Πόση ενέργεια υπάρχει στον άνεμο;

Πρακτικός τρόπος υπολογισμού

Παρακάτω θα δούμε τον απλό τύπο με τον οποίο μπορούμε να υπολογίζουμε την ισχύ που μπορεί να δώσει μια ανεμογεννήτρια. Προκύπτει από το συνδυασμό της κινητικής ενέργειας που υπάρχει στον άνεμο και του ανώτατου ορίου αυτής που μπορούμε να μετατρέψουμε σε μηχανική/ηλεκτρική, όπως το όρισε ο Γερμανός επιστήμονας Albert Betz.

Κινητική ενέργεια: 0,5 Χ Μάζα Χ (Ταχύτητα στο τετράγωνο)

Η μάζα υπολογίζεται σε Kg και η ταχύτητα σε m/s (μέτρα ανά δευτερόλεπτο). Η κινητική ενέργεια είναι σε Joules.

Η πυκνότητα του αέρα σε μηδέν υψόμετρο είναι 1,23 Kg ανά κυβικό μέτρο. Έτσι λοιπόν η μάζα του αέρα που περνά από την επιφάνεια που καλύπτουν τα πτερύγια μιας ανεμογεννήτριας, προκύπτει από τον τύπο:

Μάζα/δευτερόλεπτο (kg/s) = Ταχύτητα (m/s) x Επιφάνεια (m2) x Πυκνότητα (kg/m3)

Συνδυάζοντας τους παραπάνω τύπους, προκύπτει η ισχύς του ανέμου στα πτερύγια της ανεμογεννήτριας (σε Watt):

Ισχύς (Watt) = 0.5 Χ επιφάνεια (m2) Χ 1,23 Χ τρεις φορές την ταχύτητα του ανέμου σε m/sec

Το 1,23 ισχύει για ανεμογεννήτριες τοποθετημένες στο ίδιο επίπεδο με τη θάλασσα - όσο ανεβαίνουμε σε υψόμετρο αυτό αλλάζει, όχι όμως τόσο ώστε να επηρεάζει ιδιαίτερα το αποτέλεσμα.

Αυτή είναι η ισχύς του ανέμου. Ο Albert Betz υπολόγισε όμως ότι το μέγιστο που μπορούμε να μετατρέψουμε από την κινητική ενέργεια του ανέμου σε μηχανική ενέργεια με την κίνηση ενός ρότορα (όπως σε μια ανεμογεννήτρια) είναι 59,3%.

Εδώ λοιπόν μπαίνει και το όριο του 59,3% αλλά και οι απώλειες της ανεμογεννήτριας (τριβής, καλωδίων κ.α.). Έτσι συνήθως η τελική ισχύς που παίρνουμε από τις ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα είναι το 30-40% της ισχύος του ανέμου που υπολογίσαμε με τον παραπάνω τύπο. Στις ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα το αντίστοιχο ποσοστό είναι 15-30%.

Παράδειγμα:

Έστω ότι έχουμε μια ανεμογεννήτρια, τοποθετημένη στο ύψος της θάλασσας, με διάμετρο ρότορα 5 μέτρα (δηλαδή δυόμιση μέτρα το κάθε πτερύγιο). Θέλουμε να υπολογίσουμε την ισχύ που μπορεί να δώσει σε ταχύτητες ανέμου της τάξεως των 12 μέτρων ανά δευτερόλεπτο (m/s).

Η επιφάνεια που καλύπτει ο ρότορας είναι π επί [(διάμετρος δια δύο) στο τετράγωνο], δηλαδή:

Επιφάνεια (m2) = 3,14 Χ (2,5 Χ 2,5) = 19,63 τεραγωνικά μέτρα (m2).

Έτσι, σύμφωνα με τον τύπο ισχύος του ανέμου:

Ισχύς (Watt) = 0,5 Χ 19,63 Χ 1,23 Χ (12Χ12Χ12) = 20.861 Watt

Λαμβάνοντας υπόψη και το όριο του Betz (59,3%), βλέπουμε ότι η ισχύς αυτής της ανεμογεννήτριας σε ταχύτητα ανέμου 12 m/s δεν μπορεί να ξεπεράσει τα 20.861 Χ 0,593 = 12.371 Watt.

Στην πράξη βέβαια, εξ΄ αιτίας και άλλων απωλειών, θα δίνει από 6.000W έως 9.000W και αυτό στην καλύτερη περίπτωση (άριστα σχεδιασμένη και μεγάλη ανεμογεννήτρια)! Αν μάλιστα ήταν κάθετου άξονα, θα είχε χαμηλότερη απόδοση και η ισχύς θα ήταν αντίστοιχα από 3.000W έως 6.000W το πολύ.

Ενημερωτικό δελτίο

Γραφτείτε στη λίστα φίλων των ιστοσελίδων μας και θα λαμβάνετε ανά δίμηνο e-mail με ενημέρωση για νέες κατασκευές με αιολική ενέργεια και φωτοβολταικα!

Στείλτε απλά το email στο οποίο θέλετε να λαμβάνετε αυτό το ηλεκτρονικό δελτίο:

Απεχθάνομαι την ανεπιθύμητη αλληλογραφία όσο κι εσείς! Σας διαβεβαιώνω ότι το email σας θα χρησιμοποιηθεί μόνο για την αποστολή του ενημερωτικού δελτίου.

Πρώτο στην Ελλάδα!

Το πρώτο site στην Ελλάδα αφιερωμένο αποκλειστικά στην ιδιοκατασκευή ανεμογεννήτριας!