Mulini a vento in campi vuoti. Perché niente alberi?

Ho notato che i mulini a vento sono generalmente costruiti in campi vuoti senza alberi intorno, e mi chiedevo perché ...

Un mulino a vento è generalmente molto più alto degli alberi e posso immaginare che gli alberi non influenzino effettivamente il flusso (vedi foto).

Ma è questo il motivo per cui non c'è nulla in giro o c'è qualcos'altro che li fa sprecare così tanto spazio intorno? E il profilo di velocità dalla prima figura è realistico?

Se cerco la teoria della convezione esterna, il profilo di velocità si presenta così per il flusso su un plateau: nel secondo caso, la velocità non sarebbe più alta se ci fosse un ostacolo? O è perché l'ostacolo è un mezzo poroso che smorza il flusso? E infine, il profilo di velocità a livello terrestre sembra così? C'è davvero un'origine o è completamente turbolenta fino in fondo?

— Physther
fonte

La mia ipotesi è la facilità di costruzione e le preoccupazioni di autorizzazione sono le ragioni principali. Ma aspetterò l'esperto di energia eolica residente e la sua risposta.

— mart

Ma dopo la costruzione, puoi piantare alberi. Eppure ciò non accade. Per quanto riguarda il permesso, non vedo il collegamento con gli alberi. Puoi per favore spiegare di più cosa intendi con questo? (Tieni presente che stiamo parlando di alcune centinaia di metri quadrati in cui non vi è altro che campi (o colture in alcuni siti).

— Physther

@Paul "Ma dopo la costruzione, puoi piantare alberi" - Gli alberi non tendono a crescere bene dove ci sono venti forti. Scopri il motivo per te;)

— alephzero,

Nel luogo in cui vivo, le turbine potrebbero non trovarsi a diverse centinaia di metri da legni, corsi d'acqua, strade, abitazioni ecc. È regolamentato, per proteggere quelle aree sia dall'interruzione della costruzione che da qualsiasi interruzione o rischio che potrebbero insorgere durante 20 anni di operazione.

— Kate Gregory,

Grazie Kate! Questo è quello che ho pensato all'inizio. Quindi immagino sia una combinazione di tutto, fisica, regolamentazione, biologia ecc.

— Physther,

Risposte:

Gli alberi aumentano la turbolenza dell'aria che raggiunge le turbine. Ciò crea ogni sorta di carichi irregolari e che si spostano rapidamente sulle pale e sulla struttura. Ciò aumenta i costi di manutenzione, diminuisce la disponibilità, diminuisce il fattore di capacità e riduce l'aspettativa di vita della turbina. Quindi, costi più elevati, minori entrate.

Uno dei modi in cui misuriamo l'impatto è il coefficiente di rugosità superficiale . Ecco le cifre del libro " Energia eolica - I fatti ". Come puoi vedere, le foreste e i boschi hanno uno molto più alto rispetto ai terreni agricoli aperti, e questo significa una turbolenza maggiore. $z_0$ $z_0$

L'open land rende inoltre più facile l'accesso fisico al sito. Ciò è particolarmente importante durante la costruzione, quando veicoli molto lunghi trasportano ciascuna lama (40-60 metri di lunghezza) in un unico pezzo.

— EnergyNumbers
fonte

Grande! Grazie mille! Questo ha un senso totale!

— Physther,

Turbolenza: che è anche la spiegazione del perché con i tipi più moderni (diciamo altezze del mozzo di ~ 160 metri) sono effettivamente fattibili ed economicamente praticabili all'interno dei boschi. Un accesso più semplice è anche solo in parte un problema in quanto i forestieri coltivati hanno una solida infrastruttura per macchinari pesanti come le mietitrici. (Nonostante altre preoccupazioni ecologiche come gli uccelli.)

— Ghanima

C'è anche una ragione non ingegneristica: le persone più aperte a posizionare le turbine sulla loro terra sono gli agricoltori interessati al reddito extra.

Le turbine non sono (ancora) poste vicino alle aree edificate, che generalmente lasciano grandi fattorie, lotti non sviluppati e riserve naturali. Ottenere un permesso di costruzione per un'impresa commerciale in una riserva naturale è quasi impossibile, e lotti non sviluppati potrebbero essere suddivisi in zone per l'edilizia abitativa, il che proibirebbe anche l'erezione di turbine eoliche.

— Simon Richter
fonte

Sembra una buona ragione. Non ci ho mai pensato.

— Physther,

Questa ragione è solo metà della verità. In effetti i proprietari di foreste condividono lo stesso incentivo degli "agricoltori" (o più precisamente i proprietari dei rispettivi terreni agricoli). La costruzione di centrali elettriche comporta un reddito secondario in entrambi i casi. (La domanda è su alberi e foreste che non sono necessariamente riserve naturali.)

— Ghanima

Guarda come e perché funziona il "limite di Betz" .

Man mano che l'energia viene persa nel primo diagramma verso gli alberi, il flusso d'aria attraverso e intorno agli alberi si espande e rallenta.

Tale rallentamento riduce l'energia disponibile per la turbina.

(nota. Non sono un esperto di energia eolica residente!)

— Brian Drummond
fonte

Grazie Brian. Bene, l'energia cinetica sotto le eliche sarebbe più bassa a causa degli alberi, ma a nessuno importa di quella parte (fintanto che gli alberi sono più piccoli). Quindi, con o senza alberi, il flusso a livello di elica non dovrebbe essere influenzato, giusto? Questo, se la prima immagine rappresenta un caso reale. Se la seconda immagine è più realistica, allora sì, influenzerà il flusso. La legge di Betz è interessante, ma ritengo irrilevante per questa particolare domanda. Non lo sapevo, pensavo, quindi grazie!

— Physther,

No. L'intuizione di Betz è che la massa d'aria più lenta deve occupare un volume maggiore (pensate a un fiume lento e largo invece di rapide poco profonde, entrambe con lo stesso flusso di massa). Pertanto deve espandersi - e ciò significa verso l'alto, nel percorso della turbina. Che il cambiamento di flusso sia laminare o turbolento dipende dal "numero di Reynolds" e dalla velocità del vento, ma se è turbolento puoi aspettarti problemi maggiori.

— Brian Drummond,