bahwa Anda mengubah jawaban ini setelah meninggalkan komentar saya sebelumnya.
Olin Lathrop
Maka Anda bisa menghapus suara turun Anda jika Anda senang!
Amir
Pertama, saya tidak menurunkan jawaban ini. Kedua, Anda masih belum benar-benar menjawab pertanyaan itu. Anda mengutip kekhawatiran tentang turbin angin secara umum, tetapi tidak ada poin Anda yang menjelaskan mengapa lebih banyak turbin lebih baik daripada turbin besar lebih sedikit.
Olin Lathrop