Tamanho da turbina eólica vs. Poder

Os humanos vêm usando a energia eólica há milhares de anos, mas o interesse renovado pela geração de energia não baseada em combustíveis fósseis levou a um rápido aumento na disseminação de turbinas eólicas. Extrair energia do vento é conceitualmente simples: o vento se move sobre as pás do ventilador que giram um eixo que gira um gerador elétrico. A capacidade de energia de uma turbina eólica é facilmente calculada e, sim, depende do tamanho da turbina.

O vento consiste em ar em movimento e é feito de moléculas gasosas. A energia cinética de qualquer molécula de ar é igual a metade de sua massa vezes a velocidade ao quadrado. Quando o vento está soprando, a massa de ar que passa por qualquer área particular é igual à área vezes a velocidade do vento vezes a densidade do ar. Juntando essas duas peças, a energia contida no vento que sopra através de uma determinada área é igual a metade da densidade do ar vezes a área vezes a velocidade ao cubo. Uma maneira rápida de calcular a potência do vento, em watts por metro quadrado, é multiplicar o cubo da velocidade do vento em metros por segundo por 0,625. Se a velocidade do vento estiver em milhas por hora, você multiplica o cubo por 0,056. Isso significa que um vento de 12 metros por segundo (pouco mais de 5 milhas por hora) carrega quase 1.100 watts por quadrado metro, enquanto uma brisa de 4 metros por segundo (menos de 2 milhas por hora) transporta apenas 40 watts por quadrado metro. A velocidade do vento três vezes maior transporta 27 vezes mais energia.

A área varrida de uma turbina eólica é a área total coberta por uma rotação das pás. Para as conhecidas turbinas eólicas de eixo horizontal com duas ou mais pás girando em círculo, a área varrida é igual a pi vezes o comprimento de uma única pá. Em uma máquina com comprimento de lâmina de 40 metros (131 pés), a área varrida é de mais de 5.000 metros quadrados (quase 54.000 pés quadrados) - quase um e um quarto de acres. A energia que passa por essa área pode ser calculada multiplicando 5.000 metros quadrados por 0,625 vezes a velocidade do vento em cubos para um vento de 12 metros por segundo, mostrando que o vento que sopra nessa área carrega mais de 5 megawatts de potência. O mesmo vento que passa por uma turbina com pás de 28 metros (92 pés) tem uma área varrida de cerca de 2.500 metros quadrados (27.000 pés quadrados) e carrega cerca de 2,5 megawatts de energia.

Só porque o vento carrega uma certa quantidade de energia através da área varrida de uma turbina eólica, não significa que a turbina eólica produz tanta energia. Na verdade, mesmo a melhor turbina possível não pode coletar toda essa energia. Se isso acontecesse, o ar imediatamente atrás das lâminas ficaria parado, o que significa que o vento da frente não teria para onde ir. A quantidade máxima possível de energia que uma turbina eólica pode colher é menos de 60 por cento do total. No mundo real, outras ineficiências aparecem - coisas como perda de energia devido ao atrito, ruído e resistência em fios - para reduzir a extração de energia geral para cerca de 30 a 40 por cento do total força do vento.

Cada turbina eólica possui uma classificação de potência. Essa é a potência máxima que ela produzirá para cada momento em que a turbina operar em sua velocidade de vento nominal. Infelizmente, cada turbina tem uma velocidade nominal do vento diferente, tornando um pouco mais difícil compará-las. Além disso, cada turbina tem velocidades de ativação e desativação. Essas são, respectivamente, as velocidades do vento baixa e alta, além das quais a turbina não produz eletricidade. A eficiência da turbina entre esses dois extremos é medida em uma curva de potência. A quantidade de energia que se espera que uma turbina eólica produza em um determinado ano depende da curva de potência e do perfil de velocidade do vento. A energia real produzida dividida pela energia que a turbina poderia produzir se funcionasse sempre em tempo integral é chamada de fator de capacidade. Embora uma turbina eólica maior geralmente seja capaz de capturar mais energia eólica, ela pode não ter o maior fator de capacidade em um determinado local.