Los seres humanos han estado usando la energía eólica durante miles de años, pero el interés renovado en la generación de energía no basada en combustibles fósiles ha llevado a un rápido aumento en la expansión de las turbinas eólicas. Extraer energía del viento es conceptualmente simple: el viento se mueve sobre las aspas del ventilador que hacen girar un eje que hace girar un generador eléctrico. La capacidad de potencia de una turbina eólica se calcula fácilmente y sí, depende del tamaño de la turbina.
Energía en el viento
El viento está formado por aire en movimiento y está formado por moléculas gaseosas. La energía cinética de cualquier molécula de aire es igual a la mitad de su masa multiplicada por su velocidad al cuadrado. Cuando sopla el viento, la masa de aire que pasa a través de un área en particular es igual al área multiplicada por la velocidad del viento multiplicada por la densidad del aire. Al juntar esas dos piezas, la energía contenida en el viento que sopla a través de un área determinada es igual a la mitad de la densidad del aire multiplicada por el área multiplicada por la velocidad al cubo. Una forma rápida de calcular la potencia del viento, en vatios por metro cuadrado, es multiplicar el cubo de la velocidad del viento en metros por segundo por 0,625. Si la velocidad del viento está en millas por hora, multiplica el cubo por 0.056. Eso significa que un viento de 12 metros por segundo (poco más de 5 millas por hora) transporta casi 1,100 vatios por cuadrado. metro, mientras que una brisa de 4 metros por segundo (menos de 2 millas por hora) lleva solo 40 vatios por cuadrado metro. La velocidad del viento que es tres veces mayor transporta 27 veces más energía.
Área barrida
El área barrida de una turbina eólica es el área total cubierta por una rotación de las palas. Para las conocidas turbinas eólicas de eje horizontal con dos o más palas que giran en círculo, el área barrida es igual a pi multiplicado por la longitud de una sola pala. En una máquina con una hoja de 40 metros (131 pies) de longitud, el área barrida es de más de 5,000 metros cuadrados (casi 54,000 pies cuadrados), casi un acre y cuarto. La potencia que atraviesa esa zona se puede calcular multiplicando 5.000 metros cuadrados por 0,625 veces la velocidad del viento. al cubo para un viento de 12 metros por segundo, lo que muestra que el viento que sopla a través de esa área transporta más de 5 megavatios de energía. El mismo viento que pasa por una turbina con palas de 28 metros (92 pies) tiene un área de barrido de unos 2.500 metros cuadrados (27.000 pies cuadrados) y transporta unos 2,5 megavatios de potencia.
Eficiencia
El hecho de que el viento lleve una cierta cantidad de energía a través del área barrida de una turbina eólica no significa que la turbina eólica produzca tanta energía. De hecho, incluso la mejor turbina posible no puede recolectar toda esa energía. Si lo hiciera, entonces el aire inmediatamente detrás de las aspas estaría quieto, lo que significa que el viento en el frente no tendría adónde ir. La cantidad máxima posible de energía que puede recolectar una turbina eólica es menos del 60 por ciento del total. En el mundo real, surgen otras ineficiencias: cosas como la pérdida de energía por fricción, ruido y resistencia en los cables: para reducir la extracción de energía total hasta aproximadamente un 30 a 40 por ciento del total energía eólica.
Factor de capacidad
Cada aerogenerador tiene una potencia nominal. Esa es la potencia máxima que producirá en cada momento en que la turbina funcione a su velocidad nominal del viento. Desafortunadamente, cada turbina tiene una velocidad de viento nominal diferente, lo que hace que sea un poco más difícil compararlas. Además, cada turbina tiene velocidades de activación y desactivación. Esas son, respectivamente, las velocidades del viento bajas y altas más allá de las cuales la turbina no produce electricidad. La eficiencia de la turbina entre esos dos extremos se mide en una curva de potencia. La cantidad de energía que se puede esperar que produzca una turbina eólica en un año determinado depende de la curva de potencia y del perfil de velocidad del viento. La energía real producida dividida por la energía que la turbina podría producir si siempre funcionara a tiempo completo se llama factor de capacidad. Aunque una turbina eólica más grande generalmente podrá capturar más energía eólica, es posible que no tenga el factor de capacidad más alto en una ubicación determinada.