風力タービンはそんなに遅い速度で発電できるのでしょうか？
できる 風力タービン こんなに遅い速度で発電できるのでしょうか？風力エネルギーは再生可能でクリーンなエネルギー源です。 人類のエネルギー需要が継続的に増加するにつれ、人類は徐々に風力エネルギーの利用を増やしています。 風力タービンは広大な草原や山の斜面、さらには海面などに設置されることが多いのですが、回転するタービンにはこのような問題が発生する可能性があることがわかります。 風力タービンのブレードはなぜあんなにゆっくり回転するのでしょうか？これで電気は発電できるのでしょうか？
風力タービンの速度を目に見える速度に調整するには、実際には多くの要素が組み合わさる必要があります。
風力タービンのブレードは質量が大きいため、回転させるには多大な労力が必要です。
多くの人は、特に大きな風力タービンを遠くから見ると、風力タービンは小さな風車のようなもので、それほど大きくないと考えます。 私たちはそう感じますが、実際には、風力タービンは巨大なものといえます。 風力タービンのブレードの長さは最大60メートルです。 中型旅客機の翼幅は約30メートルで、通常の大型旅客機の翼幅は60メートルに達することはほとんどないことが知られています。 このような大型ブレードには高強度で低密度の材料が使用されていますが、その質量はそれほど小さくなく、通常は 10 トンを超えます。 このような高品質のブレードを3つ回転させるのは当然困難です。
そう思う人もいるかもしれません。 こんなに大きなファンだと回しにくいので、もっと小さくした方がいいのでは？ これは発電機の風上面積に関係しています。 ブレードが小さすぎると、当然のことながら風上の面積が小さくなりすぎて、ブレードに当たる風がどんどん弱くなり、単一の発電機で発電される電力もどんどん少なくなります。 発電機の台数が増えたら、それを補えるのでしょうか？実は、台数が増えると建設費も増えてしまいます。 一般的に、同じ電源を使用する場合、小型ブレードジェネレータの方がコストが高くなります。 ただし、ファンが大きすぎるのはいけません。 一方で、材料によって制限され、他方では設置がより困難になります。 総合的に検討した結果、さまざまなサイズのファンを採用することになりました。
回転速度が速いほど、必ずしも発電量が増えるわけではありません。
風力タービンのブレードが回転すると、巨大な内部ギアも一緒に回転し、大きなギアが小さなギアを駆動すると、回転速度も大きく変化します。 この構造は、ギアボックスに相当する最も馴染みのある方法で表現されます。 ブレードはゆっくりと回転しているように見えますが、実際にはファンがギアボックスを介して発電機を高速回転させています。
もちろん、風力タービンの発電は速度だけでなくトルクにも関係します。 パワー = トルク速度 K であり、これは定数です。 速度が低い場合、トルクを増加させると出力も増加します。 そのため、風力タービンの耐久性を延ばすために、通常はブレードをあまり速く回転させないようにしています。これは、風力タービンのブレードは巨大であり、高速回転による遠心力も大きいためです。 長時間にわたる高強度の遠心運動はブレードの寿命を縮める可能性があり、重大な損傷が直接発生する可能性もあります。 そのため、風力タービンは強風に遭遇すると、ファンを保護するために保護モードをオンにして発電を停止します。
速度が速すぎると発電効率にも影響が出ます。
実際、扇風機の羽根が回転すると、風の流れも妨げられます。 速度が速ければ速いほど、障害物は強くなります。 ある一定の値に達すると、風力エネルギーの利用率も低下し始めます。 皆さんの理解を容易にするために、2つの極端な例を想像してみましょう。 ファン速度が無限大に近づくと、ブレードの回転は直接シーリングプレートを形成するのと同等になり、空気の流れが遮断されます。 こうなると、風は迂回しなければならなくなり、当然この風力エネルギーを有効活用することができません。 この時点で風力エネルギーの利用率はゼロに相当します。 もう 1 つのシナリオは、ファン速度が直接ゼロになる場合です。 現時点では風力エネルギーは全く利用されていない。 風力エネルギー利用率が最も高い速度は、速度ゼロから無限大までの範囲に存在します。 この速度は多くの要因に関係しています。 ここでは多くのことを議論しました。 したがって、実際に表示されるファン速度は理論上の最適速度とそれほど変わりません。 最適な速度に調整することで、この時の風力エネルギー利用率も最高になります。
要約する
そのため、風力タービンは遅く見えるものの、実際には本体は効率的に電気を生み出しているのです。 一見単純なファンジェネレータですが、実際には、ファン発電の効率に影響を与えるさまざまな要素が設計当初から考慮されていました。 この単純な現象の背後には、複雑かつ厳密な科学的真実が存在します。
