Mennesker har brugt vindkraft i tusinder af år, men fornyet interesse for ikke-fossilt brændstofbaseret energiproduktion har ført til en hurtig stigning i spredningen af vindmøller. Udvinding af energi fra vind er begrebsmæssigt simpelt: vind bevæger sig over ventilatorblade, der drejer en aksel, der roterer en elektrisk generator. En vindmølles effektkapacitet beregnes let, og ja, det afhænger af vindmøllestørrelsen.
Energi i vind
Vind består af luft i bevægelse og består af luftformige molekyler. Den kinetiske energi af et enkelt luftmolekyle er lig med halvdelen af dets masse gange dens hastighed i kvadrat. Når der blæser vind, er luftmassen, der passerer gennem et bestemt område, lig med arealet gange vindhastigheden gange luftens tæthed. Når vi sætter disse to stykker sammen, er energien i vinden, der blæser gennem et givet område, lig med halvdelen af lufttætheden gange området gange den kubikhastighed. En hurtig måde at beregne kraften i vind i watt pr. Kvadratmeter er at multiplicere kuben af vindhastigheden i meter pr. Sekund med 0,625. Hvis vindhastigheden er i miles i timen, ganger du terningen med 0,056. Det betyder, at en 12 meter pr. Sekund (lidt over 5 miles i timen) vind bærer næsten 1.100 watt pr. Kvadrat meter, mens en brise på 4 meter pr. sekund (mindre end 3 miles i timen) bærer kun 40 watt pr. kvadrat måler. Vindhastigheden, der er tre gange større, bærer 27 gange mere energi.
Fejet område
En vindmølles fejede område er det samlede areal, der er dækket af en rotation af knivene. For de velkendte vindmøller med vandret akse med to eller flere vinger, der drejer i en cirkel, er det fejede område lig med pi gange længden af et enkelt blad. På en maskine med en bladlængde på 40 meter (131 fod) er det fejede område mere end 5.000 kvadratmeter (næsten 54.000 kvadratfod) - næsten en og en fjerdedel hektar. Kraften gennem dette område kan beregnes ved at multiplicere 5.000 kvadratmeter med 0.625 gange vindhastigheden kuberet for en vind på 12 meter pr. sekund, hvilket viser, at vinden, der blæser gennem området, bærer mere end 5 megawatt strøm. Den samme vind, der blæser forbi en turbine med 28 meter (92 fod) knive, har et fejet areal på omkring 2.500 kvadratmeter (27.000 kvadratfod) og bærer cirka 2,5 megawatt strøm.
Effektivitet
Bare fordi vinden bærer en vis mængde strøm gennem en vindmølles fejede område, betyder det ikke, at vindmøllen producerer så meget strøm. Faktisk kan ikke den bedst mulige turbine høste al den energi. Hvis det gjorde det, ville luften umiddelbart bag bladene være stille, hvilket betyder, at vinden foran ikke ville have nogen steder at gå. Den maksimalt mulige mængde energi, som en vindmølle kan høste, er mindre end 60 procent af det samlede antal. I den virkelige verden kryber andre ineffektiviteter ind - ting som energi tabt til friktion, støj og modstand i ledninger - for at reducere den samlede effektudvinding ned til ca. 30 til 40 procent af den samlede vindkraft.
Kapacitetsfaktor
Hver vindmølle har en effekt. Det er den maksimale effekt, den vil producere for hvert øjeblik, møllen kører med sin nominelle vindhastighed. Desværre har hver vindmølle en anden nominel vindhastighed, hvilket gør det lidt sværere at sammenligne dem. Derudover har hver turbine ind- og udskæringshastigheder. Det er henholdsvis de lave og høje vindhastigheder, ud over hvilke turbinen ikke producerer elektricitet. Effektiviteten af turbinen mellem disse to ekstremer måles i en effektkurve. Mængden af energi, som en vindmølle kan forventes at producere i et givet år, afhænger af effektkurven og vindhastighedsprofilen. Den faktiske producerede energi divideret med den energi, som turbinen kunne producere, hvis den altid kørte på fuld tid, kaldes kapacitetsfaktoren. Selvom en større vindmølle generelt vil være i stand til at fange mere vindenergi, har den muligvis ikke den højeste kapacitetsfaktor et givet sted.