Wind Turbine Größe Vs. Leistung

Turbinen mit einer größeren überstrichenen Fläche können im Allgemeinen mehr Windenergie ernten.

Der Mensch nutzt die Windenergie seit Jahrtausenden, aber das erneute Interesse an der Energieerzeugung ohne fossile Brennstoffe hat zu einer rasanten Zunahme der Verbreitung von Windkraftanlagen geführt. Das Ableiten von Energie aus Wind ist konzeptionell einfach: Wind bewegt sich über Lüfterblätter, die eine Welle drehen, die einen elektrischen Generator dreht. Die Leistungskapazität einer Windkraftanlage ist leicht zu berechnen, und ja, es hängt von der Turbinengröße ab.

Energie im Wind

Wind besteht aus Luft in Bewegung und besteht aus gasförmigen Molekülen. Die kinetische Energie jedes einzelnen Luftmoleküls ist gleich der Hälfte seiner Masse multipliziert mit der Geschwindigkeit im Quadrat. Wenn Wind weht, ist die Luftmenge, die durch ein bestimmtes Gebiet strömt, gleich der Fläche mal der Windgeschwindigkeit mal der Dichte der Luft. Wenn man diese beiden Teile zusammenfügt, ist die Energie, die in dem Wind enthalten ist, der durch eine gegebene Fläche weht, gleich der Hälfte der Luftdichte mal der Fläche mal der gewürfelten Geschwindigkeit. Eine schnelle Möglichkeit zur Berechnung der Windleistung in Watt pro Quadratmeter besteht darin, den Kubus der Windgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde mit 0,625 zu multiplizieren. Wenn die Windgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde ist, multiplizierst du den Würfel mit 0,056. Das heißt, ein Wind von 12 Metern pro Sekunde (knapp über 5 Meilen pro Stunde) trägt fast 1.100 Watt pro Quadratmeter, während ein Windstoß von 4 Metern pro Sekunde nur 40 Watt pro Stunde transportiert Quadratmeter. Die dreimal höhere Windgeschwindigkeit trägt 27 mal mehr Energie.

Swept-Bereich

Die überstrichene Fläche einer Windkraftanlage ist die Gesamtfläche, die durch eine Rotation der Schaufeln abgedeckt wird. Für die bekannten Windturbinen mit horizontaler Achse mit zwei oder mehr Blättern, die sich in einem Kreis drehen, ist die überstrichene Fläche gleich dem Pi-fachen der Länge eines einzelnen Blattes. Auf einer Maschine mit einer Schaufellänge von 40 Metern (131 Fuß) beträgt die überstrichene Fläche mehr als 5.000 Quadratmeter (fast 54.000 Quadratfuß) - fast eineinviertel Hektar. Die Leistung, die durch dieses Gebiet fließt, kann berechnet werden, indem 5000 Quadratmeter für eine Windgeschwindigkeit von 12 Metern pro Sekunde mit dem 0,625-fachen der Windgeschwindigkeit multipliziert werden, was zeigt, dass der Wind, der durch dieses Gebiet weht, mehr als 5 Megawatt Leistung hat. Derselbe Wind, der an einer Turbine mit 28-Meter-Flügeln vorbeifliegt, hat eine gefegte Fläche von etwa 2.500 Quadratmetern und trägt etwa 2,5 Megawatt Leistung.

Effizienz

Nur weil der Wind eine bestimmte Menge an Energie durch die Windfläche einer Windkraftanlage trägt, bedeutet das nicht, dass die Windkraftanlage so viel Energie erzeugt. In der Tat kann selbst die beste Turbine diese Energie nicht ernten. Wenn dies der Fall wäre, wäre die Luft unmittelbar hinter den Rotorblättern still, was bedeutet, dass der vordere Wind nirgendwohin gehen würde. Die maximal mögliche Energiemenge, die eine Windturbine ernten kann, beträgt weniger als 60 Prozent der Gesamtmenge. In der realen Welt schleichen sich andere Ineffizienzen ein - wie Energieverlust durch Reibung, Lärm und Widerstand in Drähten -, um die gesamte Energiegewinnung auf etwa 30 bis 40 Prozent der gesamten Windenergie zu reduzieren.

Kapazitätsfaktor

Jede Windenergieanlage hat eine Nennleistung. Das ist die maximale Leistung, die es für jeden Moment produziert, wenn die Turbine mit ihrer Nennwindgeschwindigkeit arbeitet. Leider hat jede Turbine eine andere Nennwindgeschwindigkeit, was den Vergleich etwas erschwert. Jede Turbine hat zusätzlich eine Ein- und Ausschaltgeschwindigkeit. Das sind die niedrigen und hohen Windgeschwindigkeiten, jenseits derer die Turbine keinen Strom produziert. Die Effizienz der Turbine zwischen diesen beiden Extremen wird in einer Leistungskurve gemessen. Die Menge an Energie, die eine Windenergieanlage in einem bestimmten Jahr erzeugen kann, hängt von der Leistungskurve und dem Windgeschwindigkeitsprofil ab. Die tatsächlich erzeugte Energie geteilt durch die Energie, die die Turbine erzeugen könnte, wenn sie immer in Vollzeit läuft, wird der Kapazitätsfaktor genannt. Obwohl eine größere Windkraftanlage im Allgemeinen mehr Windenergie aufnehmen kann, hat sie möglicherweise an einem bestimmten Standort nicht den höchsten Kapazitätsfaktor.

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