Domanda:
L'energia eolica è una valida fonte di alimentazione di backup per Mars One?
user838
2013-11-21 13:44:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Una domanda relativa a quali opzioni di alimentazione forniscono una generazione di energia affidabile e sostenibile per una colonia marziana, in particolare la risposta che le fonti di energia solare e nucleare sono le più probabili per qualsiasi colonia marziana. Questo è discusso anche sul sito web di Mars One.

Questo mi porta alla domanda, dato quanto è ventoso Marte, l'energia eolica sarebbe una valida fonte di alimentazione di riserva per la colonia di Mars One?

Modificato per aggiungere: ci sono stati sviluppi nel rendere le banderuole abbastanza sensibili alle condizioni su Marte (o simili)?

Marte potrebbe avere velocità del vento elevate, ma anche l'atmosfera è molto sottile.
@Philipp, sì, è vero, ma è stato fatto del lavoro per adattare la tecnologia che attualmente abbiamo per essere in grado di utilizzare il vento su Marte è davvero quello che sto arrivando.
@UV-D - non si tratta di rendere le banderuole più sensibili - il vento su Marte semplicemente non ha abbastanza energia cinetica per spostare le cose in modo efficace. Se avessimo la tecnologia per generare energia eolica su Marte risolveremmo la crisi energetica globale sulla Terra.
Le risposte a [Potresti sentire il vento su Marte?] (Https://space.stackexchange.com/questions/9301/could-you-feel-the-wind-on-mars) possono essere utili.
Cinque risposte:
#1
+20
Philipp
2013-11-21 14:50:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

No, non proprio.

  1. L'atmosfera di Marte è molto sottile. Ha meno dell'1% della pressione sulla Terra. Ciò significa che ha meno dell'1% della forza del vento sulla Terra con la stessa velocità.
  2. Il vento si verifica solo all'alba o al tramonto. Il vento si verifica quando c'è un gradiente di pressione tra due aree di un'atmosfera. I gradienti di pressione sono causati da gradienti di temperatura e umidità. Sulla terra, questi gradienti si verificano principalmente sulle coste, perché quando il sole splende su un oceano, l'umidità aumenta molto più velocemente e la temperatura molto più bassa di quando splende sulla terraferma. Gli oceani sono uno dei motivi principali per cui il tempo sulla terra è così imprevedibile. Ma su Marte non ci sono gradienti di umidità di cui parlare e i gradienti di temperatura si verificano solo al tramonto o all'alba, quindi il vento è solo due volte a sol.
Grazie per la risposta - hai riferimenti da includere nella tua risposta (preferibilmente non Wikipedia) e che dire degli sviluppi nella tecnologia?
Ma la prevedibilità del vento su Marte lo renderebbe una fonte di energia più affidabile. Quindi questo non dà davvero un motivo per non usarlo, l'unico svantaggio è che ci sarà poco vento durante mezzogiorno e mezzanotte (se ho capito bene).
fibonatico - il vento costante sarebbe molto meglio di questo vento limitato a due volte al giorno (e in ogni caso, è solo intorno all'alba e al tramonto), ma il punto 1 è la chiave qui: il vento non è neanche lontanamente abbastanza forte.
Non sono convinto che il tuo modello dei venti sia sufficientemente completo per essere preciso. Abbiamo misurazioni (preferibilmente basate sulla superficie) che lo confermano?
# 2 non è corretto. Una causa primaria dei gradienti di temperatura sono i cambiamenti nel flusso solare dovuti alla latitudine (questo è il motivo per cui esiste la "corrente a getto"), un fenomeno che esiste anche [su Marte] (https://www.space.com/4050-wild- meteo-terra-marte.html).
#2
+9
SF.
2014-10-22 13:56:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Non è che il vento non sia praticabile, è solo che è meno vitale di altre fonti di energia.

Con una parte così piccola della pressione dell'atmosfera terrestre, anche le alte velocità del vento sono insufficienti.

L'energia scala linearmente con la pressione ma con il quadrato della velocità del vento; per le turbine eoliche sulla Terra la velocità ottimale del vento è di 50 km / h; 200 km / h di Marte aumenterebbero l'energia di un fattore di 16.

Sfortunatamente, la pressione tipica di Marte di 600Pa è 0,006 della media della Terra di 101.300 Pa.

Combinando questi, si imposta efficienza della turbina eolica su Marte un po 'inferiore al 10% della corrispondente turbina sulla Terra . Certo, con una gravità inferiore e una pressione del vento prevista inferiore, la costruzione potrebbe essere significativamente più leggera, ma non ci si dovrebbe comunque aspettare un rendimento molto elevato e la costruzione dovrebbe essere GRANDE per fornire una quantità significativa di energia.

OTOH, mentre Marte, a 1,523679 UA riceve solo circa 0,43 della quantità di luce solare che raggiunge la Terra, l'atmosfera sottile la blocca e la riflette molto meno, il che significa che i pannelli solari su Marte sono efficienti quanto sulla Terra.

Quindi, in modo simile all'impiego di energia geotermica sulla Luna, sì, è possibile e no, non è pratico .

Se i pannelli solari con sistemi di tracciamento hanno all'incirca lo stesso costo e complessità delle turbine eoliche della stessa potenza sulla Terra, su Marte otterresti circa il 10% della produzione di energia solare all'incirca allo stesso costo / impegno , o la stessa energia a 10 volte il costo / impegno rispetto all'energia solare. Forse un po 'meglio se le turbine fossero ottimizzate specificamente per le condizioni di Marte, ma ancora lontane dal pareggio.

Mi piace questa risposta perché hai fatto alcuni calcoli ma ho un seguito. Quanta efficienza potresti guadagnare con le turbine a gravità inferiore? La resistenza sui cuscinetti a sfera dovrebbe essere sostanzialmente inferiore a causa di ciò, ma poi sarebbero soggetti a una maggiore variazione di temperatura ...
@TildalWave: La maggior parte della resistenza sulle turbine eoliche deriva dalla resistenza elettromagnetica del generatore, quindi non c'è molto risparmio qui. Una gravità inferiore e una pressione del vento massima più debole significano meno stress meccanico sui componenti, quindi sia torri più alte (= venti più forti) che turbine più grandi (più superficie = più coppia). Temo che i calcoli di quanto potrebbero essere più grandi e di quanta coppia si potrebbe guadagnare è un calcolo di un mese di tempo di un esperto. Tuttavia, dubito seriamente che ti saresti avvicinato a 10 volte la performance originale; triplicare l'efficienza è una stima ottimistica.
Sì, lo so ma questa è la "buona resistenza" cioè quella che viene convertita in corrente elettrica. Chiaramente le turbine eoliche su Marte dovrebbero essere costruite tenendo presenti _ più ragionevoli aspettative in mente_ (le turbine eoliche della Terra probabilmente non si muovono nemmeno al 10% o consumerebbero elettricità per girare LOL). Ma non riesco a trovare nulla online sulla "cattiva resistenza" quasi tre volte inferiore alla gravità terrestre. C'è qualcosa nei cuscinetti a sfera progettati per Marte, ma questo è tutto. Pensavo avessi più fortuna di me.
@TildalWave: Non ho guardato, perché è un fattore molto secondario. I veri fattori limitanti sono la potenza assorbita dal vento e la durata fisica della costruzione in condizioni di vento estreme (+ costo della costruzione). I requisiti di durata aumentano da qualche parte tra il quadrato e il cubo delle dimensioni delle lame.
Vedere la [curva di potenza in uscita] (http://www.wind-power-program.com/turbine_characteristics.htm) per la Terra, funzionante a ~ 1 bar, 10-14 km / h è dove inizia la turbina, 50 km / h è dove raggiunge la piena capacità. A 90-100km / h si spegne, mettendo le lame in posizione inerte, per evitare danni. Oltre 216 km / h ciò non aiuta e il vento danneggerà comunque la turbina inerte. Su Marte ci si potrebbe aspettare che i venti siano più deboli (assenza di umidità o oceani a causare condizioni meteorologiche estreme), quindi ci si potrebbe aspettare una costruzione più fragile e leggera.
A proposito, tenendo conto del punto di vista: le turbine a 14 km / h si attivano, l'efficienza massima di 50 km / h, ovvero il 28% della velocità del vento, ma l'energia (incluso il lavoro per superare le perdite di attrito) scala con il quadrato della velocità del vento; 14 ^ 2 = 196, 50 ^ 2 = 2500 196/2500 = 0,078 - solo l'8% circa dell'energia viene perso a causa della "cattiva resistenza". Ovviamente molto di più rimane inutilizzato, bypassando le lame o svanendo come campo magnetico inutilizzato, ma non contribuisce negativamente. Quindi, ridurre l'attrito può farci guadagnare solo l'8%; lo sforzo sarebbe meglio speso cercando di raccogliere più energia dall'aria che passa.
#3
+8
PearsonArtPhoto
2018-07-24 23:20:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sì, in una certa misura. Alcuni fatti chiave:

  1. Sebbene l'atmosfera abbia l'1% della pressione della Terra, è costituita principalmente da anidride carbonica (MW = 44) molto più che azoto (MW = 28). Pertanto la pressione effettiva del vento a una data velocità è più vicina al 2% di quella terrestre.
  2. L'energia eolica aumenta con il quadrato della velocità del vento che può essere superiore a quella della Terra.

Questo è stato studiato e il pensiero corrente è che una piccola quantità di capacità di utilizzare l'energia eolica può aiutare quando c'è meno luce solare rispetto all'equatore. La tecnologia è stata testata nelle gallerie del vento che imitano le condizioni di Marte e si è dimostrata funzionante.

Vedi anche questo documento.

Penso che questa sia una risposta migliore! Se (nessun gioco di parole è inteso) o meno il vento è una * più * fonte di energia vitale su Marte è in discussione e dipenderà da molti altri fattori - considerazioni ingegneristiche per esempio - ma è certamente ** una ** opzione praticabile.
#4
+5
uhoh
2018-12-03 19:34:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Risposta parziale, sarebbe molto più difficile che sulla Terra.

GIF: Una giornata ventosa su Marte, ricorda che la gravità di Marte è inferiore a quella della Terra, quindi il vento non è così forte come potrebbe appaiono.

enter image description here

Archiviato da Telltale Procjet presso Mars Simulation Laboratory: https://web.archive.org/web /20120220080017/http://www.marslab.dk/TelltaleProject.html

Preso in prestito da (attualmente senza risposta) Il rivelatore sul Mars Phoenix Lander è stato utilizzato per la meteorologia? Perché non invece un anemometro a filo caldo?

Sviluppo del rivelatore

La pressione dell'aria su Marte è inferiore all'1% della Terra, e questo significa che lo strumento doveva essere estremamente sensibile. Le forze dovute al vento sono dell'ordine di pochi milionesimi di parte di un Newton (lo strumento pesa 20 grammi, il che significa che l'attrazione gravitazionale è di 0,2 Newton). Ciò è stato ottenuto rendendo la parte attiva di lo strumento il più leggero possibile (circa 10 migliaia di grammo). Dopo test intensivi per documentare che l'esperimento sarebbe sopravvissuto alle vibrazioni di lancio e atterraggio, è stato calibrato nella galleria del vento presso il Mars Simulation Laboratory


La potenza per unità di superficie (Watt / m ^ 2) nel vento è data dalla densità di energia cinetica moltiplicata per la velocità:

$$ P = \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 v = \ frac {1} {2} \ rho v ^ 3; $$

è linearmente proporzionale alla densità e cubico alla velocità.

C'è sarà un fattore di estrazione dell'ordine di 0,59 o inferiore. Vedi il limite della legge Betz di 16/27 in:

Quindi, a circa lo 0,6% di pressione della Terra, o circa l'1% della densità, avresti bisogno di un vento 5 volte più veloce per ottenere la stessa potenza, assumendo la stessa efficienza di estrazione.

Il problema è che le perdite dovute all'attrito (aerodinamico meccanico &) e possibilmente più forza per affrontare pale più lunghe e / o tensione maggiore durante la rotazione, e la probabilità molto bassa che il vento sarà 5 volte più veloce rispetto alla Terra significa non sarà facile.

Tuttavia, potrebbero esserci altri sistemi per estrarre energia migliori per Marte rispetto a quelli ottimizzati per la Terra.

Questa è la stessa della risposta [qui] (https://space.stackexchange.com/a/32537/12102) ma vedo che probabilmente una verrà chiusa come duplicata, quindi spostati qui.
InSight ha sensori del vento, quindi un giorno saremo in grado di inserire numeri precisi nelle formule fornite da @uhoh.
#5
  0
johnDanger
2020-06-17 22:42:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

enter image description here

SÌ, durante le tempeste di sabbia marziane:

mentre tutti le altre risposte discutono le condizioni del vento generalmente , non sottolineano che l'energia eolica raggiungerà il picco proprio quando è più necessaria l'alimentazione di riserva, durante una frequente tempesta di polvere marziana.

Queste tempeste di diminuzione dell'energia solare sono causate da venti che raggiungono picchi di 60 miglia all'ora. Secondo la risposta di @ uhoh, ciò equivarrebbe a un vento di 12 mph nell'atmosfera terrestre ( 60/5 = 12 ) che è ben al di sopra il minimo per generare energia, specialmente su un pianeta a gravità inferiore.

Secondo lo scienziato della NASA Ames Michael Flynn (dal primo collegamento):

Solo durante le tempeste di polvere su Marte è c'è abbastanza energia eolica per far funzionare una turbina eolica

L'energia eolica (o nucleare ma buona fortuna che lancia grandi quantità di uranio arricchito dagli Stati Uniti) può essere vitale per insediamento a termine su Marte integrando l'energia solare durante queste tempeste.


Questa risposta all ' ultimo tau di Opportunity era 10,8; cosa significa e come viene definita e misurata la tau? mostra una tempesta di sabbia particolarmente brutta su Marte nell'anno marziano 28 (2006-2007) dove la profondità ottica tau era maggiore di 2 per quasi 40 giorni! Sebbene le batterie possano essere sufficienti per diciamo 16 ore, è improbabile che siano specificate di un fattore 60 per sopportare lunghe tempeste di polvere globali.

enter image description here

enter image description here

@uhoh, bella modifica! Solo per curiosità, per cosa ho ottenuto +8 rep?
Un voto positivo è +10 in reputazione e 1 voto negativo è -2. Man mano che la nostra reputazione aumenta, abbiamo accesso a più funzionalità, inclusa la possibilità di vedere separatamente i voti su e giù https://i.stack.imgur.com/YbqMv.png anche se non so perché non lo fanno disponibile dall'inizio. Penso che questa sia una risposta davvero perspicace e sospetto che il singolo voto negativo sia stato di qualcuno che non si rendeva conto di quale grave problema a volte possano essere queste tempeste!
A volte votare in SE è come il tempo, non ha alcun senso. ;-)


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
Loading...