Moinhos de vento em campos vazios. Por que não há árvores?

Notei que os moinhos de vento geralmente são construídos em campos vazios, sem árvores ao redor, e eu me pergunto por que ...

Um moinho de vento é geralmente muito mais alto que as árvores e posso imaginar que as árvores não afetam o fluxo (veja a figura).

Mas é por isso que não há nada por perto ou há algo que os faz desperdiçar tanto espaço? E o perfil de velocidade da primeira figura é realista?

Se eu procuro a teoria da convecção externa, o perfil de velocidade se parece com o fluxo sobre um platô: no segundo caso, a velocidade não seria maior se houvesse um obstáculo? Ou é porque o obstáculo é um meio poroso que amortece o fluxo? E, por fim, o perfil de velocidade no nível da Terra está assim? Existe realmente uma origem ou é totalmente turbulento?

— Physther
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Meu palpite é a facilidade de construção e as preocupações com licenças são os principais motivos. Mas vou esperar o especialista em energia eólica residente e sua resposta.

— mart

Mas após a construção, você pode plantar árvores. E, no entanto, isso não acontece. Quanto à licença, não vejo a conexão com as árvores. Você pode explicar mais o que você quer dizer com isso? (Por favor, tenha em mente que estamos falando de algumas centenas de metros quadrados onde não há nada mas os campos (ou culturas em alguns sites).

— Physther

@ Paul "Mas após a construção, você pode plantar árvores" - As árvores não tendem a crescer bem onde há ventos fortes. Descobrir a razão pela qual você mesmo;)

— alephzero

Onde eu moro, as turbinas podem não estar a várias centenas de metros de qualquer lote de madeira, riacho, estrada, casa etc. Operação.

— 22716 Kate

Obrigado Kate! Foi o que pensei no começo. Então eu acho que é uma combinação de tudo, física, regulamentos, biologia etc.

— Physther

Respostas:

As árvores aumentam a turbulência do ar que atinge as turbinas. Isso cria todo tipo de cargas desiguais e de rápida mudança nas lâminas e na estrutura. Isso aumenta os custos de manutenção, diminui a disponibilidade, diminui o fator de capacidade e diminui a expectativa de vida da turbina. Portanto, custos mais altos, menor receita.

Uma das maneiras de medir o impacto é o coeficiente de rugosidade da superfície . Aqui estão os números do livro " Energia Eólica - Os Fatos ". Como você pode ver, florestas e bosques têm um muito mais alto do que terras agrícolas abertas - e isso significa maior turbulência. $z_0$ $z_0$

O terreno aberto também facilita o acesso físico ao site. Isso é particularmente importante durante a construção, quando veículos muito longos transportam cada lâmina (40 a 60 metros) em uma única peça.

— EnergyNumbers
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Ótimo! Muito obrigado! Isso faz total sentido!

— 23416 Physther

Turbulência: que também é a explicação do porquê dos tipos mais modernos (por exemplo, alturas de cubo de ~ 160 metros) são realmente viáveis e economicamente viáveis dentro de florestas. O acesso mais fácil também é apenas em parte um problema, já que as florestas cultivadas têm uma infraestrutura sólida para máquinas pesadas, como as colheitadeiras. (Sem prejuízo de outras preocupações ecológicas como pássaros.)

— Ghanima

Também existe uma razão não relacionada à engenharia: as pessoas mais abertas a colocar turbinas em suas terras são agricultores interessados na renda extra.

As turbinas ainda não estão localizadas perto de áreas construídas, o que geralmente deixa grandes fazendas, lotes não desenvolvidos e reservas naturais. A obtenção de uma licença de construção para uma empresa comercial em uma reserva natural é quase impossível, e lotes não desenvolvidos podem ser divididos em áreas para habitação, o que também proibiria a construção de turbinas eólicas.

— Simon Richter
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Isso soa como uma boa razão. Nunca pensei nisso.

— 23416 Physther

Essa razão é apenas metade da verdade. De fato, os proprietários de florestas compartilham o mesmo incentivo que os "agricultores" (ou mais precisamente os proprietários das respectivas terras agrícolas). Tendo as usinas montadas, há uma renda secundária em ambos os casos. (A questão é perguntando sobre árvores e forrests que não são necessariamente as reservas naturais.)

— Ghanima

Veja como e por que o "limite de Betz" funciona.

À medida que a energia é perdida em seu primeiro diagrama para as árvores, o fluxo de ar que atravessa e ao redor das árvores se expande e diminui.

Essa desaceleração reduz a energia disponível para a turbina.

(nota. Eu não sou o especialista em energia eólica residente!)

— Brian Drummond
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Obrigado Brian. Bem, a energia cinética abaixo das hélices seria menor devido às árvores, mas ninguém se importa com essa parte (desde que as árvores sejam menores). Portanto, com ou sem árvores, o fluxo no nível da hélice não deve ser afetado, certo? Isso, se a primeira imagem representar um caso real. Se a segunda imagem for mais realista, sim, afetará o fluxo. A lei de Betz é interessante, mas acho irrelevante para essa questão em particular. Eu não sabia disso, pensei, então obrigada!

— Physther

Não. O insight de Betz é que a massa de ar em movimento mais lento deve ocupar um volume maior (pense em um rio largo e lento, em vez de corredeiras rápidas e rasas, ambas com o mesmo fluxo de massa). Portanto, ele deve se expandir - e isso significa para cima, no caminho da turbina. Se essa mudança no fluxo é laminar ou turbulenta depende do "número de Reynolds" e da velocidade do vento, mas se for turbulento, você poderá esperar problemas maiores.

— Brian Drummond