Vindturbinestørrelse vs. Makt

Mennesker har brukt vindkraft i tusenvis av år, men fornyet interesse for ikke-fossilt drivstoffbasert energiproduksjon har ført til en rask økning i spredningen av vindturbiner. Å hente ut energi fra vind er konseptuelt enkelt: vind beveger seg over vifteblad som dreier en aksel som roterer en elektrisk generator. Effektkapasiteten til en vindturbin beregnes enkelt, og ja, det avhenger av turbinstørrelsen.

Vind består av luft i bevegelse og består av gassformige molekyler. Den kinetiske energien til et enkelt luftmolekyl er lik halvparten av massen ganger hastigheten i kvadrat. Når det blåser, er luftmassen som passerer gjennom et bestemt område lik området ganger vindhastigheten ganger luftens tetthet. Når vi setter disse to stykkene sammen, er energien i vinden som blåser gjennom et gitt område lik halvparten av lufttettheten ganger området ganger hastigheten i kubikk. En rask måte å beregne kraften i vind, i watt per kvadratmeter, er å multiplisere kuben av vindhastigheten i meter per sekund med 0,625. Hvis vindhastigheten er i miles i timen, multipliserer du kuben med 0,056. Det betyr at en vind på 12 meter per sekund (litt over 5 miles i timen) bærer nesten 1100 watt per kvadrat meter, mens en bris på 4 meter per sekund (mindre enn 3 miles per time) bare bærer 40 watt per kvadrat måler. Vindhastigheten som er tre ganger større, har 27 ganger mer energi.

Det feide området til en vindturbin er det totale arealet som dekkes av rotasjon av bladene. For de velkjente vindturbinene med horisontal akse med to eller flere kniver som spinner i en sirkel, er det feide området lik pi ganger lengden på et enkelt blad. På en maskin med en bladlengde på 40 meter (131 fot) er det feide området mer enn 5.000 kvadratmeter (nesten 54.000 kvadratmeter) - nesten en og en kvart mål. Kraften som går gjennom dette området kan beregnes ved å multiplisere 5.000 kvadratmeter med 0.625 ganger vindhastigheten kubert for en vind på 12 meter per sekund, og viser at vinden som blåser gjennom dette området bærer mer enn 5 megawatt makt. Den samme vinden som blåser forbi en turbin med 28 meter (92 fot) kniver, har et feid område på rundt 2500 kvadratmeter (27.000 kvadratmeter), og bærer ca 2,5 megawatt kraft.

Bare fordi vinden bærer en viss mengde kraft gjennom en vindturbines feide område, betyr ikke det at vindturbinen produserer så mye kraft. Faktisk kan ikke den best mulige turbinen høste all den energien. Hvis det gjorde det, ville luften rett bak bladene være stille, noe som betyr at vinden foran ikke hadde noe å gå. Maksimum mulig mengde energi en vindturbin kan høste er mindre enn 60 prosent av totalen. I den virkelige verden kryper andre ineffektiviteter inn - ting som energi tapt til friksjon, støy og motstand i ledninger - for å redusere den totale kraftuttaket ned til omtrent 30 til 40 prosent av totalen vindkraft.

Hver vindturbin har en effektvurdering. Det er den maksimale effekten den vil produsere for hvert øyeblikk turbinen opererer med sin nominelle vindhastighet. Dessverre har hver turbin forskjellige vindhastigheter, noe som gjør det litt vanskeligere å sammenligne dem. I tillegg har hver turbin inn- og utkuttningshastigheter. Dette er henholdsvis lave og høye vindhastigheter utover hvilke turbinen ikke produserer elektrisitet. Effektiviteten til turbinen mellom de to ytterpunktene måles i en kraftkurve. Mengden energi en vindturbin kan forventes å produsere i et gitt år, avhenger av kraftkurven og vindhastighetsprofilen. Den faktiske produserte energien delt på energien turbinen kunne produsere hvis den alltid gikk full tid kalles kapasitetsfaktoren. Selv om en større vindturbin generelt vil kunne fange mer vindenergi, har den kanskje ikke den høyeste kapasitetsfaktoren på et gitt sted.