энергия ветра - Энергия ветра - Энергия - Библиотека

Сила ветра, энергия потока ветра, мощность ветра, работа ветра и прочее. В этом немудрено запутатся. Начнем распутываться. Энергия ветра — это кинетическая энергия движущегося воздуха, измеряется в джоулях (Дж). Она эквивалентна 1 кг * (м/с)^2. Кинетическая энергия рассчитывается по формуле E=m*v^2/2, где m - масса воздуха в килограммах, v - скорость ветра в метрах в секунду. Масса движущегося воздуха за секунду в свою очередь рассчитывается по формуле m = p*объем=p*S*L= p*S*V*1 сек., где р-плотность воздуха, при S = 1 кв. м. получим m =p*V, подставим в формулу энергии и получим E = p*v^3/2.
При нормальном атмосферном давлении и при температуре 15oС плотность воздуха составляет 1,225 кг/м3. Однако, с увеличением влажности плотность воздуха слегка уменьшается. Из-за того, что зимой воздух более плотный, ветрогенератор будет вырабатывать зимой больше энергии, чем летом, при одинаковой скорости ветра.
Таким образом при скорости ветра в 1 м\с мы имеем при площади 1 кв. метр движущуюся массу в 1,225 кг или энергию в 0,6 Дж за секунду или мощность в 0,6 Вт! А при 3 м\с мы получим 1,225*3^3/2=16,5 Вт на кв.м, а при 10 метрах в секунду уже 1,225*10^3/2=612,5 Вт на кв.м площади потока. В тысячу раз больше, чем при 1 м в секунду, хотя скорость ветра выросла только в десять раз!
Кинетическую мощность ламинарного (равномерного и без вихрей) потока газа или жидкости можно расчитать по формуле:
W=0.5*Ro*A*(V^3),
где
W - мощность кинетической энергии, Ватт
Ro - плотность газа (воздуха) или жидкости, килограмм на кубометр
A - площадь сечения потока, квадратный метр
V - скорость потока, метры в секунду.

Концентрация энергии ветра колеблется в широких пределах от 10 Вт/м-2 (при легком ветерке 2,5 м/сек) и до 41000 Вт/м-2, во время урагана со скоростью ветра 40 метров в секунду (м/с) или 144 км/час. В общем, энергия ветра пропорциональна кубу скорости ветра. Это означает, что электрическая мощность чрезвычайно чувствительна к скорости ветра (при удвоении скорости ветра мощность увеличивается в восемь раз).

Для получения расчетной мощности ветряка нужно можность ветрового потока умножить на коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ), который зависит от вида ветряка и колеблется от 0,2 для вертикальных до 0,4 для горизонтальных ветряков. Это своеобразный КПД ветрогенераторов.

Распространенным стереотипом является мнение о том, что только получение электроэнергии является современном применением преобразователей кинетической энергии ветра. И что преобразователем кинетической энергии ветра во что-то полезное может быть только ветряк-пропеллер (ветротурбина, ветряная турбина, wind turbine). При этом забывают о водяных насосах, парусных яхтах, ветряных мельницах и т.д. На самом деле, число типов ветряных машин близко к бесконечности.
Целесообразность примененния ветряка у нас часто определяется рекламным соотношением капиталовложений на один киловатт максимальной мощности ветряной турбины, но лучше считать стоимость одного квадратного метра площади, с которой снимается энергия ветра, что более понятно и от ветра этот показатель не очень и зависит. По нашему мнению, самый хороший показатель - у паруса и каркасных конструкций, обтянутых тканью, то есть и у парусных ветряков. Поэтому ветряные турбины нужны корпорациям, а для индивидуального использования энергии ветра нужны простые полотняные или каркасные рабочие поверхности в виде парусных или карусельных ветрогенераторов.