Tuuleturbiini suurus Vs. Võimsus

Inimesed on kasutanud tuuleenergiat juba tuhandeid aastaid, kuid uuendatud huvi mittefossiilkütustel põhineva energia tootmise vastu on tuulikute leviku kiire kasvule viinud. Tuulest energia ammutamine on kontseptuaalselt lihtne: tuul liigub üle ventilaatori labade, mis pööravad elektrigeneraatorit pöörlevat võlli. Tuuliku võimsus on hõlpsasti arvutatav ja jah, see sõltub turbiini suurusest.

Tuul koosneb liikuvas õhust ja koosneb gaasilistest molekulidest. Mis tahes üksiku õhumolekuli kineetiline energia on võrdne selle massiga, korrutatuna kiiruse ruutu. Kui tuul puhub, on mis tahes konkreetset piirkonda läbiva õhu mass võrdne pindala ja tuule kiiruse korrutatava õhu tihedusega. Need kaks tükki kokku pannes on antud piirkonnas läbi puhuva tuule energia võrdne poole õhutiheduse ja pindala korrutamise kiirusega. Kiire viis tuule võimsuse arvutamiseks vattides ruutmeetri kohta on tuule kiiruse kuubiku korrutamine meetrites sekundis 0,625-ga. Kui tuule kiirus on miilides tunnis, korrutate kuubi 0,056-ga. See tähendab, et 12 meetrit sekundis (veidi üle 5 miili tunnis) kannab tuul ligi 1100 vatti ruutmeetri kohta meeter, samas kui 4 meetri sekundis (vähem kui 2 miili tunnis) tuul kannab vaid 40 vatti ruutmeetri kohta meeter. Kolm korda suurem tuule kiirus kannab 27 korda rohkem energiat.

Tuuliku puhastatud pindala on kogu labade pöörlemisega kaetud ala. Tuntud horisontaalteljeliste kahe või enama labaga tuuleturbiinide puhul, mis pöörlevad ringis, on pühitud ala võrdne pi-ga ühe tera pikkusega. 40-meetrise tera pikkusega masinal on pühitud ala üle 5000 ruutmeetri (peaaegu 54 000 ruutjalga) - peaaegu üks ja veerand aakrit. Selle ala läbiva võimsuse saab arvutada, korrutades 5000 ruutmeetrit tuule kiiruse 0,625-kordsega 12 meetri sekundis tuule jaoks kuubis, mis näitab, et selle piirkonna kaudu puhuv tuul kannab üle 5 megavatti võim. 28 meetri (92 jala) labadega turbiinist mööda puhuv sama tuul on puhastatud umbes 2500 ruutmeetrit (27 000 ruutjalga) ja kannab umbes 2,5 megavatti võimsust.

See, et tuul kannab läbi tuuliku puhastatud ala teatud koguse energiat, ei tähenda, et tuuleturbiin toodaks nii palju energiat. Tegelikult ei suuda isegi parim võimalik turbiin kogu seda energiat koristada. Kui see nii oleks, oleks õhk vahetult labade taga vaikne, mis tähendab, et ees oleval tuulel pole kuhugi minna. Maksimaalne võimalik energia hulk, mida tuuleturbiin suudab koristada, on väiksem kui 60 protsenti kogu kogusest. Reaalses maailmas hiilib sisse veel mõni ebaefektiivsus - näiteks hõõrdumise, müra ja muu energia tõttu kaotatud energia takistus juhtmetes - vähendada üldist võimsuse väljavõtmist umbes 30–40 protsendini kogu juhtmest tuuleenergia.

Igal tuuleturbiinil on võimsus. See on maksimaalne võimsus, mida see tekitab iga hetk, kui turbiin töötab oma nominaalsel tuulekiirusel. Paraku on igal turbiinil erinev tuule nimikiirus, mistõttu on nende võrdlemine veidi keerulisem. Lisaks on igal turbiinil sisse- ja väljalülituskiirused. Need on vastavalt madalad ja suured tuulekiirused, mille ületamisel turbiin elektrit ei tooda. Nende kahe äärmuse vahelise turbiini efektiivsust mõõdetakse võimsuskõveras. Energiatoodang, mida tuuleturbiin võib eeldatavalt antud aastal toota, sõltub võimsuskõverast ja tuule kiiruse profiilist. Tegelikku toodetud energiat jagatuna energiaga, mida turbiin saaks toota, kui see töötab alati täiskohaga, nimetatakse võimsusteguriks. Ehkki suurem tuuleturbiin suudab üldjuhul rohkem tuuleenergiat haarata, ei pruugi selle antud asukohas olla kõige suurem võimsustegur.