یک مسئله ریاضی که انرژی باد را تضعیف می کند

شما می توانید یک میلیون دلار برای یافتن راه حلی برای پیش بینی قابل اعتماد چگونگی تعامل جریان های هوا، نسیم و تلاطم در یک مدل ریاضی دینامیک سیالات (در نحوه استفاده بهینه از انرژی باد) به دست آورید.

جایزه هزاره 1 میلیون دلاری برای حل معادلات مانند معادله ناویر-استوکس که اولین بار در قرن 19 فرموله شد، اما هرگز حل نشد، ارائه می شود.

این جایزه نه تنها به این دلیل بسیار مهم است که درک کامل پیچیدگی های قابل توجه دینامیک سیالات برای ریاضیدانان دور از دسترس باقی مانده است، بلکه به دلیل پیامدهای عمده ای که چنین مدلی بر فناوری های متکی به جو مانند نیروی باد خواهد داشت.

در ساده‌ترین شکل، نیروی باد به این صورت عمل می‌کند: باد می‌وزد، توربین می‌چرخد، ژنراتور می‌چرخد و انرژی تولید می‌شود. اما واقعیت بسیار پیچیده تر است. تلاطم تمام آن درک مستقیم از باد + توربین = انرژی را به هم می زند.

نه تنها می‌تواند میزان توان تولید شده در هر روز را کاهش دهد، بلکه بادی که از میان گروهی از توربین‌ها می‌وزد، حتی می‌تواند انرژی را از مزرعه بادی دور کند، همه اینها به عنصر غیرقابل پیش‌بینی تلاطم بستگی دارد.

در حال حاضر (بدون جناس) درک نسبتا ابتدایی ما از دینامیک سیالات چالش بزرگی را برای کارایی و کارایی تولید نیروی باد ایجاد می کند و هر چه بهتر بتوانیم پیچیدگی های باد و آب و هوا را درک کنیم و توضیح دهیم، بهتر می توانیم توربین های بادی و مزارع بادی طراحی کنیم.

هنگامی که مطالعه اخیر منتشر شده در مجله علمی Physics شرایط جوی پیچیده تری (مانند کاهش باد در ارتفاعات بالا) را در مدل خود نسبت به نمونه های ساده تر که معمولاً مورد استفاده قرار می دهند اعمال کرد، محققان دریافتند که توان خروجی برخی از توربین ها به همان میزان کاهش یافته است. به عنوان 30 درصد

Big Think، با ترجمه مقاله به اصطلاحات عادی نوشت، مدل باد جوی پیچیده‌تر و در نتیجه واقعی‌تر مورد استفاده در آزمایش فیزیک شیب‌های فشار عمودی را اضافه می‌کند که نوار باد ساده شده را در ارتفاع پایه مختل می‌کند و باد را در ارتفاعات بالاتر کاهش می‌دهد.

شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که این امر سرعت جت بادی ورودی را کاهش می‌دهد و تلاطمی ایجاد می‌کند که جریان افقی رانده پره‌ها را کند می‌کند. با این حال، تلاطم جریان هوای کافی را از بالای پروانه ها پایین نمی آورد تا افت سرعت افقی را جبران کند.

با گنجاندن این عوامل که با دقت بیشتری شرایط جوی دنیای واقعی را منعکس می کنند، خروجی پیش بینی شده تا 30٪ کاهش یافت.

و ما هنوز باید این واقعیت را در نظر بگیریم که این مدل‌های واقع‌بینانه‌تر هنوز بر اساس مدل‌سازی دینامیک سیالات از نظر ریاضی قابل اعتماد نیستند و چون البته وجود ندارد، Big Think می نویسد: مزارع بادی ممکن است انرژی کمتری نسبت به آنچه ما انتظار داریم تولید کنند، به دلایلی که نمی توان با مدل سازی ساده ما از دینامیک سیالات جوی نشان داد.

در واقع، مدل‌سازی اتمسفر هنوز راه طولانی و طولانی در پیش دارد تا بتوانیم واقعاً از مزارع بادی بهره ببریم.

بهبود کارایی مزارع بادی می تواند گامی کلیدی در جهت دستیابی به اهداف جهانی آب و هوا باشد و سناریوی جهانی به رسمیت شناخته شده انتشار خالص صفر تا سال 2050 شامل معیار تقریباً 900/900 تراوات ساعت تولید برق بادی در سراسر جهان در سال 2030 است.

طبق گفته آژانس بین المللی انرژی، برای دستیابی به این سناریو، جهان باید میانگین سالانه را افزایش دهد و ظرفیت نیروی بادی تقریباً به 250 گیگاوات افزایش یافته است که بیش از دو برابر رکورد قبلی اضافه کردن سالانه است.

در حالی که افزودن توربین‌های بادی بیشتر تمرکز چنین سناریویی است، بهبود کارایی نیروی باد از طریق درک بهتر دینامیک سیالات می‌تواند کمکی غیرقابل دفاع باشد و به طور فزاینده ای آشکار می شود که نیاز به افزودن سریع و گسترده انرژی های تجدیدپذیر با دیگر نیازهای توسعه جهانی، مانند افزایش تقاضا در زمین برای کشاورزی، در تضاد است.

در واقع، رقابت در استفاده از زمین و اختلاف نظرها قبلاً یک مانع بزرگ برای توسعه انرژی پاک در ایالات متحده بوده است.

یک تحلیل اخیر از شرکت مشاوره مدیریت جهانی McKinsey & Company گزارش داد که مزرعه های خورشیدی و بادی در مقیاس کاربردی، حداقل ده برابر بیشتر از نیروگاه های زغال سنگ یا گاز طبیعی، از جمله زمین مورد استفاده برای تولید، به فضای بیشتری در هر واحد نیرو نیاز دارند.

و سوخت‌های فسیلی را انتقال می‌دهند و اینکه توربین‌های بادی اغلب در فاصله نیم مایلی از هم قرار می‌گیرند و به مزارع بادی ردپایی عظیم می‌دهند و بنابراین افزایش کارایی توربین ها از طریق مدل سازی جوی بهتر می تواند یک برد برد برای تولید انرژی و استفاده کارآمد از زمین باشد.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.