Energia możliwa do pozyskania z wiatru bardzo silnie zależy od jego prędkości. Dla strumienia powietrza przepływającego przez określoną powierzchnię moc wiatru opisuje zależność:
Wzór
P = 1/2 · ρ · A · v³
Gdzie:
- P — moc strumienia wiatru,
- ρ — gęstość powietrza,
- A — powierzchnia omiatana przez wirnik turbiny,
- v — prędkość wiatru.
Najważniejsze jest to, że moc wiatru jest proporcjonalna do trzeciej potęgi prędkości wiatru:
P ∼ v³
Oznacza to, że niewielki wzrost prędkości wiatru powoduje bardzo duży wzrost dostępnej energii.
Przykład egzaminacyjny
Jeżeli prędkość wiatru wzrośnie dwukrotnie, to:
2³ = 8
Energia wiatru wzrośnie więc ośmiokrotnie.
Dlatego poprawna odpowiedź w pytaniu brzmi: D. ośmiokrotnie.
Dlaczego to ważne w energetyce wiatrowej?
Turbiny wiatrowe opłaca się montować w miejscach o możliwie dużej i stabilnej prędkości wiatru. Różnica między średnią prędkością 4 m/s a 8 m/s nie oznacza dwukrotnie większego uzysku, lecz teoretycznie nawet ośmiokrotnie większą moc strumienia wiatru.
W praktyce rzeczywista energia elektryczna zależy jeszcze od:
- sprawności turbiny,
- ograniczenia Betza,
- strat mechanicznych i elektrycznych,
- charakterystyki generatora,
- warunków lokalnych.
Na egzaminie kluczowa jest jednak zasada: moc i energia wiatru rosną z sześcianem prędkości wiatru.