Co to jest energia potencjalna wiatru?

Energia potencjalna została po raz pierwszy zdefiniowana w XIX wieku przez szkockiego fizyka Williama Rankine'a. Wyjaśnił to jako energię zgromadzoną w systemie, którą można przekształcić do pracy. Odnosząc się do energii potencjalnej wiatru, można to rozumieć jako ilość energii użytecznej, jaką można wytworzyć w wyniku prądów wiatru. Taka energia wiatrowa jest przekształcana w energię kinetyczną za pomocą takich środków, jak turbiny wiatrowe, wiatraki, pompy wiatrowe i żagle statków. Ludzkość ma długą historię wykorzystywania energii potencjalnej wiatru do własnych celów: do napędzania wiatraków, mielenia zboża, wypychania żaglowców przez morze, a ostatnio do produkcji energii elektrycznej.

Energia potencjalna wiatru jest mierzona w dżulach. Dżul jest definiowany jako praca potrzebna do wytworzenia jednego wata mocy przez jedną sekundę. Podstawowa teoria energii potencjalnej wiatru mówi, że wiatr o określonej prędkości i sile może wytworzyć wystarczającą ilość dżuli energii do wykonania określonego zadania. Na przykład, jeśli stały wiatr wieje łopatki turbiny wiatrowej o 10 obrotów na sekundę, a każdy obrót wytwarza 1,5 dżula, wówczas uzyskana energia potencjalna wiatru wyniesie 15 dżuli. Oznacza to, że może wytwarzać 15 watów energii na sekundę.

Korzystając z tego samego przykładu, jeśli wiatr utrzymywałby się z tą samą stałą bryzą przez godzinę, wytworzyłby 54 kilowaty energii elektrycznej. Potencjalna energia bryzy wynosiłaby 54 000 dżuli na godzinę. Taka liczba mogłaby zasilać 100-watową żarówkę w sposób ciągły przez 540 godzin przed wyczerpaniem.

Wzór na obliczenie energii potencjalnej wiatru służy również do oceny ekonomicznej wykonalności pól turbin wiatrowych i innych metod gromadzenia energii wiatrowej. W obszarach, w których wiatr jest stały, podjęcie decyzji o wykorzystaniu jego mocy może być ekonomicznie uzasadnione. Jednak w obszarach, w których ruch powietrza jest mniej niż stały, koszty związane z instalacją i konserwacją turbin wiatrowych i innych urządzeń do wykorzystania energii mogą przeważyć wszelkie korzyści, które można uzyskać.

Aby określić wykonalność ekonomiczną, zastosowano wzór zastosowany do uzyskania energii potencjalnej wiatru z poprzedniego przykładu, a następnie pomnożony przez liczbę proponowanych turbin wiatrowych. Korzystając z poprzedniego przykładu, jeśli pojedyncza turbina wiatrowa wytwarza 54 000 dżuli energii elektrycznej na godzinę, można oczekiwać, że dziesięć turbin wiatrowych ma energię potencjalną wiatru 540 000 dżuli na godzinę. Według tego oszacowania energia potencjalna wiatru takiego pola turbiny wiatrowej będzie w stanie wytwarzać 540 kilowatogodzin energii elektrycznej na godzinę tak długo, jak wiatr będzie kontynuowany.