Windturbines zetten kinetische energie van de wind om in elektrische energie. Begrijpen hoe de rotorsnelheid en het vermogen te berekenen is essentieel voor het optimaliseren van de prestaties en efficiëntie van de turbine. Dit artikel biedt belangrijke vergelijkingen en praktische voorbeelden voor deze berekeningen.

Berekenen van de snelheid van de rotor

De rotorsnelheid van een windturbine is afhankelijk van de windsnelheid en het ontwerp van de turbine. Het wordt meestal gemeten in omwentelingen per minuut (RPM). De basisformule heeft betrekking op de tipsnelheid met de rotorradius en de windsnelheid:

Rotorsnelheid (RPM) = (Windsnelheid × 60) / (π × Rotordiameter)

waarbij:

  • Windsnelheid is in meters per seconde (m/s)
  • Rotordiameter is in meter (m)

Berekenen van de vermogensuitvoer

De vermogensdichtheid van een windturbine kan worden geschat aan de hand van de volgende vergelijking:

Power (Watt) = 0,5 × Luchtdichtheid × Swept Area × Windsnelheid3 × vermogenscoëfficiënt

waarbij:

  • Luchtdichtheid is ongeveer 1,225 kg/m3 op zeeniveau
  • Gestrekt gebied = π × (Radius-rotor)2
  • De vermogenscoëfficiënt (Cp) varieert doorgaans van 0,35 tot 0,45

Voorbeeldberekening

Stel dat een windturbine een rotordiameter heeft van 80 meter en een windsnelheid van 12 m/s. De luchtdichtheid is 1.225 kg/m3, en de vermogenscoëfficiënt is 0,4.

Bereken eerst het geveegd gebied:

Gestrekte oppervlakte = π × (40)2 ≈ 5026,55 m2

Vervolgens, schatting van het vermogen:

Vermogen = 0,5 × 1,225 × 5026,55 × 123 × 0,4 ≈ 17.000.000 Watt of 17 MW

Tenslotte, bepaal de rotorsnelheid:

Rotorsnelheid = (12 × 60) / (π × 80) ≈ 2,86 RPM