גודל טורבינת רוח לעומת כּוֹחַ

בני אדם משתמשים באנרגיית רוח מזה אלפי שנים, אך התעניינות מחודשת בייצור אנרגיה שאינו מבוסס דלק מאובנים הביאה לגידול מהיר בפיזור טורבינות הרוח. הפקת אנרגיה מרוח היא פשוטה מבחינה רעיונית: רוח נעה מעל להבי מאוורר שמסובבים פיר שמסובב גנרטור חשמלי. יכולת ההספק של טורבינת רוח מחושבת בקלות, וכן, היא תלויה בגודל הטורבינה.

רוח מורכבת מאוויר בתנועה ומורכבת ממולקולות גזיות. האנרגיה הקינטית של כל מולקולת אוויר אחת שווה למחצית המסה שלה כפול מהירותה בריבוע. כאשר נושבת רוח, מסת האוויר העוברת בכל אזור מסוים שווה לאזור כפול מהירות הרוח כפול צפיפות האוויר. אם מרכיבים את שתי החלקים הללו, האנרגיה הכלולה ברוח הנושבת באזור נתון שווה למחצית מצפיפות האוויר כפול השטח כפול המהירות בקוביות. דרך מהירה לחישוב ההספק ברוח, בוואט למטר מרובע, היא להכפיל את קוביית מהירות הרוח במטרים לשנייה ב -0.625. אם מהירות הרוח היא במיילים לשעה, מכפילים את הקוביה ב -0566. פירוש הדבר שרוח של 12 מטר לשנייה (קצת יותר מ- 5 מייל לשעה) נושאת כמעט 1,100 וואט לכל ריבוע מטר, בעוד רוח של 4 מטר לשנייה (פחות מ -2 ק"מ לשעה) נושאת רק 40 וואט לכל מרובע מטר. מהירות הרוח הגדולה פי שלושה נושאת אנרגיה פי 27 יותר.

השטח הנסחף של טורבינת רוח הוא השטח הכולל המכוסה על ידי סיבוב הלהבים. עבור טורבינות רוח מוכרות של ציר אופקי עם שני להבים או יותר שמסתובבים במעגל, השטח הנסחף שווה פי פי מאורכו של להב יחיד. במכונה שאורך להב באורך 40 מטר (השטח), השטח שנסחף הוא יותר מ -5,000 מ"ר (כמעט 54,000 רגל מרובע) - כמעט רבע דונם. ניתן לחשב את הכוח העובר באזור זה על ידי הכפלת 5,000 מ"ר פי 0.625 ממהירות הרוח מעוקב לרוח של 12 מטר לשנייה, ומראה שהרוח הנושבת באזור זה נושאת יותר מ -5 מגה וואט של כּוֹחַ. לאותה רוח הנושבת על פני טורבינה עם להבים באורך 28 מטר יש שטח נסחף של כ -2,500 מ"ר (27,000 רגל מרובע), והיא נושאת כוח של כ -2.5 מגה וואט.

רק בגלל שהרוח נושאת כמות מסוימת של כוח דרך השטח הנסחף של טורבינת רוח, אין פירושה שטורבינת הרוח מייצרת כל כך הרבה כוח. למעשה, אפילו הטורבינה הטובה ביותר האפשרית אינה יכולה לקצור את כל האנרגיה הזו. אם כן, האוויר מיד מאחורי הלהבים יהיה דומם, מה שאומר שלרוח הקדמית לא יהיה לאן ללכת. הכמות המרבית האפשרית של טורבינת רוח יכולה לקצור היא פחות מ -60 אחוז מהסך הכל. בעולם האמיתי מתגנבים חוסר יעילות אחרים - דברים כמו אנרגיה שאובדת לחיכוך, רעש ו התנגדות בחוטים - כדי להפחית את הפקת הכוח הכוללת לכ -30 עד 40 אחוז מהסך הכל אנרגיית רוח.

כל טורבינת רוח נושאת דירוג הספק. זה הכוח המרבי שהיא תייצר בכל רגע שבו הטורבינה פועלת במהירות הרוח המדורג שלה. למרבה הצער, לכל טורבינת מהירות רוח מדורגת שונה, מה שמקשה על השוואה ביניהן. בנוסף, לכל טורבינה מהירות חיתוך וניתוק. אלה, בהתאמה, מהירויות רוח נמוכות וגבוהות שמעבר להן הטורבינה לא מייצרת חשמל. יעילות הטורבינה בין שני הקצוות הללו נמדדת בעקומת הספק. כמות האנרגיה שטורבינת רוח יכולה להפיק בשנה נתונה תלויה בעקומת הכוח ובפרופיל מהירות הרוח. האנרגיה המופקת בפועל מחולקת באנרגיה שהטורבינה יכולה לייצר אם היא פועלת תמיד במשרה מלאה נקראת גורם הקיבולת. למרות שבדרך כלל טורבינת רוח גדולה יותר תוכל לתפוס יותר אנרגיית רוח, ייתכן שלא יהיה לה גורם הקיבולת הגבוה ביותר במיקום נתון.