los seres humanos han estado utilizando la energía eólica durante miles de años, pero el renovado interés en la generación de energía basada en combustibles no fósiles ha llevado a un rápido aumento en la propagación de las turbinas eólicas. Conceptualmente, extraer energía del viento es simple: el viento se mueve sobre las aspas del ventilador que hacen girar un eje que hace girar un generador eléctrico. La capacidad de potencia de una turbina eólica se calcula fácilmente, y sí, depende del tamaño de la turbina.
energía en el viento
El viento está formado por aire en movimiento y está formado por moléculas gaseosas. La energía cinética de cualquier molécula de aire es igual a la mitad de su masa multiplicada por su velocidad al cuadrado. cuando el viento sopla, la masa de aire que pasa a través de un área en particular es igual al área por la velocidad del viento por la densidad del aire. Al juntar esas dos piezas, la energía contenida en el viento que sopla a través de un área determinada es igual a la mitad de la densidad del aire multiplicada por el área multiplicada por la velocidad. Una forma rápida de calcular la potencia en el viento, en vatios por metro cuadrado, es multiplicar el cubo de la velocidad del viento en metros por segundo por 0.625. si la velocidad del viento es en millas por hora, multiplica el cubo por 0.056. eso significa que un viento de 12 metros por segundo (poco más de 5 millas por hora) transporta casi 1,100 vatios por metro cuadrado, mientras que una brisa de 4 metros por segundo (menos de 2 millas por hora) lleva solo 40 vatios por metro cuadrado. La velocidad del viento que es tres veces mayor lleva 27 veces más energía.
área barrida
El área barrida de una turbina eólica es el área total cubierta por una rotación de las palas. Para las turbinas eólicas familiares de eje horizontal con dos o más palas que giran en un círculo, el área barrida es igual a pi veces la longitud de una sola pala. en una máquina con una longitud de cuchilla de 40 metros (131 pies), el área barrida es de más de 5,000 metros cuadrados (casi 54,000 pies cuadrados), casi una hectárea y cuarto. la potencia que atraviesa esa área se puede calcular multiplicando 5,000 metros cuadrados por 0,625 veces la velocidad del viento en cubos por un viento de 12 metros por segundo, lo que muestra que el viento que sopla a través de esa área lleva más de 5 megavatios de potencia. el mismo viento que sopla a través de una turbina con álabes de 28 metros (92 pies) tiene un área barrida de aproximadamente 2,500 metros cuadrados (27,000 pies cuadrados) y lleva aproximadamente 2.5 megavatios de potencia.
eficiencia
el hecho de que el viento lleve una cierta cantidad de energía a través del área barrida de una turbina eólica no significa que la turbina eólica produzca tanta potencia. de hecho, incluso la mejor turbina posible no puede cosechar toda esa energía. si lo hiciera, entonces el aire inmediatamente detrás de las aspas se detendría, lo que significa que el viento en el frente no tendría a dónde ir. La cantidad máxima de energía posible que una turbina eólica puede cosechar es menos del 60 por ciento del total. en el mundo real, surgen otras ineficiencias, como la pérdida de energía debido a la fricción, el ruido y la resistencia de los cables, para reducir la extracción de energía en general a aproximadamente 30 a 40 por ciento de la energía eólica total.
factor de capacidad
Cada aerogenerador lleva una potencia nominal. esa es la potencia máxima que producirá en cada momento en que la turbina funcione a su velocidad de viento nominal. desafortunadamente, cada turbina tiene una velocidad de viento nominal diferente, lo que hace que sea un poco más difícil compararlas. Además, cada turbina tiene velocidades de conexión y desconexión. esas son, respectivamente, las bajas y altas velocidades del viento más allá de las cuales la turbina no produce electricidad. La eficiencia de la turbina entre esos dos extremos se mide en una curva de potencia. La cantidad de energía que puede esperarse que produzca una turbina eólica en un año determinado depende de la curva de potencia y del perfil de velocidad del viento. La energía real producida dividida por la energía que la turbina podría producir si siempre funcionara a tiempo completo se denomina factor de capacidad.