Khi gió có khối lượng m di chuyển với vận tốc V thì nó có một động nănglà:
𝐸 = 1
2𝑚𝑣2 (J) Khi đó công suất của khối lượng không khí là:
𝑃 = 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
Trong đó:
P: Công suất cơ của khối lượng không khí di chuyển (W).
𝜌: Mật độ không khí (kg/m3).
A: Diện tích quét bởi cánh turbine (m2).
V: Vận tốc của gió (m/s).
Công suất đầu vào khi gió thổi vào cánh turbine:
𝑃 = 1
2𝜌𝐴𝑉3 (W/m2) Công suất thu được từ cánh turbine:
𝑃0 =1
2(𝑙𝑢𝑢𝑙𝑢𝑜𝑛𝑔𝑘ℎ𝑜𝑖)[𝑉
2− 𝑉02]
Trong đó:
𝑃0: Công suất cơ thu được từ rotor.
V: Tốc độ gió đầu vào của cánh rotor.
𝑉0: Tốc độ gió đầu ra cánh rotor.
Mật độ công suất của điểm đặt turbine:
𝑀𝑎𝑡𝑑𝑜𝑐𝑜𝑛𝑔𝑠𝑢𝑎𝑡 = 𝑃 𝐴 =
1 2𝜌𝑉
3
Lưu ý: ρ có giá trị 1.225 kg/m3 ở 150C và tại độ cao bằng mực nước biển. Nếu giả thiết vận tốc gió đi qua cánh quạt turbine là trung bình cộng của vận tốc gió đi vào và đi ra khỏi turbine của cánh quạt, lưu lượng khối được tính bởi công thức:
𝑙𝑢𝑢𝑙𝑢𝑜𝑛𝑔𝑘ℎ𝑜𝑖 = 𝜌𝐴𝑉+𝑉0
2 Vậy công suất cánh quạt turbine nhận được từ gió là:
𝑃0 =1 2𝜌𝐴
𝑉 + 𝑉0
2 [𝑉
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
Công suất cơ thu được từ rotor và công suất máy phát được tính như sau:
𝑃0 = 1 2𝜌𝐴𝑉 3(1 +𝑉𝑉0) [1 − (𝑉𝑉0) 2 ] 2 Đặt 𝐶𝑝 =(1+ 𝑉0 𝑉)[1−(𝑉0𝑉)2] 2 𝑃0 = 1 2𝜌𝐴𝑉3𝐶𝑝
𝐶𝑝: Được gọi là phân bố công suất gió đầu vào. Hệ số 𝐶𝑝 được gọi là hệ số công suất của rotor hoặc hiệu suất của rotor. Với một vận tốc gió cho trước, công thức 𝐶𝑝 trên
cho thấy sự phụ thuộc của 𝐶𝑝 vào tỉ số 𝑉0 𝑉.
Hình 1.14 Mối liên hệ giữa hiệu suất rotor và tỉ lệ 𝑉0 𝑉.
Hiệu suất cực đại của rotor khi tỷ số 𝑉0 𝑉 =1 3 khi đó: 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 1 2(1 +1 3) (1 − 1 32) = 16 27 = 0.593 = 59.3%
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
Hình 1.15 Đồ thị biểu diễn hiệu suất của cánh quạt thay đổi theo tỷ số 𝑉0 𝑉