Tuuliturbiinit muuntavat kineettisen energian tuulesta sähköenergiaksi. Roottorin nopeuden ja tehon laskeminen on välttämätöntä turbiinin suorituskyvyn ja tehokkuuden optimoimiseksi. Tämä artikkeli tarjoaa keskeisiä yhtälöitä ja käytännön esimerkkejä näistä laskelmista.

Lasketaan roottorin nopeutta

Tuuliturbiinin roottorin nopeus riippuu tuulen nopeudesta ja turbiinin suunnittelusta. Se mitataan tyypillisesti kierroslukuina minuutissa (RPM). Peruskaavassa kärkinopeus on suhteessa roottorin säteeseen ja tuulen nopeuteen:

Roottorin nopeus (RPM) = (Tuulinopeus × 60) / (π × Roottorin halkaisija)[

jossa

  • Tuulen nopeus on metreinä sekunnissa (m/s)
  • Roottorin halkaisija on metreinä (m)

Virrankulutuksen laskeminen

Tuuliturbiinin teho voidaan arvioida seuraavan yhtälön avulla:

]Power (watts) = 0,5 × Air Tiheys × Swept Area × Wind Nopeus3 × Tehokerroin

jossa

  • Ilmatiheys on noin 1,225 kg/m3 merenpinnan tasolla
  • Swept Area = π × (Rotor Radius) 2
  • Tehokerroin (Cp) vaihtelee tyypillisesti välillä 0,35-0,45

Esimerkkilaskenta

Oletetaan, että tuuliturbiinin roottorin halkaisija on 80 metriä ja tuulen nopeus 12 m/s. Ilmantiheys on 1,225 kg/m3, ja tehokerroin on 0,4.

Laske ensin pyyhkäisyalue:

Swept Area = π × (40) 2 ... 5026.55 m2

Seuraavaksi arvioit tehon:

Teho = 0,5 × 1,225 × 5026,55 × 123 × 0,4 ... 17 000 000 wattia tai 17 MW

Määritetään roottorin nopeus:

Roottorin nopeus = (12 × 60) / (π × 80) ...