ადამიანები უკვე ათასობით წელია იყენებენ ქარის ენერგიას, მაგრამ არამარტო წიაღისეულის საწვავზე დაფუძნებული ენერგიის განახლებულმა ინტერესმა გამოიწვია ქარის ტურბინების გავრცელების სწრაფი ზრდა. ქარისგან ენერგიის მოპოვება კონცეპტუალურად მარტივია: ქარი მოძრაობს გულშემატკივართა პირებზე, რომლებიც ატრიალებენ ლილვს, რომელიც ბრუნავს ელექტრო გენერატორს. ქარის ტურბინის სიმძლავრე ადვილად გამოითვლება და დიახ, ეს დამოკიდებულია ტურბინის ზომაზე.
ენერგია ქარში
ქარი შედგება ჰაერში მოძრაობისგან და შედგება აირული მოლეკულებისგან. ჰაერის ნებისმიერი ცალკეული მოლეკულის კინეტიკური ენერგია ტოლია მისი მასის ნახევრისა და სიჩქარეზე კვადრატზე. როდესაც ქარი უბერავს, ჰაერის მასა, რომელიც გადის რომელიმე კონკრეტულ არეალს, უდრის ფართობს ქარის სიჩქარეზე და ჰაერის სიმკვრივეზე. ამ ორი ნაწილის ერთად დაყენება, ენერგია, რომელსაც ქარი შეიცავს მოცემულ არეალს, უდრის ჰაერის სიმკვრივის ნახევარს გადაჭარბებული სიჩქარეზე და კუბურ სიჩქარეზე. ქარში ენერგიის გამოთვლის სწრაფი გზა, ვატებში კვადრატულ მეტრზე, არის ქარის სიჩქარის კუბის გამრავლება წამში მეტრზე 0.625-ზე. თუ ქარის სიჩქარე მილშია საათში, თქვენ ამრავლებთ კუბს 0,056-ზე. ეს ნიშნავს, რომ 12 მეტრი წამში (5 მილიმეტრზე მეტი საათში) ქარი ახორციელებს კვადრატზე თითქმის 1,100 ვატს მეტრი, ხოლო 4 მეტრი წამში (საათში 2 მილზე ნაკლები) ნიავი კვადრატში მხოლოდ 40 ვატს ატარებს მეტრი. სამჯერ მეტი ქარის სიჩქარე 27-ჯერ მეტ ენერგიას ატარებს.
გაწმენდილი არე
ქარის ტურბინის გაწმენდილი ფართობი არის პირების ბრუნვით დაფარული მთლიანი ფართობი. ნაცნობი ჰორიზონტალური ღერძის ქარის ტურბინებისათვის, რომლებსაც აქვთ ორი ან მეტი პირები, რომლებიც წრიულად ტრიალებენ, გაწმენდილი ფართობი უდრის პიტის სიგრძეს ერთჯერადი პირისაგან. 40 მეტრიანი (131 ფუტიანი) პირების სიგრძის დანადგარზე, გაწმენდილი ფართობი 5000 კვადრატულ მეტრზე მეტია (თითქმის 54000 კვადრატული ფუტი) - თითქმის ერთი და მეოთხედი ჰექტარი. ამ ტერიტორიაზე გატარებული სიმძლავრე შეიძლება გამოითვალოს 5000 კვადრატული მეტრის ქარის სიჩქარეზე 0.625-ზე გამრავლებით 12 მეტრი წამში ქარისთვის, რომელიც აჩვენებს, რომ ამ უბანში ქარი 5 მეგავატზე მეტს ახდენს ძალა. 28 მეტრიანი (92 ფუტიანი) პირებიანი ტურბინის გასწვრივ იგივე ქარი აქვს გადაფარებული ფართობი დაახლოებით 2500 კვადრატული მეტრი (27000 კვადრატული ფუტი) და ახორციელებს დაახლოებით 2.5 მეგავატ ენერგიას.
ეფექტურობა
მხოლოდ იმის გამო, რომ ქარი გარკვეულ ენერგიას ატარებს ქარის ტურბინის გატარებულ არეალში, არ ნიშნავს, რომ ქარის ტურბინა ამდენ ენერგიას აწარმოებს. სინამდვილეში, საუკეთესო ტურბინსაც კი არ შეუძლია მთლიანი ენერგიის მოპოვება. ეს რომ მოხდეს, მაშინ პირები უშუალოდ პირების მიღმა დარჩება, რაც ნიშნავს, რომ წინ ქარს წასასვლელი აღარსად ექნებოდა. ენერგიის მაქსიმალური შესაძლო რაოდენობა, რომელსაც შეუძლია ქარის ტურბინის მოპოვება მთლიანი მოცულობის 60 პროცენტზე ნაკლებია. რეალურ სამყაროში სხვა არაეფექტურობა შემოდის - ისეთი რამ, როგორიცაა ენერგია დაკარგა ხახუნის, ხმაურის და ა.შ. წინააღმდეგობა სადენებში - ელექტროენერგიის მოპოვების შემცირება მთლიანი მოცულობის დაახლოებით 30-40 პროცენტამდე ქარის ენერგია.
სიმძლავრის ფაქტორი
ყველა ქარის ტურბინა ატარებს ენერგიის ხარისხს. ეს არის მაქსიმალური სიმძლავრე, რომელსაც მას აწარმოებს ყოველ მომენტში, როდესაც ტურბინა მუშაობს ნომინალური სიჩქარით. სამწუხაროდ, ყველა ტურბინას აქვს განსხვავებული შეფასებული ქარის სიჩქარე, რაც შედარებით უფრო რთულებს მათ შედარებას. გარდა ამისა, ყველა ტურბინას აქვს ჭრის და გაჭრის სიჩქარე. შესაბამისად, ეს არის დაბალი და მაღალი ქარის სიჩქარე, რომლის მიღმაც ტურბინა ელექტროენერგიას არ აწარმოებს. ტურბინის ეფექტურობა ამ ორ უკიდურესობას შორის იზომება ენერგიის მრუდით. ენერგიის რაოდენობა, რომელსაც ქარის ტურბინა შეიძლება წარმოქმნას მოცემულ წელს, დამოკიდებულია ენერგიის მრუდზე და ქარის სიჩქარის პროფილზე. წარმოებული ენერგია დაყოფილია ენერგიაზე, რომელსაც ტურბინის წარმოება შეუძლია, თუ ის ყოველთვის მუშაობდა სრული დროით, სიმძლავრის კოეფიციენტი ეწოდება. მიუხედავად იმისა, რომ უფრო დიდი ქარის ტურბინა ზოგადად შეძლებს მეტი ქარის ენერგიის აღებას, მას შეიძლება არ ჰქონდეს უმაღლესი სიმძლავრის კოეფიციენტი მოცემულ ადგილას.