Размер на вятърната турбина Vs. Мощност

Хората използват вятърна енергия в продължение на хиляди години, но подновеният интерес, който не се основава на изкопаеми горива, доведе до бързо нарастване на разпространението на вятърните турбини. Извличането на енергия от вятър е концептуално просто: вятърът се движи по лопатките на вентилатора, които завъртат вал, който върти електрически генератор. Капацитетът на мощността на вятърната турбина се изчислява лесно и да, зависи от размера на турбината.

Вятърът се състои от въздух в движение и се състои от газообразни молекули. Кинетичната енергия на която и да е молекула въздух е равна на половината от нейната маса, умножена по нейната скорост на квадрат. Когато духа вятър, масата на въздуха, която преминава през дадена област, е равна на площта, умножена по скоростта на вятъра по плътността на въздуха. Събирайки тези две парчета, енергията, съдържаща се в вятъра, духащ през дадена област, е равна на половината от плътността на въздуха по площта, умножена по кубичната скорост. Бърз начин за изчисляване на мощността във вятър, във ватове на квадратен метър, е умножаването на куба на скоростта на вятъра в метри в секунда по 0,625. Ако скоростта на вятъра е в мили в час, умножавате куба по 0,056. Това означава, че вятърът от 12 метра в секунда (малко над 5 мили в час) носи близо 1100 вата на квадрат метър, докато вятърът от 4 метра в секунда (по-малко от 2 мили в час) носи само 40 вата на квадрат метър. Три пъти по-голямата скорост на вятъра носи 27 пъти повече енергия.

Пометената площ на вятърната турбина е общата площ, покрита от въртене на лопатките. За познатите вятърни турбини с хоризонтална ос с две или повече лопатки, които се въртят в кръг, пометената площ е равна на pi умножена по дължината на едно острие. На машина с дължина на острието 40 метра (131 фута), пометената площ е повече от 5000 квадратни метра (почти 54 000 квадратни фута) - почти един и четвърт акра. Мощността, преминаваща през тази област, може да бъде изчислена чрез умножаване на 5000 квадратни метра по 0,625 пъти скоростта на вятъра на куб за 12 метра в секунда вятър, което показва, че вятърът, който духа през тази зона, носи повече от 5 мегавата мощност. Същият вятър, духащ покрай турбина с 28-метрова (92 фута) лопатки, има обширна площ от около 2500 квадратни метра (27 000 квадратни фута) и носи около 2,5 мегавата мощност.

Това, че вятърът носи определено количество мощност през пометената зона на вятърна турбина, не означава, че вятърната турбина произвежда толкова много енергия. Всъщност дори и най-добрата възможна турбина не може да събере цялата тази енергия. Ако го направи, тогава въздухът непосредствено зад остриетата ще бъде неподвижен, което означава, че вятърът отпред няма къде да отиде. Максималното възможно количество енергия, която една вятърна турбина може да събере, е по-малко от 60 процента от общото количество. В реалния свят се прокрадват други неефективност - неща като енергия, загубена от триене, шум и съпротивление в проводниците - за намаляване на общото извличане на мощност до около 30 до 40 процента от общото вятърната енергия.

Всяка вятърна турбина има номинална мощност. Това е максималната мощност, която тя ще произвежда за всеки момент, в който турбината работи при номиналната си скорост на вятъра. За съжаление, всяка турбина има различна номинална скорост на вятъра, което затруднява сравняването им. Освен това всяка турбина има скорости на включване и изключване. Това са съответно ниските и високите скорости на вятъра, извън които турбината не произвежда електричество. Ефективността на турбината между тези две крайности се измерва в крива на мощността. Количеството енергия, която една вятърна турбина може да произведе през дадена година, зависи от кривата на мощността и профила на скоростта на вятъра. Реалната произведена енергия, разделена на енергията, която турбината би могла да произведе, ако тя винаги работи на пълен работен ден, се нарича фактор на капацитета. Въпреки че по-голямата вятърна турбина обикновено ще може да улавя повече вятърна енергия, тя може да няма най-високия коефициент на капацитет в дадено място.