Размер ветряной турбины Vs. Мощность

Люди использовали энергию ветра в течение тысяч лет, но возобновление интереса к производству энергии, не основанной на ископаемом топливе, привело к быстрому распространению ветряных турбин. Извлечение энергии из ветра концептуально просто: ветер движется по лопастям вентилятора, которые вращают вал, который вращает электрический генератор. Мощность ветряной турбины легко рассчитать, и да, она действительно зависит от размера турбины.

Ветер состоит из движущегося воздуха и молекул газа. Кинетическая энергия любой отдельной молекулы воздуха равна половине ее массы, умноженной на квадрат скорости. Когда дует ветер, масса воздуха, который проходит через любую конкретную область, равна площади, умноженной на скорость ветра, умноженную на плотность воздуха. Если сложить эти две части вместе, получится, что энергия ветра, дующего через данную область, равна половине плотности воздуха, умноженной на площадь, умноженную на куб скорости. Быстрый способ вычисления мощности ветра в ваттах на квадратный метр - это умножение куба скорости ветра в метрах в секунду на 0,625. Если скорость ветра выражается в милях в час, умножьте куб на 0,056. Это означает, что ветер со скоростью 12 метров в секунду (чуть более 5 миль в час) несет почти 1100 ватт на квадратный метр. метр, в то время как ветер со скоростью 4 метра в секунду (менее 2 миль в час) переносит всего 40 Вт на квадратный метр. метр. Скорость ветра, которая в три раза выше, несет в 27 раз больше энергии.

Общая площадь ветряной турбины - это общая площадь, покрываемая вращением лопастей. Для известных ветряных турбин с горизонтальной осью и двумя или более лопастями, вращающимися по кругу, площадь охвата равна pi, умноженному на длину одной лопасти. На машине с длиной лезвия 40 метров (131 фут) обрабатываемая площадь составляет более 5000 квадратных метров (почти 54000 квадратных футов) - почти четыре акра. Мощность, проходящую через эту область, можно рассчитать, умножив 5000 квадратных метров на 0,625 скорости ветра. в кубе для скорости ветра 12 метров в секунду, показывая, что ветер, дующий в этой области, несет более 5 мегаватт энергии. мощность. Тот же самый ветер, обдувающий турбину с 28-метровыми (92 футами) лопастями, имеет площадь около 2500 квадратных метров (27000 квадратных футов) и несет около 2,5 мегаватт энергии.

Тот факт, что ветер переносит определенное количество энергии через зону движения ветряной турбины, не означает, что ветряная турбина производит такую ​​большую мощность. Фактически, даже самая лучшая турбина не может собрать всю эту энергию. Если бы это было так, то воздух сразу за лопастями был бы неподвижен, а это значит, что ветру впереди некуда было бы уйти. Максимально возможное количество энергии, которое может получить ветровая турбина, составляет менее 60 процентов от общего количества. В реальном мире появляются и другие недостатки - например, потеря энергии на трение, шум и т. Д. сопротивление в проводах - для снижения общего потребления энергии примерно до 30-40 процентов от общей ветровая энергия.

Каждая ветряная турбина имеет номинальную мощность. Это максимальная мощность, которую она будет производить каждый момент, когда турбина работает при номинальной скорости ветра. К сожалению, каждая турбина имеет разную номинальную скорость ветра, что затрудняет их сравнение. Кроме того, каждая турбина имеет частоту включения и выключения. Это, соответственно, низкая и высокая скорость ветра, выше которых турбина не производит электричество. Эффективность турбины между этими двумя крайними значениями измеряется кривой мощности. Количество энергии, которое, как ожидается, будет производить ветровая турбина в конкретный год, зависит от кривой мощности и профиля скорости ветра. Фактическая произведенная энергия, разделенная на энергию, которую турбина могла бы производить, если бы она всегда работала постоянно, называется коэффициентом мощности. Хотя ветряная турбина большего размера, как правило, способна улавливать больше энергии ветра, она может не иметь наивысшего коэффициента мощности в данном месте.