Dimensione della turbina eolica vs. Energia

Gli esseri umani utilizzano l'energia eolica da migliaia di anni, ma il rinnovato interesse per la generazione di energia non basata su combustibili fossili ha portato a un rapido aumento della diffusione delle turbine eoliche. Estrarre energia dal vento è concettualmente semplice: il vento si muove su pale di un ventilatore che fanno girare un albero che fa girare un generatore elettrico. La capacità di potenza di una turbina eolica è facilmente calcolabile e sì, dipende dalle dimensioni della turbina.

Il vento è costituito da aria in movimento ed è costituito da molecole gassose. L'energia cinetica di ogni singola molecola d'aria è pari a metà della sua massa per il quadrato della sua velocità. Quando soffia il vento, la massa d'aria che passa attraverso una particolare area è uguale all'area per la velocità del vento per la densità dell'aria. Mettendo insieme questi due pezzi, l'energia contenuta nel vento che soffia attraverso una data area è pari a metà della densità dell'aria per l'area per la velocità al cubo. Un modo rapido per calcolare la potenza del vento, in watt per metro quadrato, è moltiplicare il cubo della velocità del vento in metri al secondo per 0,625. Se la velocità del vento è in miglia orarie, moltiplichi il cubo per 0,056. Ciò significa che un vento di 12 metri al secondo (poco più di 5 miglia all'ora) trasporta quasi 1.100 watt per quadrato metro, mentre una brezza di 4 metri al secondo (meno di 2 miglia all'ora) trasporta solo 40 watt per quadrato metro. La velocità del vento che è tre volte maggiore trasporta 27 volte più energia.

L'area spazzata di una turbina eolica è l'area totale coperta da una rotazione delle pale. Per le familiari turbine eoliche ad asse orizzontale con due o più pale che ruotano in cerchio, l'area spazzata è uguale a pi volte la lunghezza di una singola pala. Su una macchina con una lunghezza della lama di 40 metri (131 piedi), l'area spazzata è più di 5.000 metri quadrati (quasi 54.000 piedi quadrati) - quasi un acro e un quarto. La potenza che attraversa quell'area può essere calcolata moltiplicando 5.000 metri quadrati per 0,625 volte la velocità del vento cubi per un vento di 12 metri al secondo, mostrando che il vento che soffia in quella zona trasporta più di 5 megawatt di energia. Lo stesso vento che soffia davanti a una turbina con pale di 28 metri (92 piedi) ha un'area spazzata di circa 2.500 metri quadrati (27.000 piedi quadrati) e trasporta circa 2,5 megawatt di potenza.

Solo perché il vento trasporta una certa quantità di potenza attraverso l'area spazzata di una turbina eolica non significa che la turbina eolica produca così tanta potenza. In effetti, anche la migliore turbina possibile non può raccogliere tutta quell'energia. Se lo facesse, l'aria immediatamente dietro le pale sarebbe ferma, il che significa che il vento davanti non avrebbe dove andare. La quantità massima possibile di energia che una turbina eolica può raccogliere è inferiore al 60 percento del totale. Nel mondo reale, si insinuano altre inefficienze: cose come l'energia persa per attrito, rumore e... resistenza nei fili - per ridurre l'estrazione di potenza complessiva fino a circa il 30-40 percento del totale energia eolica.

Ogni turbina eolica ha una potenza nominale. Questa è la potenza massima che produrrà per ogni momento in cui la turbina funziona alla velocità nominale del vento. Sfortunatamente, ogni turbina ha una velocità del vento nominale diversa, rendendo un po' più difficile confrontarle. Inoltre, ogni turbina ha una velocità di attivazione e disattivazione. Queste sono, rispettivamente, le velocità del vento basse e alte oltre le quali la turbina non produce elettricità. L'efficienza della turbina tra questi due estremi è misurata in una curva di potenza. La quantità di energia che ci si può aspettare che una turbina eolica produca in un dato anno dipende dalla curva di potenza e dal profilo della velocità del vento. L'energia effettiva prodotta divisa per l'energia che la turbina potrebbe produrre se funzionasse sempre a tempo pieno è chiamata fattore di capacità. Sebbene una turbina eolica più grande sia generalmente in grado di catturare più energia eolica, potrebbe non avere il fattore di capacità più alto in un determinato luogo.