Dimensiunea turbinei eoliene vs. Putere

Oamenii folosesc energia eoliană de mii de ani, dar interesul reînnoit generarea de energie pe bază de combustibili non-fosili a dus la o creștere rapidă a răspândirii turbinelor eoliene. Extragerea energiei din vânt este simplă din punct de vedere conceptual: vântul se deplasează peste palele ventilatorului care rotesc un arbore care rotește un generator electric. Capacitatea de putere a unei turbine eoliene este ușor de calculat și da, depinde de dimensiunea turbinei.

Vântul este format din aer în mișcare și este alcătuit din molecule gazoase. Energia cinetică a oricărei molecule de aer este egală cu o jumătate din masa sa de viteza pătrată. Când bate vântul, masa de aer care trece printr-o anumită zonă este egală cu aria de ori viteza vântului de ori densitatea aerului. Punând împreună cele două bucăți, energia conținută de vântul care suflă printr-o zonă dată este egală cu jumătate din densitatea aerului de ori aria de ori viteza cubată. O modalitate rapidă de a calcula puterea în vânt, în wați pe metru pătrat, este multiplicarea cubului vitezei vântului în metri pe secundă cu 0,625. Dacă viteza vântului este în mile pe oră, înmulțești cubul cu 0,056. Asta înseamnă că un vânt de 12 metri pe secundă (puțin peste 5 mile pe oră) transportă aproape 1.100 de wați pe pătrat metru, în timp ce o briză de 4 metri pe secundă (mai puțin de 2 mile pe oră) transportă doar 40 de wați pe pătrat metru. Viteza vântului, care este de trei ori mai mare, transportă de 27 de ori mai multă energie.

Aria măturată a unei turbine eoliene este aria totală acoperită de o rotație a palelor. Pentru turbinele eoliene familiare cu axă orizontală cu două sau mai multe pale care se rotesc într-un cerc, aria măturată este egală cu pi ori lungimea unei singure lame. Pe o mașină cu o lungime a lamei de 40 de metri (131 de picioare), aria măturată este mai mare de 5.000 de metri pătrați (aproape 54.000 de metri pătrați) - aproape un acru și un sfert. Puterea care trece prin acea zonă poate fi calculată prin înmulțirea a 5.000 de metri pătrați cu 0,625 ori viteza vântului cub pentru un vânt de 12 metri pe secundă, arătând că vântul care suflă prin acea zonă transportă mai mult de 5 megavati de putere. Același vânt care suflă pe lângă o turbină cu lame de 28 de metri are o suprafață măturată de aproximativ 2.500 de metri pătrați (27.000 de metri pătrați) și are o putere de aproximativ 2,5 megawați.

Doar pentru că vântul transportă o anumită cantitate de energie prin zona măturată a unei turbine eoliene nu înseamnă că turbina eoliană produce atât de multă putere. De fapt, nici cea mai bună turbină posibilă nu poate recolta toată acea energie. Dacă ar face-o, atunci aerul imediat în spatele lamelor ar fi liniștit, ceea ce înseamnă că vântul din față nu ar avea încotro. Cantitatea maximă posibilă de energie pe care o poate turna o turbină eoliană este mai mică de 60% din total. În lumea reală, se strecoară alte ineficiențe - lucruri precum energia pierdută din frecare, zgomot și rezistență în fire - pentru a reduce puterea totală de extracție până la aproximativ 30 până la 40 la sută din total Putere eoliana.

Fiecare turbină eoliană are o putere nominală. Aceasta este puterea maximă pe care o va produce pentru fiecare moment în care turbina funcționează la viteza nominală a vântului. Din păcate, fiecare turbină are o viteză nominală a vântului diferită, ceea ce face puțin mai dificilă compararea acestora. În plus, fiecare turbină are viteze de intrare și decupare. Acestea sunt, respectiv, vitezele mici și mari ale vântului dincolo de care turbina nu produce electricitate. Eficiența turbinei între aceste două extreme este măsurată printr-o curbă de putere. Cantitatea de energie pe care o turbină eoliană o poate produce într-un anumit an depinde de curba de putere și de profilul vitezei vântului. Energia reală produsă împărțită la energia pe care ar putea-o produce turbina dacă ar funcționa întotdeauna cu normă întreagă se numește factorul de capacitate. Deși o turbină eoliană mai mare va putea în general să capteze mai multă energie eoliană, este posibil să nu aibă cel mai mare factor de capacitate într-o anumită locație.