Können wir die Stärke eines Hurrikans mit Windkraftanlagen reduzieren?

Obwohl ich nicht bereit bin, das Geld auszugeben, um Zugang zu dem Papier zu erhalten, springt eine Ausgabe bei einer beiläufigen Lektüre des Abstracts ins Auge - Turbinendesign. Die Antwort von Honeste_vivere erwähnt die Möglichkeit, eine Farm zu zerstören, und die Zusammenfassung enthält: „Die Verringerung der Windgeschwindigkeit aufgrund großer Arrays erhöht die Überlebenswahrscheinlichkeit selbst gegenwärtiger Turbinenkonstruktionen.“ Was auf dieser Ebene zu fehlen scheint, ist die Notwendigkeit, Turbinen herzustellen, die bei Orkanwinden effektiv arbeiten. Aktuelle Geräte sind dazu einfach nicht in der Lage, und da jede Turbine einen begrenzten Betriebsbereich für einen effizienten Betrieb hat, ist alles, was in der Lage ist, zu funktionieren, wenn ein Hurrikan zuschlägt, die meiste Zeit nutzlos.

Dies scheint im Prinzip möglich, würde aber unter anderem sehr hohe Investitionen in Forschung und Entwicklung erfordern, die Turbinen müssten viel robuster sein als derzeitige Konstruktionen (und daher teurer) und das Testen von Betriebseinheiten wäre offensichtlich problematisch.

Ebenfalls nicht erwähnt und in der Antwort von ehrliche_vivere nicht untersucht, wie man die entnommene Energie abführen würde. Wenn die Leistung nicht dissipiert wird, können die Turbinen sie nicht extrahieren. Riesige Heizgeräte auf dem Meer, die Wärme ins Meerwasser leiten? Ich vermute, dass eine erfolgreiche Hurrikan-Verbesserung für Heizgeräte mit weniger als 100 Quadratkilometern katastrophale ökologische Folgen haben würde.

Zwischen dem Bedarf an dedizierten Hurrikanturbinen und dem Bedarf an Energieableitungsstrukturen scheinen die Kosten sehr hoch zu sein.

Aber andererseits habe ich den Artikel nicht gelesen, also könnte ich mich irren.

Lösung nach Windenergie- und Kostengesichtspunkten:

Typischer Auslegungsbereich 10–20 m/s: Windkraftanlagen sind so ausgelegt, dass sie bei etwas über der normalen mittleren Windgeschwindigkeit maximale Leistung erzeugen, sodass die Gesamtenergieabgabe pro Gesamtbetriebskosten maximiert wird. Dies führt typischerweise zu optimalen Betriebsgeschwindigkeiten im Bereich von 10–20 m/s. Windkraftanlagen produzieren bereits Energie zu nicht subventionierten Kosten, die etwas über denen aus traditionelleren Quellen liegen – daher ist die Minimierung der Kapitalkosten wichtig. Angenommen, die Turbine kann die gesamte angebotene Energie bei bis zu 20 m/s (72 km/h, 45 mph) absorbieren und ist „bei Windgeschwindigkeiten darüber gefedert, um die Leistung auf maximalem Niveau zu halten. (In der Praxis kann eine Turbine auf Null heruntergefahren werden Leistung und Geschwindigkeit bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten, anstatt bei maximaler Leistung begrenzt zu werden.)
Typische Designaspekte

Die Windenergie steigt mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit – eine Verdoppelung der Windgeschwindigkeit führt zu einer 8-fachen Erhöhung der Energie im Wind.

Erhöhungen der Windgeschwindigkeit über das Auslegungsmaximum hinaus können durch Federn und Verhindern einer erhöhten Energieabsorption überlebt werden - aber eine Erhöhung der Windgeschwindigkeit um den Faktor 2 wird die Fähigkeit, die vorhandene zusätzliche Energie zu absorbieren, vollständig und vollständig übersteigen. Um die Windgeschwindigkeit von beispielsweise 45 m/s auf 20 m/s zu reduzieren, muss mehr als zehnmal so viel Energie entfernt werden, wie normalerweise bei voller Leistung entnommen würde.
( 45^3/25^3 )- 1 = 10,39 x zusätzliche Energie.

Schlussfolgerung: Ökonomische Erwägungen (ganz abgesehen von anderen praktischen Implementierungsfaktoren) machen ein Design, das eine „gelegentliche“ Verringerung der Hurrikanstärke zulässt, unpraktisch.

Hinzugefügt:

Chuck Simmons hat die folgenden zwei nützlichen verwandten Links bereitgestellt.

Zähmung von Hurrikanen mit Arrays von Offshore-Windkraftanlagen

Mark Z. Jacobson Cristina Archer, Willet Kempton Wind Energy Symposium University of Delaware, 27. Februar 2013

[ Stanford Report, 26. Februar 2014 Offshore-Windparks könnten Hurrikane zähmen, bevor sie Land erreichen, sagt eine von Stanford geleitete Studie ](( http://news.stanford.edu/news/2014/february/hurricane-winds-turbine-022614 .html )

Beachten Sie die Menge und Größe der oben genannten Turbinen und ihre erforderliche Spitzenleistung im Vergleich zu der Energie, die ihnen bei allen anderen Gelegenheiten zur Verfügung stehen würde. Um wirtschaftlich gerechtfertigt zu sein, müsste eine solche Installation wahrscheinlich nur auf der Grundlage ihrer Fähigkeit zur Reduzierung von Hurrikanschäden kalkuliert werden. Dies mag sich in manchen Kontexten als vertretbar erweisen, aber die benötigte Menge ist in Bezug auf die Energieerzeugung nicht „nützlich“ oder finanziell vertretbar. (z. B. kostet eine 2-MW-Turbine normalerweise$3M -$4M installiert. Beginnen Sie damit, aufgrund von Skaleneffekten auf der niedrigen Seite zu irren. Eine Anordnung von 78.000 großen Turbinen, wie im obigen Artikel vorgeschlagen, würde
~= 78.000 x 3.000.000 =~ 240 Milliarden Dollar kosten. Da diese offshore sind und notwendigerweise am äußersten oberen Ende des Robustheitsbereichs liegen, wären die Kosten wahrscheinlich höher oder viel höher.
Hurrikan Katrina (der sechstschädigendste US-Hurrikan aller Zeiten) hatte geschätzte Kosten von etwa 125 Milliarden Dollar – wobei auch etwas höhere und niedrigere Zahlen vorgeschlagen wurden. Das WT-Array wird nicht alle Hurrikanschäden verhindern. Wenn es den Schaden um 10 % reduzieren könnte, spart es 12,5 Milliarden. Wenn um 25% dann 60B. Ein Hurrikan hier und ein Hurrikan dort und nach einer Weile summieren sich all diese Beträge zu echtem Geld – aber Sie sollten viele davon während der Lebensdauer Ihres Sturmtöters abwehren, um seine 240 Mrd. (und vielleicht das Doppelte) zu rechtfertigen ) kosten. Da Einsparungen in der Zukunft und in ferner Zukunft erfolgen, bedeutet die Amortisation der Einsparungen durch diskontierten Cashflow, dass Sie Dutzende von Wirbelstürmen erheblich mildern müssten, um sich auszuzahlen. Könnte ein solches Array dies tun? Vielleicht ja, aber sehr wahrscheinlich nicht.

Beachten Sie, dass, wenn die Energiedissipation ohne alltägliche Energieerzeugung der einzige Schwerpunkt ist, andere Mittel zur Hurrikan-Energiedissipation zu geringeren Kosten möglich sind.

FWIW: Entgegen dem Vorschlag in der Anmerkung zur Bearbeitung habe ich die zitierten und frei lesbaren Informationen gelesen und verstanden. Energie von der Außenseite eines Hurrikans abzuwaschen ist „ein guter Anfang“, aber letztendlich muss das Array beträchtliche Energie abführen, um nützlich zu sein. Die Papiere schlugen vor, dass der Hurrikan durch Verlangsamung der peripheren Winde dazu gebracht werden kann, sich von selbst "zu entspannen". Ein guter Trick, wenn Sie es können. Kanst du? offen.

Ich denke, hier muss man aufpassen.

Die Gesamtleistung , die in einem Hurrikan enthalten ist, reicht von$1 \times 10^{12}$Zu$6 \times 10^{14}$Watt oder 1 bis 600 TW. Der Weltenergieverbrauch im Jahr 2008 betrug 20.279 TWh. Es sind 8760 Stunden/Jahr, somit lag unsere Verbrauchsrate bei ~2,31 TW (1 TW =$10^{12}$W).

Der Punkt ist, dass die Energie, die Sie pro Sekunde verbrauchen müssten, bis zum 260-fachen des gesamten weltweiten Energieverbrauchs beträgt.

Die kurze Antwort auf die Frage, die Ihr Titel dieses Beitrags stellt, lautet also nein.

Ob Windparks dazu beitragen können, die Stärke von Hurrikanen zu reduzieren, bevor sie auf Land treffen, ist eine andere Frage. Wenn der Zweck darin besteht, einen Sturm zu schwächen, kann die Herstellung von Windparks, die groß genug sind, je nach Stärke kostspieliger sein (in Bezug auf die Produktion und Reparaturen nach jedem Sturm) als die Auswirkungen jedes Hurrikans. Offensichtlich werden einige Hurrikane Schäden im Wert von mehreren Milliarden Dollar (USD) verursachen , andere sind jedoch finanziell nicht so kostspielig. Leider ist Geld der Hauptantrieb für politische Entscheidungsträger, nicht Machbarkeit, Logik oder Menschenleben. Ich denke also, der Hauptteil Ihrer Frage betrifft eher die Wirtschaft als die Physik.

Die von Ihnen zitierte Artikelreferenz besagt, dass man Windkraftanlagen mit einer Größe von über 300 GW benötigen würde, um diese Effekte zu erzielen. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht zeigt, dass die durchschnittlichen Kosten für Windenergie ~ 31.000 $ /MW betragen. Daher beträgt ein Produktionsniveau von 1 GW nur ​​31 Millionen US-Dollar für grundlegende Betriebs- und Wartungskosten. Windkraftanlagen mit einer Größe von über 300 GW würden über 9 Milliarden US-Dollar kosten . Es könnte sich also schwer verkaufen, besonders wenn ein Sturm eine ganze Farm effektiv zerstören könnte, was die Gesamtkosten von Sturmschäden erhöhen würde.

Eine schnelle Google-Suche bringt neben dem kostenlosen Paper-Abstract ein paar zusätzliche Ressourcen zum Vorschein. Stanford hat eine Zusammenfassung des Papiers , und die University of Delaware hat Folien, die mit einem Vortrag über das Papier verbunden sind.

Derzeit gibt es Offshore-Windkraftanlagen, die das Gegenteil eines Flugzeugpropellers sind: Windenergie wird in Strom umgewandelt und bremst dadurch den Wind. Aus diesem Grund werden moderne Großwindkraftanlagen etwa einen halben Kilometer voneinander entfernt aufgestellt: 4 Anlagen pro Quadratkilometer. Dies ist der in der Arbeit verwendete Abstand (siehe Folien). (Außerdem verfügt der Windpark Whitlee über 215 Turbinen, die über 55 km ² verteilt sind .)

Eine der wichtigsten Erkenntnisse aus der Zusammenfassung, die andere Antworten anscheinend übersehen haben, ist, dass der Hurrikan „gezähmt“ wird, wenn Windkraftanlagen mit den relativ langsamen Außenwinden des Hurrikans interagieren. "Dies führt zu einer Verringerung der Wellenhöhe, wodurch die Luftbewegung zum Zentrum des Hurrikans verringert und der zentrale Druck erhöht wird, was wiederum die Winde des gesamten Hurrikans verlangsamt und schneller zerstreut."

Die Stärke des Orkans wird reduziert, bevor die stärkeren Zentralwinde zum Problem für die Windenergieanlagen werden können, die in jedem Fall Orkane der Kategorie 2 bis 3 (Winde mit 180 km/h) aushalten können.

Windkraftanlagen sind so konzipiert, dass sie Energie effizient abführen, hauptsächlich durch Übertragung des erzeugten Stroms in das Stromnetz. Windkraftanlagen sind so konzipiert, dass sie Lasten abladen, wenn das Netz nicht die gesamte verfügbare Energie aufnehmen kann. Ein Standarddesign besteht darin, den mit Wasser gefüllten Monopile zu erhitzen, der die Turbine trägt.

Das Papier diskutiert einen Offshore-Windpark, der sich über 20.000 Quadratkilometer erstreckt. Beim Abladen wird die Energie also großflächig abgeführt.

Für den Hurrikan Sandy diskutiert das Papier den Abbau von 1/16 des Jahres 2030 der weltweiten Stromerzeugungskapazität. Dies ist in etwa vergleichbar mit der Stromerzeugungskapazität der US-Ostküste. Also, ja, Sie möchten ein effizientes Netz, das in der Lage ist, einen erheblichen Teil des erzeugten Stroms an einen sinnvollen Ort zu leiten. In diesem Zusammenhang würde es im Golf und entlang der Ostküste zahlreiche massive Anlagen von Turbinen geben. Alle diese Turbinen würden sich die Arbeit des Abladens von Überlast teilen.

Die Kosten der Arrays werden ausgeglichen durch: * Die Kosten des erzeugten Stroms; * Die Kosten des vermiedenen Schadens; * Die vermiedenen Kosten für andere Bauwerke (z. B. Deiche), die stattdessen gebaut würden.

Die Physik der bestehenden Windturbinen spielt also keine Rolle; die Physik der Energiedissipation ist kein Thema; und die Kosten der Turbinen spielen keine Rolle. Nun, ob Sie Millionen von Turbinen an der Süd- und Ostküste der Vereinigten Staaten wollen oder nicht … das kann ein Problem sein.

[Ich habe keinen ausreichenden Ruf, um Links zu meinen Quellen zu posten. Ich fordere einen Leser auf, meinen Text zu bearbeiten, um '@'-Zeichen zu entfernen, die verwendet werden, um die Links von der Software zu maskieren, und dann diesen Kommentar zu entfernen.]

Interessante Frage, die mich sogar zum Lachen brachte. Wie bereits erwähnt, ist die Kraft eines Hurrikans zu hoch, um an irgendein Netz angeschlossen zu werden. Darüber kam mein Lachen; "Riesige Heizgeräte auf dem Meer, die Wärme ins Meerwasser leiten?" -Warum?

Weil es im Grunde die Hitze des Meeres ist, die dem Hurrikan die Energie zuführt, und daher würde diese Art von System nichts bewirken. Die Hauptrotation würde einfach über diesen Windkraftanlagen stattfinden. Um dies alles zu verstehen, müssen wir die Funktionsweise eines Hurrikans studieren ;

Grundsätzlich hat die Hitze des Meeres einen zu hohen Druck im Vergleich zum oberen Atmosphärendruck. Wärme wird in den Weltraum abgestrahlt, und die Wolken reflektieren die Energie der Sonne zurück. Dies bewirkt eine extreme Abkühlung der Atmosphäre und damit erstaunlich niedrige Drücke dort.

„Hochdruck“/Temperatur im Meer, Niederdruck/Temperatur am Himmel. Dies ist die Hauptursache für den Antrieb des Hurrikans. Es ist einfach die Art der Natur, diesen Unterschied auszugleichen.

Der Punkt dieser Frage ist also folgender; Es ist die Physik, die dem Design von Turbinen zugrunde liegt, deren Zweck im Grunde darin besteht, die Luftgeschwindigkeit zu verlangsamen, anstatt sie zu erhöhen.

Wie oben erwähnt, wäre es mit Turbinenschaufeln und Generatoren unmöglich. Es gibt einfach keinen Ort, an den Sie die Energie stecken könnten.

Aber die Frage ist "Verlangsamung der Luftgeschwindigkeit" und dies müsste entfernt werden, was der Natur hilft, ihr Gleichgewicht zu finden.

Der einfachste Weg, die Luftgeschwindigkeit zu verlangsamen, besteht darin, die Druckdifferenz zu verringern, die die Geschwindigkeit überhaupt erst verursacht. Die Natur tut es durch Verdunstung . Aber es könnte effizienter durch eine Art mechanische Transpiration hergestellt werden.

Wenn die Energie von Windmühlen verwendet wird, um das Meerwasser hinter der Turbine zu pumpen und zu versprühen, würde die Summe des „evapotranspirierten“ Wassers enorm erhöht. Der Luftdruckunterschied an der Windkraftanlage würde lokal verringert und die Windkraftanlage somit auch vor stärksten Winden geschützt.

Aber das Wasser kondensiert hinter den Schaufeln, wie man es in Flugzeugen sieht? Ja, aber der Grund ist die Temperatur. Die Geschwindigkeit wird erhöht, dadurch sinkt der Druck , aber auch die Temperatur . Der Druckabfall erhöht die Verdampfung , es ist der Temperaturabfall, der es zum Kondensieren zwingt .

Hinter der Windturbine herrschen also ganz optimale Bedingungen, um Wasser zu verdampfen. Die Energiemenge, die abgeführt werden muss, ist extrem;
Wenn wir mit 60 TW rechnen, müssten wir 26 500 000 kg Wasserdampf / Sekunde produzieren.

Schauen wir uns an, was ein einzelnes Windkraftwerk bewirken könnte; Eine 6-MW-Windturbine hat einen Turbinendurchmesser von 126 m, und ihr Turm ist vielleicht 100 m hoch. Sie erreicht die Nennleistung bei 14 m/s Windgeschwindigkeit. Abschaltung bei 30 m/s. Da die Windkraft auf V^3 geht , ist die Spitzenleistung meistens nur ein Netzverbindungsproblem.

Die Fläche dieser Turbine beträgt 12500 m2, und bei 14 m/s beträgt die Windleistung ( mit Betzlaw ) 13,2 MW, sodass die Turbine mit ca. 50 % Wirkungsgrad arbeitet. Also nur bei 18,5 m/s und 30% Wirkungsgrad wäre es schon wirklich realistisch, 3 MW Leistung zu haben, um Wasser zu pumpen. Wenn das Wasser auf 100 m Höhe gepumpt wird und wir es verdampfen wollen, müssen wir 100 bar Druck verwenden ; das bedeutet insgesamt 110 bar oder 1100 m Druckhöhe. Mit 3 MW könnten 278 kg/s gefördert werden. Wenn eine einfache Sprinklerdüse ausreichen würde, dann könnte die Menge bei 20 bar 1529 kg/s betragen; Die Verlustleistung beträgt 3 470 MW, was sich bei 30 MW Brt-Leistung der Windturbine ziemlich genau auf 3,5 GW summiert.

ANTWORTEN; 11,6 % der Energie der 600 TW größten Hurrikane;

70 TW könnten mit 20 000 Windturbinen abgeführt werden. Die Kosten dieser Turbinen würden 120 Milliarden Dollar betragen, was in etwa der gleichen Größenordnung entspricht wie die Kosten des Hurrikans Katarina. Die Spitzenstromerzeugung könnte nur 120 GW absorbierbar sein, da der durchschnittliche Verbrauch in den USA 500 GW beträgt.

Dies bedeutet aber, dass das Waterspraying eine positive Wirkung hat, ansonsten ist diese Idee Unsinn.