• riccardo

把風力渦輪機移到高海拔地區

Updated: Nov 5



 

你有沒有想過把風力渦輪機移到高海拔地區?即使這聼起來很奇怪,還是有一些很好的工程原理。


因爲台灣的風力行業一直發展著,所以在台灣我有很多機會跟那個行業的專家接觸。其實,在那些人裏,有兩個人跟我常討論關於工程和有趣的想法。最近我們一起聊著關於高海拔地區風力的力量。這件文章討論把風力渦輪機移到高海拔地區的機會。我們還介紹簡單相關的工程和參數。


我們可以用這個近似數學公式來表示風力渦輪機的力量:

P = [ rho x A x V^3 ] / 2

  • P: 風力渦輪機的力量

  • Rho: 空 氣密度

  • A: 風力渦輪機前面表面

  • V: 空氣速度

我們能驗證這個公式:

力量 = P 【W = F x V = N x m / s = kg x m^2 / sec^3】 ,

而且我們的公式是: rho 【kg/m^3】 x A 【m^2】 x V^3 【m^3/sec^3】 = 【kg x m^2 / sec^3】 跟力量一樣 -> 這個公式是對的!


不管難以處理的參數,我們可以發現不一樣海拔的結果:

空氣速度: 在100-150m海拔地區,空氣速度大概3 m/sec (figure 1)。在700 m海拔地區area,空氣速度大概6-7 m/sec (figure 1)。所以高海拔地區的空氣速度比正常海拔地區的大 +100%。

Figure 1: https://www.researchgate.net/figure/Average-wind-over-the-Netherlands-versus-the-altitude-1-3_fig4_27351003

空氣密度: 在100-150m海拔地區,空氣密度大概1.2kg/m^3 (Figure 2)。在700m海拔地區,空氣密度大概1.1kg/m^3 (Figure 2)。所以高海拔地區的空氣密度比正常海拔地區的大 -10%。

Figure 2: https://www.engineeringtoolbox.com/air-altitude-density-volume-d_195.html

如果我們在那個近似的公式裏用那些不同的參數,我們發現高海拔的力量比正常海拔的大 x9倍。目前看起來我們應該試著用高海拔地區的空氣。然而,在現實中,我們有一些重要的問題。


首先,在高海拔地區用風力渦輪機不容易。即使改進 x9 倍,可是因爲正常的風力渦輪機有大概 80 m 的輪子,所以爲了生成跟正常機器一樣的力量,我們還需要大於 26 m 的輪子:


因爲 P = 【rho x (A) x V^3】/2,

所以 【1.2 x (3.14x(80/2)^2)x 3^3】 /2 差不多 【1.1 x (3.14x(26/2)^2)x 6.5^3】 /2


在 700m 海拔地區用那麼大的機器不舒服。其次,因爲重量,我們最好分離渦輪和裏面的發電機,然後放在地上發電機最後用別的方法發動在地上的發電機。


爲了解決那些問題,我們能用風箏或者一樣的機器一直連接到地上的發電機的電纜。其實公司和行業專家在試試看一樣的辦法。如果您認為這種話題有意思,讓我們介紹一些從行業來的資料 (from the multinational corporation Shell plc): Link


 

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