Почему бы нам просто не построить гигантскую ветряную турбину?

Мощность, вырабатываемая ветротурбиной, определяется как:

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

Куда:

• $ \ rho = \ text {Плотность воздуха} $
• $ C = \ text {Коэффициент производительности} $
• $ A = \ text {Лобная область} $
• $ V = \ text {Скорость ветра} $

Другими словами, мощность пропорциональна квадрату длины лопастей и кубу скорости ветра. Как известно, скорости ветра на больших высотах велики. Итак, вместо того, чтобы строить множество небольших ветряных турбин, почему мы не можем просто построить гигантскую ветряную турбину, скажем, высотой 1000 м? Сначала это может быть инженерной задачей, но разве это не будет более экономичным в конце? В конце концов, Бурдж-Халифа в Дубае имеет высоту 828 метров.

Почему мы не можем построить три колонны вместо одной, чтобы поддерживать такую ​​структуру? Почему мы не можем построить один на море?

Vestas V164 имеет номинальную мощность 8,0 МВт, имеет общую высоту   220 м (722 футов), диаметром 164 м (538 футов), для оффшорного использования,   и является крупнейшей в мире ветровой турбиной   введение в 2014 году.

Не все масштабируется линейно. В частности, площадь поперечного сечения опор требует масштабирования быстрее, чем высота конструкции, все остальное поддерживается постоянным. Это объясняет, почему муравьи имеют крошечные тонкие ноги по сравнению со слонами. Муравей, линейно увеличенный до размера слона, не сможет стоять или сломать ноги, пытаясь.

То же самое происходит с ветряными турбинами. Как вы упоминаете, вы получаете некоторые преимущества, увеличивая их, но вы также игнорируете недостатки. Мало того, что опорная конструкция для большой турбины должна быть непропорционально больше, чем меньшая, также увеличивается нагрузка от ветра, и эта нагрузка выше. Это создает непропорционально больший крутящий момент на опоре, который необходимо каким-то образом отразить.

Тогда есть проблемы производства и обслуживания. Строительство 500-метровых лезвий будет затруднено, особенно с учетом того, что их необходимо будет собирать в полевых условиях, где это будет более дорогостоящим и более сложным, чем в контролируемой среде на заводе.

В последние годы ветровые турбины стали очень большими по указанным вами причинам. Достижения в области материалов и производства могут позволить им стать еще больше и при этом иметь экономический смысл, но из-за нелинейного характера масштабирования различных вещей всегда будет определенное приятное место.

Стоимость ветряной турбины не пропорциональна ее размеру - как и все, что необходимо изготовить, стоимость экспоненциально возрастает по мере того, как производство становится более сложным, помимо того, что было сделано. С точки зрения недвижимости на месте, строительство гигантской ветряной турбины может быть более эффективным (может быть, на самом деле не так, потому что проблемы со стабильностью могут потребовать, чтобы основание было намного шире, чтобы две турбины могли соответствовать), но это никоим образом значит экономичный. Зачем строить самый высокий небоскреб из когда-либо построенных (если не для славы), если у вас есть место для многих домов? Не говоря уже о страшной опасности иметь многотонный генератор и сотни метров вращающейся смерти, угрожающей убить любого в радиусе 1,5 км, если что-то пойдет не так. Я также подозреваю, что у вала будет слишком высокая инерция, чтобы вращаться с разумной скоростью, когда ветер не постоянен: генерируемое напряжение пропорционально скорости вращения вала. Наконец, я чуть не забыл: будете ли вы очень счастливчиком, который поднимается по 1-километровой лестнице, чтобы обслуживать генератор? Хорошо, это скорее шутка, а не реальная проблема, поскольку ветряная турбина будет настолько большой, что внутри нее можно будет построить лифт, но это еще одна вещь, которая вам не нужна в ветротурбинах разумных размеров.

Будучи квалифицированным инженером-строителем, я могу сказать, что экологические соображения намного важнее структурных или геотехнических, особенно когда они строятся на суше. Большая опора для ветряной турбины не будет стоить вам значительно, в то время как ущерб окружающей среде может быть значительным. Любая инфраструктура должна рассматриваться как жизнеспособная, включая:

1. Проектное рассмотрение, которое является только одним соображением (как упомянуто в ответах выше)
2. Воздействие на окружающую среду
3. Визуальное воздействие
4. Экономическая оценка
5. Общественные интересы
6. Пределы высоты из-за авиационных правил
7. и так много других факторов, которые выше ответы не в состоянии решить любой

В качестве другого примера, вы можете легко обосновать экономическую ценность и преодолеть трудности проектирования строительства башни высотой 1000 м в центре города, но всегда есть такая большая оппозиция, как и в любой другой инфраструктуре.