Molinos de viento en campos vacíos. ¿Por qué no hay árboles?

Me di cuenta de que los molinos de viento generalmente se construyen en campos vacíos sin árboles alrededor, y me he estado preguntando por qué ...

Un molino de viento es generalmente mucho más alto que los árboles y me imagino que los árboles no afectan el flujo (ver foto).

Pero, ¿es esta la razón por la que no hay nada alrededor o hay algo más que les haga desperdiciar tanto espacio? ¿Y el perfil de velocidad de la primera figura es realista?

Si busco la teoría de la convección externa, el perfil de velocidad se ve así para el flujo sobre una meseta: en el segundo caso, ¿no sería mayor la velocidad si hubiera un obstáculo? ¿O es porque el obstáculo es un medio poroso que amortigua el flujo? Y, por último, ¿se ve así el perfil de velocidad a nivel de la tierra? ¿Realmente tiene un origen o es completamente turbulento?

— Physther
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Mi conjetura es la facilidad de construcción y las preocupaciones sobre los permisos son razones principales. Pero esperaré al experto en energía eólica residente y su respuesta.

— Mart

Pero después de la construcción, puedes plantar árboles. Y sin embargo, esto no sucede. En cuanto al permiso, no veo la conexión con los árboles. ¿Puede explicar más qué quiere decir con eso? (Tenga en cuenta que estamos hablando de unos cientos de metros cuadrados donde no hay nada más que campos (o cultivos en algunos sitios).

— Physther

@Paul "Pero después de la construcción, puedes plantar árboles" - Los árboles no tienden a crecer bien donde hay vientos fuertes.

— Averigüe

Donde vivo, las turbinas pueden no estar dentro de varios cientos de metros de cualquier bosque, arroyo, camino, casa, etc. Es una regulación, para proteger esas áreas tanto de la interrupción de la construcción como de cualquier interrupción o riesgo continuo que pueda surgir durante 20 años de operación.

— Kate Gregory

Gracias Kate! Eso es lo que pensé al principio. Así que supongo que es una combinación de todo, física, regulaciones, biología, etc.

— Physther

Respuestas:

Los árboles aumentan la turbulencia del aire que llega a las turbinas. Eso crea todo tipo de cargas desiguales que cambian rápidamente en las cuchillas y la estructura. Eso aumenta los costos de mantenimiento, disminuye la disponibilidad, disminuye el factor de capacidad y disminuye la vida útil de la turbina. Entonces, mayores costos, menores ingresos.

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La tierra abierta también facilita el acceso físico al sitio. Eso es particularmente importante durante la construcción, cuando los vehículos muy muy largos llevan cada cuchilla (40-60 metros de largo) en una sola pieza.

— Números de energía
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¡Excelente! ¡Muchas gracias! Eso tiene mucho sentido!

— Physther

Turbulencia: que también es la explicación de por qué los tipos más modernos (digamos alturas de cubo de ~ 160 metros) son realmente factibles y económicamente viables dentro de los bosques. El acceso más fácil también es solo en parte un problema, ya que los bosques cultivados tienen una infraestructura sólida para maquinaria pesada como cosechadoras. (No obstante otras preocupaciones ecológicas como las aves.)

— Ghanima

También hay una razón que no es de ingeniería: las personas más abiertas a colocar turbinas en sus tierras son agricultores interesados en obtener ingresos adicionales.

Las turbinas (todavía) no se colocan cerca de áreas urbanizadas, lo que generalmente deja grandes granjas, lotes no desarrollados y reservas naturales. Obtener un permiso de construcción para una empresa comercial en una reserva natural es casi imposible, y los lotes no desarrollados pueden dividirse en zonas para viviendas, lo que también prohibiría la construcción de turbinas eólicas.

— Simon Richter
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Eso suena como una buena razón. Nunca pensé en eso.

— Physther

Esa razón es solo la mitad de la verdad. De hecho, los propietarios de los bosques comparten el mismo incentivo que los "agricultores" (o más precisamente los propietarios de las tierras agrícolas respectivas). Tener plantas de energía erigidas hay un ingreso secundario en ambos casos. (La pregunta es acerca de los árboles y los bosques que no son necesariamente reservas naturales.)

— Ghanima

Mira cómo y por qué funciona el "límite de Betz" .

A medida que se pierde energía en su primer diagrama hacia los árboles, el flujo de aire a través y alrededor de los árboles se expande y disminuye.

Esa desaceleración reduce la energía disponible para la turbina.

(nota. ¡No soy el experto en energía eólica residente!)

— Brian Drummond
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Gracias Brian. Bueno, la energía cinética debajo de las hélices sería menor debido a los árboles, pero a nadie le importa esa parte (siempre que los árboles sean más pequeños). Entonces, con o sin árboles, el flujo en el nivel de la hélice no debería verse afectado, ¿verdad? Esto, si la primera imagen representa un caso real. Si la segunda imagen es más realista, entonces sí, afectará el flujo. La ley de Betz es interesante, pero creo que es irrelevante para esta pregunta en particular. No sabía sobre eso, pensé, ¡así que gracias!

— Physther

No. La idea de Betz es que la masa de aire en movimiento más lenta tiene que ocupar un volumen mayor (piense en un río ancho y lento en lugar de rápidos rápidos poco profundos, ambos con el mismo flujo de masa). Por lo tanto, debe expandirse, y eso significa hacia arriba, en el camino de la turbina. Si ese cambio en el flujo es laminar o turbulento depende del "número de Reynolds" y la velocidad del viento, pero si es turbulento, puede esperar mayores problemas.

— Brian Drummond el