Vēja turbīnas izmērs Vs. Jauda

Cilvēki vēja enerģiju ir izmantojuši tūkstošiem gadu, taču atjaunota interese par enerģijas ražošanu, kas nav saistīta ar fosilo kurināmo, ir izraisījusi strauju vēja turbīnu izplatības pieaugumu. Enerģijas iegūšana no vēja ir konceptuāli vienkārša: vējš pārvietojas pa ventilatora lāpstiņām, kas pagriež asi, kas rotē elektrisko ģeneratoru. Vēja turbīnas jauda ir viegli aprēķināma, un jā, tā ir atkarīga no turbīnas lieluma.

Vējš sastāv no kustīgā gaisa, un to veido gāzveida molekulas. Jebkuras atsevišķas gaisa molekulas kinētiskā enerģija ir vienāda ar pusi no tās masas reizes ar tās ātruma kvadrātā. Pūšot vējam, gaisa masa, kas iet cauri jebkuram noteiktam apgabalam, ir vienāda ar laukuma reizinājumu ar vēja ātrumu un gaisa blīvumu. Saliekot šos divus gabalus kopā, enerģija, ko satur vējš, kas pūš caur noteiktu apgabalu, ir vienāds ar pusi no gaisa blīvuma, reizinot ar laukuma reizinājumu ar kubiskā ātruma reizinājumu. Ātrs veids, kā aprēķināt jaudu vējā, vatos uz kvadrātmetru, ir reizināt vēja ātruma kubu metros sekundē ar 0,625. Ja vēja ātrums ir jūdzes stundā, kubu reiziniet ar 0,056. Tas nozīmē, ka 12 metru sekundē (nedaudz vairāk par 5 jūdzēm stundā) vējš pārvadā gandrīz 1100 vatus uz kvadrātmetru metru, savukārt 4 metru sekundē (mazāk nekā 2 jūdzes stundā) brīze pārvadā tikai 40 vatus uz kvadrātmetru skaitītājs. Trīs reizes lielāks vēja ātrums nes 27 reizes vairāk enerģijas.

Vēja turbīnas slaucītā platība ir kopējā platība, ko sedz lāpstiņu rotācija. Pazīstamajām horizontālās ass vēja turbīnām ar divām vai vairākām lāpstiņām, kas griežas apli, slaucītā platība ir vienāda ar pi reizei ar viena lāpstiņa garumu. Mašīnā ar 40 metru (131 pēdas) asmens garumu slaucītā platība pārsniedz 5000 kvadrātmetrus (gandrīz 54 000 kvadrātpēdas) - gandrīz vienu ceturtdaļu akru. Jaudu, kas iet caur šo teritoriju, var aprēķināt, reizinot 5000 kvadrātmetrus ar 0,625 reizes lielāku vēja ātrumu kubā par 12 metru sekundē vēju, parādot, ka vējš, kas pūš caur šo teritoriju, pārvadā vairāk nekā 5 megavatus jauda. Tas pats vējš, kas pūš garām turbīnai ar 28 metru (92 pēdu) asmeņiem, slaucītā platība ir aptuveni 2500 kvadrātmetri (27 000 kvadrātpēdas), un tai ir aptuveni 2,5 megavati jaudas.

Tas, ka vējš pārvadā noteiktu enerģijas daudzumu caur vēja turbīnas slaucīto zonu, nenozīmē, ka vēja turbīna rada tik daudz enerģijas. Patiesībā pat vislabākā iespējamā turbīna nespēj iegūt visu šo enerģiju. Ja tā būtu, tad gaiss tūlīt aiz asmeņiem būtu mierīgs, kas nozīmē, ka vējam priekšā nebūtu kur iet. Maksimālais iespējamais enerģijas daudzums, ko vēja turbīna var iegūt, ir mazāks par 60 procentiem no kopējā daudzuma. Reālajā pasaulē iezogas cita neefektivitāte - tādas lietas kā enerģija, kas zaudēta berzes, trokšņa un pretestība vados - lai samazinātu kopējo enerģijas iegūšanu līdz aptuveni 30 līdz 40 procentiem no kopējās jaudas vēja enerģija.

Katrai vēja turbīnai ir jauda. Tā ir maksimālā jauda, ​​ko tā saražos katru brīdi, kad turbīna darbojas ar nominālo vēja ātrumu. Diemžēl katrai turbīnai ir atšķirīgs nominālais vēja ātrums, tāpēc to salīdzināšana ir nedaudz sarežģītāka. Turklāt katrai turbīnai ir ieslēgšanas un izslēgšanas ātrums. Tie ir attiecīgi mazie un lielie vēja ātrumi, virs kuriem turbīna nerada elektrību. Turbīnas efektivitāti starp šīm divām galējībām mēra jaudas līknē. Vēja turbīnas sagaidāmās enerģijas daudzums attiecīgajā gadā ir atkarīgs no jaudas līknes un vēja ātruma profila. Faktisko saražoto enerģiju dalot ar enerģiju, kuru turbīna varētu saražot, ja tā vienmēr darbotos pilnu laiku, sauc par jaudas koeficientu. Kaut arī lielāka vēja turbīna parasti spēs uztvert vairāk vēja enerģijas, tai var nebūt visaugstākais jaudas koeficients noteiktā vietā.