Розмір вітрогенератора проти Потужність

Люди використовують енергію вітру протягом тисячоліть, але оновлений інтерес до виробництва енергії, що не ґрунтується на викопному паливі, призвів до швидкого збільшення поширення вітрових турбін. Витяг енергії з вітру концептуально простий: вітер рухається по лопатях вентиляторів, які обертають вал, який обертає електричний генератор. Потужність вітрогенератора легко розрахувати, і так, це залежить від розміру турбіни.

Вітер складається з повітря, що рухається, і складається з газоподібних молекул. Кінетична енергія будь-якої окремої молекули повітря дорівнює половині його маси, помноженій на її швидкість у квадраті. Коли дме вітер, маса повітря, що проходить через якусь конкретну область, дорівнює площі, помноженій на швидкість вітру, помноженій на щільність повітря. Склавши ці два шматки, енергія, що міститься у вітрі, що дме через дану область, дорівнює половині щільності повітря, помноженої на площу, помножену на кубичну швидкість. Швидкий спосіб обчислення потужності вітру у ватах на квадратний метр полягає у множенні куба швидкості вітру в метрах за секунду на 0,625. Якщо швидкість вітру в милях на годину, ви помножуєте куб на 0,056. Це означає, що вітер 12 метрів в секунду (трохи більше 5 миль на годину) несе майже 1100 Вт на квадрат метр, тоді як вітер 4 метри в секунду (менше 2 миль на годину) несе лише 40 Вт на квадрат метр. Втричі більша швидкість вітру несе в 27 разів більше енергії.

Промінена площа вітрогенератора - це загальна площа, покрита обертанням лопатей. Для знайомих турбін з горизонтальною віссю з двома або більше лопатями, які обертаються по колу, площа розгортки дорівнює пі, що перевищує довжину однієї лопаті. На машині з довжиною леза 40 метрів (131 фут) площа, що прокочується, становить понад 5000 квадратних метрів (майже 54000 квадратних футів) - майже півтора акра. Потужність, що проходить через цю область, можна розрахувати, помноживши 5000 квадратних метрів на 0,625, перевищує швидкість вітру в кубі для вітру 12 метрів в секунду, показуючи, що вітер, що дме через цю область, несе більше 5 мегават потужність. Той самий вітер, що дме повз турбіну з 28-метровими лопатями, має площу близько 2500 квадратних метрів (27000 квадратних футів) і несе близько 2,5 мегават потужності.

Те, що вітер несе певну кількість енергії через зону, що охоплює вітрогенератор, ще не означає, що вітрогенератор виробляє таку потужність. Насправді навіть найкраща турбіна не може зібрати всю цю енергію. Якби це сталося, то повітря відразу за лопатями було б нерухомим, а це означає, що вітру попереду нікуди було б діватися. Максимально можлива кількість енергії, яку може зібрати вітрогенератор, становить менше 60 відсотків від загальної кількості. У реальному світі поповзають інші неефективні фактори - такі речі, як енергія, втрачена через тертя, шум та опір проводів - для зменшення загальної потужності відбору потужності приблизно до 30-40 відсотків від загальної кількості енергія вітру.

Кожна вітрогенератор має номінальну потужність. Це максимальна потужність, яку вона буде виробляти за кожну мить, коли турбіна працює при номінальній швидкості вітру. На жаль, кожна турбіна має різну номінальну швидкість вітру, що ускладнює їх порівняння. Крім того, кожна турбіна має швидкість врізання та вимикання. Це, відповідно, низька та висока швидкість вітру, за якими турбіна не виробляє електроенергії. Ефективність турбіни між цими двома екстремумами вимірюється в кривій потужності. Кількість енергії, яку можна очікувати від вітрогенератора за певний рік, залежить від кривої потужності та профілю швидкості вітру. Фактична вироблена енергія, поділена на енергію, яку могла б виробляти турбіна, якби вона завжди працювала повний час, називається коефіцієнтом потужності. Хоча більша вітряна турбіна, як правило, зможе вловлювати більше енергії вітру, вона може не мати найвищого коефіцієнта потужності в даному місці.