حجم توربينات الرياح مقابل حجم التوربينات الريحية. قوة

يستخدم البشر طاقة الرياح منذ آلاف السنين ، لكن الاهتمام المتجدد بتوليد الطاقة غير القائم على الوقود الأحفوري أدى إلى زيادة سريعة في انتشار توربينات الرياح. يعد استخراج الطاقة من الرياح أمرًا بسيطًا من الناحية المفاهيمية: تتحرك الرياح فوق شفرات المروحة التي تدير عمودًا يقوم بتدوير مولد كهربائي. يتم حساب سعة طاقة توربينات الرياح بسهولة ، ونعم ، فهي تعتمد على حجم التوربينات.

تتكون الرياح من هواء متحرك وتتكون من جزيئات غازية. الطاقة الحركية لأي جزيء هواء مفرد تساوي نصف كتلته مضروبة في مربع سرعته. عندما تهب الرياح ، فإن كتلة الهواء التي تمر عبر أي منطقة معينة تساوي المنطقة مضروبة في سرعة الرياح مضروبة في كثافة الهواء. عند وضع هاتين القطعتين معًا ، فإن الطاقة الموجودة في الرياح التي تهب عبر منطقة معينة تساوي نصف كثافة الهواء مضروبة في المنطقة مضروبة في السرعة مكعبة. طريقة سريعة لحساب قوة الرياح ، بالواط لكل متر مربع ، هي ضرب مكعب سرعة الرياح بالأمتار في الثانية في 0.625. إذا كانت سرعة الرياح بالأميال في الساعة ، فستضرب المكعب في 0.056. وهذا يعني أن سرعة الرياح التي تبلغ 12 مترًا في الثانية (ما يزيد قليلاً عن 5 أميال في الساعة) تحمل ما يقرب من 1100 واط لكل مربع متر ، بينما نسيم 4 أمتار في الثانية (أقل من 2 ميل في الساعة) يحمل 40 واط فقط لكل متر مربع متر. إن سرعة الرياح الأكبر بثلاث مرات تحمل 27 ضعفًا من الطاقة.

مساحة التوربينات الهوائية هي المساحة الإجمالية التي تغطيها دوران الريش. بالنسبة إلى توربينات الرياح ذات المحور الأفقي المألوفة ذات الشفرتين أو أكثر التي تدور في دائرة ، فإن مساحة الانجراف تساوي pi في طول الشفرة الواحدة. على آلة يبلغ طول نصلها 40 مترًا (131 قدمًا) ، تبلغ مساحة المسح أكثر من 5000 متر مربع (حوالي 54000 قدم مربع) - أي ما يقرب من فدان واحد وربع. يمكن حساب القدرة التي تمر عبر تلك المنطقة بضرب 5000 متر مربع في 0.625 ضعف سرعة الرياح تكعيب لرياح تبلغ سرعتها 12 مترًا في الثانية ، مما يدل على أن الرياح التي تهب عبر تلك المنطقة تحمل أكثر من 5 ميغاواط من قوة. نفس الرياح التي تهب عبر التوربينات ذات الشفرات 28 مترًا (92 قدمًا) تبلغ مساحتها حوالي 2500 متر مربع (27000 قدم مربع) ، وتحمل حوالي 2.5 ميغاواط من الطاقة.

فقط لأن الرياح تحمل قدرًا معينًا من الطاقة عبر منطقة جرف توربينات الرياح لا يعني أن توربين الرياح ينتج هذا القدر من الطاقة. في الواقع ، حتى أفضل التوربينات الممكنة لا يمكنها حصاد كل هذه الطاقة إذا حدث ذلك ، فسيظل الهواء خلف الشفرات مباشرة ، مما يعني أن الرياح التي أمامك لن يكون لها مكان تذهب إليه. أقصى قدر ممكن من الطاقة يمكن أن تحصده توربينات الرياح أقل من 60 في المائة من الإجمالي. في العالم الحقيقي ، تتسلل أوجه عدم الكفاءة الأخرى - أشياء مثل الطاقة المفقودة بسبب الاحتكاك والضوضاء و المقاومة في الأسلاك - لتقليل استخراج الطاقة الإجمالي إلى حوالي 30 إلى 40 في المائة من الإجمالي قوة الرياح.

كل توربينات رياح تحمل تصنيفًا للطاقة. هذه هي الطاقة القصوى التي ستنتجها في كل لحظة يعمل فيها التوربين بسرعة الرياح المقدرة. لسوء الحظ ، كل توربين له سرعة رياح مختلفة ، مما يجعل المقارنة بينها أكثر صعوبة. بالإضافة إلى ذلك ، كل توربينة لها سرعات قطع وتقطيع. هذه ، على التوالي ، سرعات الرياح المنخفضة والعالية التي لا ينتج عنها التوربين كهرباء. يتم قياس كفاءة التوربين بين هذين الطرفين في منحنى القدرة. تعتمد كمية الطاقة التي يمكن توقع إنتاجها من توربينات الرياح في سنة معينة على منحنى الطاقة وملف تعريف سرعة الرياح. الطاقة الفعلية المنتجة مقسومة على الطاقة التي يمكن أن ينتجها التوربين إذا كان يعمل دائمًا بدوام كامل يسمى عامل القدرة. على الرغم من أن توربينات الرياح الأكبر ستكون قادرة بشكل عام على التقاط المزيد من طاقة الرياح ، فقد لا يكون لها أكبر عامل قدرة في موقع معين.