Vėjo turbinos dydis, palyginti su Galia

Žmonės vėjo energiją naudojo tūkstančius metų, tačiau atnaujinus susidomėjimą ne iškastinio kuro energija, sparčiai išaugo vėjo jėgainių paplitimas. Energiją iš vėjo išgauti yra konceptualiai paprasta: vėjas juda per ventiliatoriaus mentes, kurios pasuka ašį, sukančią elektros generatorių. Vėjo turbinos galingumas yra lengvai apskaičiuojamas, ir taip, tai priklauso nuo turbinos dydžio.

Vėjas susideda iš judančio oro ir susideda iš dujinių molekulių. Bet kurios atskiros oro molekulės kinetinė energija lygi pusei jos masės, padaugintai iš greičio kvadrato. Kai pučia vėjas, oro masė, einanti per tam tikrą plotą, yra lygi plotui, padaugintam iš vėjo greičio ir oro tankio. Sudėjus šias dvi dalis, vėjas, pučiantis per tam tikrą plotą, yra lygus pusei oro tankio, padaugintam iš ploto ir kubo greičio. Greitas būdas apskaičiuoti galią vėjyje, vatais kvadratiniam metrui, yra padauginti vėjo greičio kubą metrais per sekundę iš 0,625. Jei vėjo greitis yra myliomis per valandą, kubą padauginkite iš 0,056. Tai reiškia, kad 12 metrų per sekundę (šiek tiek daugiau nei 5 mylių per valandą) vėjas per kvadratą praleidžia beveik 1100 vatų metras, o 4 metrų per sekundę (mažiau nei 2 mylių per valandą) vėjelis per parą praleidžia tik 40 vatų metras. Tris kartus didesnis vėjo greitis atneša 27 kartus daugiau energijos.

Nuvalytas vėjo turbinos plotas yra visas plotas, kurį padengia ašmenys. Pažįstamoms horizontalios ašies vėjo turbinoms su dviem ar daugiau mentėmis, kurios sukasi ratu, nušluotas plotas yra lygus pi, kurio ilgis yra vienas. Mašinoje, kurios ašmenys yra 40 metrų (131 pėdos), nušluotas plotas yra didesnis nei 5000 kvadratinių metrų (beveik 54 000 kvadratinių pėdų) - beveik pusketvirto hektaro. Per tą plotą einančią galią galima apskaičiuoti padauginus 5000 kvadratinių metrų iš 0,625 karto didesnio vėjo greičio kubas už 12 metrų per sekundę vėją, rodantį, kad per tą sritį pučiantis vėjas perneša daugiau nei 5 megavatus galia. Tas pats vėjas, pučiantis pro turbiną su 28 metrų (92 pėdų) ašmenimis, sunaikintas plotas yra apie 2500 kvadratinių metrų (27 000 kvadratinių pėdų), o jo galia yra apie 2,5 megavato.

Tai, kad vėjas praleidžia tam tikrą energijos kiekį per vėjo turbinos valomą plotą, dar nereiškia, kad vėjo turbina gamina tiek daug energijos. Tiesą sakant, net geriausia įmanoma turbina negali surinkti visos šios energijos. Jei taip būtų, oras iškart už peilių būtų ramus, o tai reiškia, kad priekyje esantis vėjas neturi kur eiti. Didžiausias įmanomas energijos kiekis, kurį gali surinkti vėjo turbina, yra mažesnis nei 60 procentų visos energijos. Realiame pasaulyje įsivyrauja kiti neefektyvumai - tokie dalykai kaip energija, prarasta dėl trinties, triukšmo ir kt varža laiduose - sumažinti bendrą energijos ištraukimą iki maždaug 30–40 procentų visos energijos vėjo energija.

Kiekviena vėjo turbina turi galios reitingą. Tai yra didžiausia galia, kurią ji pagamins kiekvieną akimirką, kai turbina veikia vardiniu vėjo greičiu. Deja, kiekvienos turbinos vardinis vėjo greitis skiriasi, todėl jas palyginti yra šiek tiek sunkiau. Be to, kiekviena turbina turi įjungimo ir išjungimo greitį. Tai yra atitinkamai mažas ir didelis vėjo greitis, viršijantis turbiną negaminančią elektrą. Turbinos efektyvumas tarp šių dviejų kraštutinumų matuojamas galios kreive. Tikėtina, kad energijos kiekis, kurį vėjo turbina pagamins tam tikrais metais, priklauso nuo galios kreivės ir vėjo greičio profilio. Faktinė pagaminta energija, padalyta iš energijos, kurią turbina galėtų pagaminti, jei ji visada veiktų visą laiką, vadinama pajėgumo koeficientu. Nors didesnė vėjo turbina paprastai sugeba surinkti daugiau vėjo energijos, tam tikroje vietoje jos galios koeficientas gali būti ne didžiausias.