حاسبة أقصى قدرة للرياح وفق حد بيتز

أدخل مساحة القرص التي يمسحها الدوار وسرعة الرياح غير المضطربة، ويمكنك تعديل كثافة الهواء عند الحاجة. تحسب الأداة أولاً القدرة الحركية التي تعبر مساحة الدوار، ثم تطبق معامل بيتز البالغ 0.593. تمثل النتيجة حداً فيزيائياً أعلى، وليست تنبؤاً بالقدرة الكهربائية الفعلية لتوربينة بعينها.

فهم ما يمثله حد بيتز

تحمل الرياح طاقة حركية، لكن التوربينة لا تستطيع سحب هذه الطاقة كلها مع إبقاء الهواء متدفقاً عبر الدوار وما بعده. فإذا توقف الهواء تماماً عند مستوى الدوار، فلن يعبر هواء جديد يحافظ على إنتاج القدرة. توازن نظرية قرص التشغيل المثالي بين إبطاء الهواء واستمرار معدل تدفق الكتلة، وتستنتج من ذلك معامل قدرة أقصى. تستخدم هذه الحاسبة القيمة المقربة الشائعة 0.593 لحد بيتز، أي إن الحد الأقصى القابل للاستخراج يعادل 59.3 في المئة من القدرة الحركية التي تعبر المساحة الممسوحة. لذلك تمثل النتيجة سقفاً ديناميكياً هوائياً نظرياً. وهي لا تشمل خسائر المقاطع الهوائية للشفرات، أو دوران الأثر الهوائي، أو علبة السرعات، أو المولد، أو التحويل الكهربائي، أو استراتيجية التحكم، أو سرعات بدء التشغيل والإيقاف، أو الاضطراب، أو ظل البرج، أو فترات التعطل. وينبغي أن يكون إنتاج التوربينة الحقيقية أقل من هذا الحد في الظروف نفسها. استخدم القيمة للتحقق من المعقولية الفيزيائية، أو مقارنة سيناريوهات عامة للدوار والرياح، أو وضع حد متفائل قبل تطبيق بيانات خاصة بالمعدة مثل منحنى قدرة معتمد.

إدخال المساحة والسرعة والكثافة بصورة صحيحة

أدخل rotor_area_m2 بوصفها المساحة التي تمسحها الشفرات أثناء الدوران، لا مساحة سطح مادة الشفرات. في الدوار الدائري المعتاد، تساوي المساحة الممسوحة pi مضروبة في مربع نصف قطر الدوار. أدخل wind_speed_m_s بوحدة متر في الثانية بوصفها سرعة الرياح غير المضطربة قبل الدوار، على أن تناسب الموقع وارتفاع المحور. لا يجوز أن تكون السرعة سالبة؛ أما الصفر فهو صالح وينتج قدرة تساوي صفراً. يستخدم الحقل الاختياري air_density_kg_m3 القيمة الافتراضية 1.225 كيلوغرام لكل متر مكعب، وهي قيمة مرجعية شائعة. تتغير الكثافة الفعلية باختلاف درجة الحرارة والضغط والارتفاع والرطوبة، ولذلك تحسن القيمة المقاسة أو المصححة للموقع دقة السيناريو. تقيّم الحاسبة نقطة تشغيل واحدة وتفترض أن القيم المدخلة تمثل قرص الدوار كله مكانياً. وهي لا تستنبط قياسات الرياح بين الارتفاعات، ولا تحسب متوسط الهبات، ولا تحول توزيع سرعات الرياح إلى طاقة سنوية. حافظ على جميع المدخلات بوحدات SI المعلنة. وإذا كان المتاح هو القطر، فاقسمه على اثنين للحصول على نصف القطر، ثم احسب مساحة الدائرة قبل إرسال الطلب.

تفسير قيم القدرة الناتجة

تبدأ العملية بالمعادلة available_wind_power_w = 0.5 × كثافة الهواء × مساحة الدوار × مكعب سرعة الرياح. ثم تضرب هذه القيمة في betz_coefficient الثابت 0.593 للحصول على maximum_power_w، وتعرض الحد نفسه أيضاً في maximum_power_kw. يعتمد الناتج على مكعب السرعة، وهذه علاقة شديدة الأهمية: إذا تضاعفت سرعة الرياح، زادت القدرة النظرية اللحظية ثمانية أضعاف عندما تبقى المساحة والكثافة ثابتتين. وإذا تضاعفت مساحة الدوار، تضاعفت القدرة. تفيد هذه العلاقات في اختبارات الحساسية، لكنها تجعل الافتراض غير الدقيق لسرعة الرياح مؤثراً جداً. لا تضرب نتيجة قصوى واحدة في جميع ساعات السنة لتقدير الطاقة السنوية إلا إذا ظلت الرياح ثابتة فعلاً، وهذا لا يحدث في المواقع الواقعية. يتطلب التقدير السنوي توزيعاً لتكرار سرعات الرياح، ومنحنى قدرة التوربينة، ومعدل الإتاحة، وافتراضات الخسائر الكهربائية. تعامل مع النتيجة على أنها مرجع أعلى. وعند تقييم المعدات، قارن منحنى الشركة المصنعة على أساس كثافة الهواء نفسه، وتحقق بصورة منفصلة من القدرة الاسمية وحدود التحكم ونطاق التشغيل بدلاً من مساواتها بالسقف الديناميكي الهوائي لحد بيتز.