Veličina vjetroagregata vs. Vlast

Ljudi koriste energiju vjetra tisućama godina, ali obnovljeni interes za proizvodnju energije koja nije zasnovana na fosilnim gorivima doveo je do brzog povećanja širenja vjetroagregata. Izvlačenje energije iz vjetra konceptualno je jednostavno: vjetar se kreće preko lopatica ventilatora koji okreću osovinu koja okreće električni generator. Kapacitet snage vjetroagregata lako se izračunava, i da, ovisi o veličini turbine.

Vjetar se sastoji od zraka u pokretu i sastoji se od plinovitih molekula. Kinetička energija bilo koje molekule zraka jednaka je polovici njene mase pomnožene s kvadratom brzine. Kad puše vjetar, masa zraka koja prolazi kroz neko određeno područje jednaka je površini pomnoženoj s brzinom vjetra puta gustoćom zraka. Sastavljajući ta dva dijela, energija sadržana u vjetru koji puše kroz određeno područje jednaka je polovici gustoće zraka pomnoženoj s površinom pomnoženom s kockom brzine. Brzi način izračunavanja snage u vjetru, u vatima po kvadratnom metru, jest pomnoženje kocke brzine vjetra u metrima u sekundi s 0,625. Ako je brzina vjetra u miljama na sat, množite kocku s 0,056. To znači da vjetar od 12 metara u sekundi (nešto više od 5 milja na sat) nosi gotovo 1100 vata po kvadratu metar, dok povjetarac od 4 metra u sekundi (manje od 2 milje na sat) nosi samo 40 vata po kvadratu metar. Tri puta veća brzina vjetra nosi 27 puta više energije.

Prostirano područje vjetroagregata ukupna je površina pokrivena rotacijom lopatica. Za poznate vjetroturbine s vodoravnom osi s dvije ili više lopatica koje se vrte u krug, zamahnuto područje jednako je pi puta duljine pojedine lopatice. Na stroju s 40 metara duljine oštrice, pometena površina iznosi više od 5.000 četvornih metara (gotovo 54.000 četvornih metara) - gotovo jednu i četvrt hektara. Snaga koja prolazi kroz to područje može se izračunati množenjem 5000 četvornih metara s 0,625 puta brzinom vjetra u kockama za vjetar od 12 metara u sekundi, pokazujući da vjetar koji puše kroz to područje nosi više od 5 megavata vlast. Isti vjetar koji puše pored turbine s lopaticama od 28 metara ima površinu od oko 2.500 četvornih metara (27.000 četvornih metara) i nosi oko 2,5 megavata snage.

Samo zato što vjetar nosi određenu količinu snage kroz područje zahvaćeno vjetroagregatom, ne znači da vjetroturbina proizvodi toliko snage. U stvari, čak ni najbolja moguća turbina ne može prikupiti svu tu energiju. Da jest, tada bi zrak odmah iza lopatica bio miran, što znači da vjetar ispred ne bi imao kamo otići. Maksimalna moguća količina energije koju vjetroturbina može prikupiti manja je od 60 posto ukupne količine. U stvarni se svijet uvlače i druge neučinkovitosti - stvari poput energije izgubljene trenjem, bukom i otpor žica - kako bi se smanjilo ukupno izvlačenje snage na oko 30 do 40 posto ukupnog iznosa snaga vjetra.

Svaka vjetroagregat ima ocjenu snage. To je maksimalna snaga koju će proizvesti za svaki trenutak kada turbina radi pri nazivnoj brzini vjetra. Nažalost, svaka turbina ima različitu nazivnu brzinu vjetra, što ju čini malo težim uspoređivati. Uz to, svaka turbina ima uključene i isključene brzine. To su redom male i velike brzine vjetra preko kojih turbina ne proizvodi električnu energiju. Učinkovitost turbine između te dvije krajnosti mjeri se u krivulji snage. Količina energije koju vjetroturbina može proizvesti u određenoj godini ovisi o krivulji snage i profilu brzine vjetra. Stvarna proizvedena energija podijeljena s energijom koju bi turbina mogla proizvesti ako bi uvijek radila puno radno vrijeme naziva se faktor snage. Iako će veća vjetroagregata u pravilu moći zauzeti više energije vjetra, možda neće imati najveći faktor kapaciteta na određenom mjestu.