Ukuran Turbin Angin Vs. Kekuasaan

Manusia telah menggunakan tenaga angin selama ribuan tahun, tetapi minat baru pembangkit energi berbasis bahan bakar non-fosil telah menyebabkan peningkatan pesat dalam penyebaran turbin angin. Mengekstraksi energi dari angin secara konseptual sederhana: angin bergerak di atas bilah kipas yang memutar poros yang memutar generator listrik. Kapasitas daya turbin angin mudah dihitung, dan ya, itu tergantung pada ukuran turbin.

Angin terdiri dari udara yang bergerak dan terdiri dari molekul-molekul gas. Energi kinetik dari setiap molekul udara sama dengan setengah dari massanya dikalikan kuadrat kecepatannya. Ketika angin bertiup, massa udara yang melewati suatu daerah tertentu sama dengan luas dikalikan kecepatan angin dikalikan kerapatan udara. Menempatkan kedua bagian itu bersama-sama, energi yang terkandung dalam angin yang bertiup melalui area tertentu sama dengan setengah kerapatan udara dikalikan luas dikalikan kecepatan pangkat tiga. Cara cepat menghitung daya angin, dalam watt per meter persegi, adalah dengan mengalikan pangkat tiga kecepatan angin dalam meter per detik dengan 0,625. Jika kecepatan angin dalam mil per jam, kalikan kubus dengan 0,056. Itu berarti angin 12 meter per detik (lebih dari 5 mil per jam) membawa hampir 1.100 watt per persegi. meter, sedangkan angin sepoi-sepoi 4 meter per detik (kurang dari 2 mil per jam) hanya membawa 40 watt per persegi meter. Kecepatan angin yang tiga kali lebih besar membawa 27 kali lebih banyak energi.

Luas sapuan turbin angin adalah luas total yang dicakup oleh rotasi sudu-sudu. Untuk turbin angin sumbu horizontal yang sudah dikenal dengan dua atau lebih sudu yang berputar melingkar, luas sapuan sama dengan pi kali panjang sudu tunggal. Pada mesin dengan panjang bilah 40 meter (131 kaki), area sapuan lebih dari 5.000 meter persegi (hampir 54.000 kaki persegi) -- hampir seperempat hektar. Kekuatan yang melalui area itu dapat dihitung dengan mengalikan 5.000 meter persegi dengan 0,625 kali kecepatan angin potong dadu untuk angin 12 meter per detik, menunjukkan bahwa angin yang bertiup melalui daerah itu membawa lebih dari 5 megawatt kekuasaan. Angin yang sama bertiup melewati turbin dengan bilah 28 meter (92 kaki) memiliki luas sapuan sekitar 2.500 meter persegi (27.000 kaki persegi), dan membawa daya sekitar 2,5 megawatt.

Hanya karena angin membawa sejumlah daya tertentu melalui area sapuan turbin angin tidak berarti turbin angin menghasilkan daya sebesar itu. Faktanya, bahkan turbin terbaik pun tidak dapat memanen semua energi itu. Jika ya, maka udara tepat di belakang baling-baling akan diam, yang berarti angin di depan tidak akan ke mana-mana. Jumlah energi maksimum yang mungkin dihasilkan oleh turbin angin kurang dari 60 persen dari total. Di dunia nyata, inefisiensi lain muncul -- hal-hal seperti energi yang hilang karena gesekan, kebisingan, dan resistensi pada kabel -- untuk mengurangi ekstraksi daya keseluruhan hingga sekitar 30 hingga 40 persen dari total tenaga angin.

Setiap turbin angin membawa peringkat daya. Itulah daya maksimum yang akan dihasilkannya untuk setiap saat turbin beroperasi pada kecepatan angin terukurnya. Sayangnya, setiap turbin memiliki kecepatan angin terukur yang berbeda, sehingga sedikit lebih sulit untuk membandingkannya. Selain itu, setiap turbin memiliki kecepatan cut-in dan cut-out. Masing-masing adalah kecepatan angin rendah dan tinggi di mana turbin tidak menghasilkan listrik. Efisiensi turbin antara dua ekstrem tersebut diukur dalam kurva daya. Jumlah energi turbin angin dapat diharapkan untuk menghasilkan pada tahun tertentu tergantung pada kurva daya dan profil kecepatan angin. Energi aktual yang dihasilkan dibagi dengan energi yang dapat dihasilkan turbin jika turbin selalu beroperasi penuh waktu disebut faktor kapasitas. Meskipun turbin angin yang lebih besar umumnya akan mampu menangkap lebih banyak energi angin, mungkin tidak memiliki faktor kapasitas tertinggi di lokasi tertentu.