Μέγεθος ανεμογεννητριών Vs. Εξουσία

Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν αιολική ενέργεια για χιλιάδες χρόνια, αλλά η ανανεωμένη παραγωγή ενέργειας που βασίζεται σε μη ορυκτά καύσιμα οδήγησε σε ταχεία αύξηση της εξάπλωσης των ανεμογεννητριών. Η εξαγωγή ενέργειας από τον άνεμο είναι εννοιολογικά απλή: ο άνεμος κινείται πάνω από τα πτερύγια ανεμιστήρα που περιστρέφουν έναν άξονα που περιστρέφει μια ηλεκτρική γεννήτρια. Η ισχύς μιας ανεμογεννήτριας υπολογίζεται εύκολα, και ναι, εξαρτάται από το μέγεθος του στροβίλου.

Ο άνεμος αποτελείται από αέρα σε κίνηση και αποτελείται από αέρια μόρια. Η κινητική ενέργεια οποιουδήποτε μορίου αέρα ισούται με το ήμισυ της μάζας του επί το τετράγωνο της ταχύτητάς του. Όταν φυσάει άνεμος, η μάζα του αέρα που διέρχεται από οποιαδήποτε συγκεκριμένη περιοχή είναι ίση με την περιοχή επί την ταχύτητα του ανέμου επί την πυκνότητα του αέρα. Συνδυάζοντας αυτά τα δύο κομμάτια, η ενέργεια που περιέχεται στον άνεμο που φυσά μέσα από μια δεδομένη περιοχή είναι ίση με το ήμισυ της πυκνότητας του αέρα επί της περιοχής επί της ταχύτητας που κυμαίνεται. Ένας γρήγορος τρόπος υπολογισμού της ισχύος του ανέμου, σε βατ ανά τετραγωνικό μέτρο, είναι να πολλαπλασιαστεί ο κύβος της ταχύτητας του ανέμου σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο με 0,625. Εάν η ταχύτητα του ανέμου είναι σε μίλια ανά ώρα, πολλαπλασιάζετε τον κύβο με 0,056. Αυτό σημαίνει ότι ένας άνεμος 12 μέτρων ανά δευτερόλεπτο (μόλις πάνω από 5 μίλια την ώρα) μεταφέρει σχεδόν 1.100 watt ανά τετράγωνο μετρητής, ενώ η αύρα 4 μέτρων ανά δευτερόλεπτο (λιγότερο από 2 μίλια ανά ώρα) μεταφέρει μόλις 40 watts ανά τετράγωνο μετρητής. Η ταχύτητα του ανέμου που είναι τρεις φορές μεγαλύτερη φέρει 27 φορές περισσότερη ενέργεια.

Η περιοχή σάρωσης μιας ανεμογεννήτριας είναι η συνολική περιοχή που καλύπτεται από μια περιστροφή των λεπίδων. Για τις γνωστές ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα με δύο ή περισσότερες λεπίδες που περιστρέφονται σε κύκλο, η περιοχή σάρωσης ισούται με το pi φορές το μήκος μιας μόνο λεπίδας. Σε ένα μηχάνημα με μήκος λεπίδας 40 μέτρων (131 πόδια), η περιοχή σάρωσης είναι πάνω από 5.000 τετραγωνικά μέτρα (σχεδόν 54.000 τετραγωνικά πόδια) - σχεδόν ένα και ένα τέταρτο στρέμματα. Η ισχύς που περνά από αυτήν την περιοχή μπορεί να υπολογιστεί πολλαπλασιάζοντας 5.000 τετραγωνικά μέτρα με 0.625 φορές την ταχύτητα του ανέμου κύβος για άνεμο 12 μέτρων ανά δευτερόλεπτο, δείχνοντας ότι ο άνεμος που φυσάει μέσα από αυτήν την περιοχή μεταφέρει περισσότερα από 5 μεγαβάτ εξουσία. Ο ίδιος άνεμος που πνέει μετά από μια τουρμπίνα με λεπίδες μήκους 28 μέτρων (92 πόδια) έχει έκταση περίπου 2.500 τετραγωνικών μέτρων (27.000 τετραγωνικά πόδια) και μεταφέρει περίπου 2,5 μεγαβάτ ισχύος.

Ακριβώς επειδή ο άνεμος μεταφέρει μια ορισμένη ποσότητα ισχύος μέσω της περιοχής σάρωσης μιας ανεμογεννήτριας δεν σημαίνει ότι η ανεμογεννήτρια παράγει τόσο μεγάλη ισχύ. Στην πραγματικότητα, ακόμη και η καλύτερη δυνατή τουρμπίνα δεν μπορεί να συλλέξει όλη αυτή την ενέργεια. Εάν συνέβαινε, τότε ο αέρας ακριβώς πίσω από τις λεπίδες θα ήταν ακινητοποιημένος, πράγμα που σημαίνει ότι ο άνεμος μπροστά δεν θα είχε πουθενά. Η μέγιστη δυνατή ενέργεια που μπορεί να συλλέξει μια ανεμογεννήτρια είναι μικρότερη από 60 τοις εκατό του συνόλου. Στον πραγματικό κόσμο, άλλες ανεπάρκειες σέρνονται - πράγματα όπως η ενέργεια που χάνεται λόγω τριβής, ο θόρυβος και αντίσταση στα καλώδια - για τη μείωση της συνολικής εξαγωγής ισχύος σε περίπου 30 έως 40 τοις εκατό του συνόλου αιολική ενέργεια.

Κάθε ανεμογεννήτρια έχει βαθμολογία ισχύος. Αυτή είναι η μέγιστη ισχύς που θα παράγει για κάθε στιγμή που η τουρμπίνα λειτουργεί με την ονομαστική ταχύτητα του ανέμου. Δυστυχώς, κάθε στρόβιλος έχει διαφορετική ονομαστική ταχύτητα ανέμου, καθιστώντας λίγο πιο δύσκολη τη σύγκρισή τους. Επιπλέον, κάθε στρόβιλος έχει ταχύτητες cut-in και cut-out. Αυτές είναι, αντίστοιχα, οι χαμηλές και υψηλές ταχύτητες ανέμου πέρα ​​από τις οποίες ο στρόβιλος δεν παράγει ηλεκτρισμό. Η απόδοση του στροβίλου μεταξύ αυτών των δύο άκρων μετριέται σε καμπύλη ισχύος. Η ποσότητα ενέργειας που μπορεί να αναμένεται να παράγει μια ανεμογεννήτρια σε ένα δεδομένο έτος εξαρτάται από την καμπύλη ισχύος και το προφίλ ταχύτητας του ανέμου. Η πραγματική ενέργεια που παράγεται διαιρούμενη με την ενέργεια που θα μπορούσε να παράγει η τουρμπίνα αν λειτουργούσε πάντα με πλήρη απασχόληση ονομάζεται συντελεστής χωρητικότητας. Παρόλο που μια μεγαλύτερη ανεμογεννήτρια μπορεί γενικά να συλλάβει περισσότερη αιολική ενέργεια, μπορεί να μην έχει τον υψηλότερο συντελεστή χωρητικότητας σε μια δεδομένη τοποθεσία.