Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Energi

Vindmølle Størrelse Vs. Power

Mennesker har brugt vindkraft i tusindvis af år, men fornyet interesse, ikke-fossilbrændselsbaseret energigenerering har ført til en hurtig stigning i spredningen af ​​vindmøller. Udvindingsenergi fra vind er konceptuelt enkel: Vind bevæger sig over fanblades, der drejer en aksel, der roterer en elektrisk generator. En vindmøllekapacitet kan nemt beregnes, og det afhænger af turbine størrelse.

Energi i vind

Vind består af luft i bevægelse og består af gasformige molekyler. Den kinetiske energi af et enkelt luftmolekyle er lig med halvdelen af ​​dets masse gange dens hastighed kvadreret. Når vinden blæser, er luftmassen, der passerer gennem et bestemt område, lig med området gange vindhastigheden gange lufttætheden. Ved at sætte disse to stykker sammen, er den energi, der er indeholdt i vinden, der blæser gennem et givet område, lig med halvdelen af ​​lufttætheden gange området, hvor hastigheden hældes. En hurtig måde at beregne kraften i vind, i watt pr. Kvadratmeter, er at multiplicere kuben af ​​vindhastigheden i meter per sekund med 0,625. Hvis vindhastigheden er i miles per time, multipliserer du terningen med 0,056. Det betyder en 12 meter per sekund (lidt over 5 miles per time) vind bærer næsten 1.100 watt per kvadratmeter, mens en 4 meter per sekund (mindre end 2 miles per time) brise bærer kun 40 watt pr. kvadratmeter. Vindhastigheden, der er tre gange større, bærer 27 gange mere energi.

Overskydt område

Vindmølleområdet er det samlede areal, der er dækket af knivens rotation. For de velkendte vandrette akse vindmøller med to eller flere blade, der spinder i en cirkel, er det svævede område lig med pi gange længden af ​​et enkelt blad. På en maskine med en længde på 40 meter (131 fod) er det fejede område mere end 5.000 kvadratmeter (næsten 54.000 kvadratmeter) - næsten en og en kvart hektar. Kraften, der går gennem dette område, kan beregnes ved at multiplicere 5.000 kvadratmeter med 0,625 gange vindhastigheden i en 12 meter per sekund vind, hvilket viser at vinden, der blæser gennem dette område, bærer mere end 5 megawatt kraft. Den samme vind blæser forbi en turbine med 28 meter (92 fod) blader har et fejet område på omkring 2.500 kvadratmeter, og har ca. 2,5 megawatt strøm.

Effektivitet

Kun fordi vinden bærer en vis mængde strøm gennem en vindmølle suget område betyder det ikke, at vindmøllen producerer så meget strøm. Faktisk kan selv den bedste mulige turbine ikke høste al den energi. Hvis det gjorde det, ville luften umiddelbart bag knivene stadig være, hvilket betyder, at vinden foran ville have ingen steder at gå. Den maksimale mængde energi en vindmølle kan høste er mindre end 60 procent af den samlede mængde. I den virkelige verden skrider andre ineffektiviteter ind i ting som energi tabt for friktion, støj og modstand i ledninger - for at reducere den samlede effektudvinding ned til ca. 30 til 40 procent af den samlede vindkraft.

Kapacitetsfaktor

Hver vindmølle bærer en effektbedømmelse. Det er den maksimale effekt, det vil producere for hvert øjeblik turbinen opererer ved sin nominelle vindhastighed. Desværre har hver turbine en anden nominel vindhastighed, hvilket gør det lidt sværere at sammenligne dem. Derudover har hver turbine indskæringer og udskæringshastigheder. Det er henholdsvis de lave og høje vindhastigheder ud over hvilke turbinen producerer ingen elektricitet. Effektiviteten af ​​turbinen mellem disse to ekstremer måles i en effektkurve. Den mængde energi, som en vindmølle kan forventes at producere i et givet år afhænger af effektkurven og vindhastighedsprofilen. Den faktiske energi produceret divideret med den energi, som turbinen kan producere, hvis den altid løber på fuld tid, kaldes kapacitetsfaktoren. Selvom en større vindmølle generelt vil være i stand til at fange mere vindenergi, har den måske ikke den højeste kapacitetsfaktor på et givet sted.

Klik for at udvide hele teksten