ขนาดกังหันลมเทียบกับขนาดกังหันลม พลัง

มนุษย์ใช้พลังงานลมมาเป็นเวลาหลายพันปีแล้ว แต่การกลับมาใหม่ที่น่าสนใจของการผลิตพลังงานที่ไม่ใช่เชื้อเพลิงฟอสซิลได้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในการแพร่กระจายของกังหันลม การดึงพลังงานจากลมเป็นเรื่องง่ายตามแนวคิด: ลมเคลื่อนผ่านใบพัดลมที่หมุนเพลาที่หมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ความจุพลังงานของกังหันลมคำนวณได้ง่าย และใช่ ขึ้นอยู่กับขนาดของกังหัน

ลมประกอบด้วยอากาศที่เคลื่อนที่และประกอบด้วยโมเลกุลของก๊าซ พลังงานจลน์ของโมเลกุลอากาศใดๆ เท่ากับครึ่งหนึ่งของมวลคูณด้วยความเร็วยกกำลังสอง เมื่อลมพัด มวลอากาศที่ไหลผ่านบริเวณใดบริเวณหนึ่งจะเท่ากับพื้นที่คูณความเร็วลมคูณความหนาแน่นของอากาศ เมื่อนำทั้งสองชิ้นมารวมกัน พลังงานที่มีอยู่ในลมที่พัดผ่านพื้นที่ที่กำหนดจะเท่ากับครึ่งหนึ่งของความหนาแน่นของอากาศคูณพื้นที่คูณความเร็วลูกบาศก์ วิธีที่รวดเร็วในการคำนวณกำลังลมในหน่วยวัตต์ต่อตารางเมตร คือการคูณลูกบาศก์ของความเร็วลมเป็นเมตรต่อวินาทีด้วย 0.625 ถ้าความเร็วลมเป็นไมล์ต่อชั่วโมง คุณคูณลูกบาศก์ด้วย 0.056 นั่นหมายถึงลมที่ความเร็ว 12 เมตรต่อวินาที (มากกว่า 5 ไมล์ต่อชั่วโมง) มีกำลังเกือบ 1,100 วัตต์ต่อตารางเมตร เมตร ในขณะที่สายลม 4 เมตรต่อวินาที (น้อยกว่า 2 ไมล์ต่อชั่วโมง) ให้กำลังเพียง 40 วัตต์ต่อตารางเมตร เมตร. ความเร็วลมที่มากกว่าสามเท่ามีพลังงานมากกว่า 27 เท่า

พื้นที่กวาดของกังหันลมคือพื้นที่ทั้งหมดที่ครอบคลุมโดยการหมุนของใบพัด สำหรับกังหันลมแกนนอนที่คุ้นเคยซึ่งมีใบพัดตั้งแต่ 2 ใบขึ้นไปที่หมุนเป็นวงกลม พื้นที่กวาดจะเท่ากับ pi คูณความยาวของใบพัดเดี่ยว บนเครื่องจักรที่มีความยาวใบมีด 40 เมตร (131 ฟุต) พื้นที่กวาดมีมากกว่า 5,000 ตารางเมตร (เกือบ 54,000 ตารางฟุต) หรือเกือบหนึ่งเอเคอร์ กำลังไฟฟ้าที่ไหลผ่านพื้นที่นั้นสามารถคำนวณได้จากการคูณ 5,000 ตารางเมตร กับ 0.625 เท่าของความเร็วลม ลูกบาศก์สำหรับลมความเร็ว 12 เมตรต่อวินาที แสดงว่าลมที่พัดผ่านบริเวณนั้นมีกำลังมากกว่า 5 เมกะวัตต์ อำนาจ ลมแบบเดียวกันที่พัดผ่านกังหันที่มีใบมีดสูง 28 เมตร (92 ฟุต) มีพื้นที่กวาดประมาณ 2,500 ตารางเมตร (27,000 ตารางฟุต) และมีพลังงานประมาณ 2.5 เมกะวัตต์

เพียงเพราะลมพัดพาพลังงานจำนวนหนึ่งผ่านพื้นที่กวาดของกังหันลมไม่ได้หมายความว่ากังหันลมผลิตพลังงานได้มากขนาดนั้น อันที่จริง แม้แต่กังหันที่ดีที่สุดก็ไม่สามารถเก็บเกี่ยวพลังงานทั้งหมดนั้นได้ ถ้าเป็นเช่นนั้น อากาศที่อยู่ด้านหลังใบมีดก็จะนิ่งทันที ซึ่งหมายความว่าลมที่อยู่ข้างหน้าจะไม่มีที่ไป ปริมาณพลังงานสูงสุดที่เป็นไปได้ที่กังหันลมสามารถเก็บเกี่ยวได้นั้นน้อยกว่า 60 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานทั้งหมด ในโลกแห่งความเป็นจริง ความไร้ประสิทธิภาพอื่นๆ กำลังคืบคลานเข้ามา เช่น พลังงานที่สูญเสียไปจากการเสียดสี เสียง และ ความต้านทานในสายไฟ -- เพื่อลดการดึงพลังงานโดยรวมลงเหลือประมาณ 30 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ของทั้งหมด พลังงานลม

กังหันลมทุกตัวมีระดับพลังงาน นั่นคือกำลังสูงสุดที่จะผลิตได้ในทุกช่วงเวลาที่กังหันทำงานด้วยความเร็วลมที่กำหนด น่าเสียดายที่กังหันทุกตัวมีความเร็วลมที่แตกต่างกัน ทำให้เปรียบเทียบได้ยากขึ้นเล็กน้อย นอกจากนี้ กังหันทุกตัวมีความเร็วตัดเข้าและออก นั่นคือความเร็วลมต่ำและสูงตามลำดับซึ่งกังหันไม่ผลิตไฟฟ้า ประสิทธิภาพของกังหันระหว่างสุดขั้วทั้งสองนั้นวัดจากกราฟกำลัง ปริมาณพลังงานที่กังหันลมสามารถผลิตได้ในปีหนึ่งๆ ขึ้นอยู่กับเส้นโค้งกำลังและโปรไฟล์ความเร็วลม พลังงานที่เกิดขึ้นจริงหารด้วยพลังงานที่กังหันสามารถผลิตได้หากทำงานเต็มเวลาเสมอเรียกว่าปัจจัยความจุ แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วกังหันลมที่ใหญ่กว่าจะสามารถจับพลังงานลมได้มากกว่า แต่ก็อาจไม่มีปัจจัยด้านความจุสูงสุดในตำแหน่งที่กำหนด