خطوات الاستخدام
أدخل نوع العنفة: اختر نوع العنفة (صغيرة، متوسطة، كبيرة). يحدد هذا الاختيار معامل القدرة (Cp) الافتراضي وسرعة الرياح التصميمية. العنفات الصغيرة (مثلاً للاستخدام المنزلي) لها Cp يتراوح بين 0.2-0.3 وسرعة رياح تصميمية حوالي 5-8 م/ث. العنفات المتوسطة (مزارع رياح صغيرة) Cp ~0.35 وسرعة 10-12 م/ث. العنفات الكبيرة (مزارع رياح تجارية) Cp ~0.45 وسرعة 12-15 م/ث. هذه القيم مبنية على منحنيات القدرة النموذجية للعنفات.
أدخل طول الشفرة: طول الشفرة (المروحة) بالمتر. هذا يحدد مساحة المسح (Swept Area) A = π × (طول الشفرة)^2. مساحة المسح هي المنطقة التي تمر بها الرياح وتؤثر على قدرة العنفة. كلما زاد طول الشفرة، زادت مساحة المسح، وبالتالي زادت الطاقة الممكن استخراجها من الرياح.
معالجة الحساب: تقوم الحاسبة بحساب قدرة العنفة باستخدام قانون الطاقة الحركية للرياح: P = 0.5 × ρ × A × v^3 × Cp، حيث ρ كثافة الهواء (تقريباً 1.225 كجم/م^3)، v سرعة الرياح التصميمية (تختلف حسب نوع العنفة)، Cp معامل القدرة (كفاءة العنفة في تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية). يتم أخذ قيمة Cp وسرعة الرياح من الجدول المرتبط بنوع العنفة. الناتج بوحدة الواط.
تفسير النتيجة: تظهر النتيجة بالقدرة الكهربائية المتوقعة (بالواط أو كيلوواط). يمكن تقدير إنتاج الطاقة السنوي بضرب القدرة في عدد ساعات التشغيل (مع الأخذ في الاعتبار عامل السعة Capacity Factor، والذي يتراوح عادة بين 20-40% للعنفات الصغيرة و30-50% للكبيرة).
أمثلة محلولة
تطبيقات عملية على عنفة الرياح بخطوات الحل كاملة.
الحل
نفترض نوع العنفة 'متوسطة'، وبالتالي فإن سرعة الرياح التصميمية v = 12 م/ث ومعامل القدرة Cp = 0.35. أولاً، احسب مساحة المسح: A = π × (20^2) = 3.14159 × 400 ≈ 1256.64 م². ثم احسب القدرة: P = 0.5 × 1.225 × 1256.64 × (12^3) × 0.35. احسب v^3 = 12^3 = 1728. ثم 0.5 × 1.225 = 0.6125. اضرب: 0.6125 × 1256.64 ≈ 769.69. ثم 769.69 × 1728 ≈ 1,330,000 (تقريباً). أخيراً اضرب في Cp: 1,330,000 × 0.35 ≈ 465,500 واط، أي حوالي 465.5 كيلوواط. هذه القدرة القصوى عند سرعة الرياح التصميمية. في الواقع، يختلف الإنتاج حسب سرعة الرياح الفعلية وعامل السعة. مثلاً، إذا كان عامل السعة 30%، فإن متوسط الإنتاج السنوي = 465.5 × 0.3 × 8760 ساعة ≈ 1.22 مليون كيلوواط ساعي سنوياً.
الحل
نوع العنفة 'صغيرة'، سرعة الرياح التصميمية v = 6 م/ث، Cp = 0.25. مساحة المسح A = π × (2^2) = 12.566 م². القدرة: P = 0.5 × 1.225 × 12.566 × (6^3) × 0.25. أولاً: v^3 = 216. ثم 0.5×1.225=0.6125. 0.6125 × 12.566 ≈ 7.697. 7.697 × 216 ≈ 1662.6. أخيراً × 0.25 = 415.65 واط. هذه القدرة القصوى عند 6 م/ث. لكن متوسط سرعة الرياح قد يكون 4 م/ث، عندها ستنخفض القدرة إلى النصف تقريباً لأن القدرة تتناسب مع مكعب السرعة. لذا الإنتاج الفعلي يعتمد على توزيع سرعة الرياح في الموقع.
أمثلة محسوبة
قيم مُدخَلة ونتيجة محسوبة فعليًا بواسطة عنفة الرياح.
قيم مُدخَلة قياسية
- النوع
- HAVT
- الطول
- 50
- Wind Speed
- 12
- Air Density
- 1.23
- Efficiency
- 0.4
- Hours Per Year
- 2,000
- Electricity Price
- 0.15
- Turbine Cost
- 1,500,000
قيم مُدخَلة مرتفعة
- النوع
- VAWT
- الطول
- 2
- Wind Speed
- 42.65
- Air Density
- 1.78
- Efficiency
- 0.53
- Hours Per Year
- 70
- Electricity Price
- 2
- Turbine Cost
- 50,990
قيم مُدخَلة منخفضة
- النوع
- VAWT
- الطول
- 2
- Wind Speed
- 5.9
- Air Density
- 0.65
- Efficiency
- 0.15
- Hours Per Year
- 5
- Electricity Price
- 2
- Turbine Cost
- 50,990
قيم مُدخَلة قياسية
- النوع
- HAVT
- الطول
- 30
- Wind Speed
- 8
- Air Density
- 1.15
- Efficiency
- 0.35
- Hours Per Year
- 3,000
- Electricity Price
- 0.18
- Turbine Cost
- 900,000