把風力渦輪機移到高海拔地區
Updated: Nov 5, 2022
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%。
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%。
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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