技術 / エンジニアリングガイド

風車の出力係数・ベッツ限界・出力

出力係数は、定義した変換範囲を表します。理論上の空力限界は、発電機の効率定格でも、風車の電気出力の実測根拠でもありません。Cp 値を解釈する前に、分子を明示します。

一つの風の動力の分母に対し、異なる出力の評価範囲を用いることができます。

ローターの機械出力と供給される電力は、異なる測定に属します。有用な比較では、風の基準、面積、出力の測定点を一組として扱います。

01 / 風の動力

通常の一様流での比較では、利用可能な風の動力は P_wind = 0.5ρAU³ です。

通常の一様流での比較では、利用可能な風の動力は P_wind = 0.5ρAU³ です。密度 ρ の単位はkg/m³、面積 A はm²、風速 U はm/sであり、結果はワットになります。面積は選んだローター円板のものであり、土地の占有面積ではありません。

この式は、流入するエネルギー流れの基準を表します。実際の風車が供給する量を確定するものではありません。すべての運転点に地域の年平均値を代入せず、計算に密度と風の基準を対応させてください。

02 / Cp の評価範囲

ローターの空力的な Cp は、ローターが取り出す機械出力を、それに対応する利用可能な風の動力で割ったものです。

ローターの空力的な Cp は、ローターが取り出す機械出力を、それに対応する利用可能な風の動力で割ったものです。SAMの風車資料も、このローターから機械出力までの範囲を用います。下流の電力を用いる比は評価範囲が異なり、その範囲を明示する必要があります。

発電機の損失、変換器の挙動、補機消費は、空力的な量とは別のものです。ローターの Cp をシステム全体の電気効率と呼んだり、軸動力から電力への発電機効率と直接比較したりしてはいけません。

03 / 理論

DOEの用語集では、ベッツの理論上限を16/27、約59.3%としています。これはMARSTONの実測係数ではありません。

その限界の基礎にある理想モデルは、認証でも、年間エネルギー量の予測でも、一律の運転目標でもありません。パンフレットに理論限界を引用していても、機器と測定範囲に対応する実際の性能の根拠が必要です。

04 / 計算例

密度1.2 kg/m³、円板面積10 m²、風速8 m/sの一様流を仮定します。

密度1.2 kg/m³、円板面積10 m²、風速8 m/sの一様流を仮定します。利用可能な動力は 0.5 × 1.2 × 10 × 8³ = 3,072 W です。これらは説明用の入力値であり、MARSTONの運転条件ではありません。

仮定したローターの機械的な Cp が0.30の場合、ローターの機械出力は921.6 Wです。この計算では電気出力は決まりません。実際の機種の Cp、発電機効率、年間発電量を例から割り当てるものではありません。

05 / 運転データ

一つの運転条件でのピーク係数から、すべての点の出力は分かりません。

一つの運転条件でのピーク係数から、すべての点の出力は分かりません。報告された値を検討する際は、ローター回転速度、流れの定義、形状の改訂、荷重条件、出力を求めた方法を記録します。

不確かさとデータ処理の情報も残します。対応しない風と動力の記録から求めた係数には、その不整合が反映される場合があります。出力曲線ガイドで、別の問題である電気性能の根拠を確認してください。

06 / プロジェクトでの利用

年間エネルギー量を求めるには、サイトの風況全体に対応する出力情報と、関連する稼働率および損失の仮定が必要です。

年間エネルギー量を求めるには、サイトの風況全体に対応する出力情報と、関連する稼働率および損失の仮定が必要です。定格kWやピーク Cp に、都合のよい時間数を掛けても、その結果は確定しません。

MARSTONで確認された定格とローター直径は、製品の規模を示すものであり、公開された Cp マップではありません。比較では、実際の性能報告書とその評価範囲を残してください。発電機の損失に関する根拠は、別の変換段階を扱います。

次の資料も確認してください：風力発電機の損失と効率マップ.

一般的な背景情報： SAM：ローターの機械出力係数の評価範囲 · DOE：用語集におけるベッツ限界の定義 · NREL：SAM風力モデルの利用可能動力の基準。これらの参考資料は業界の考え方を説明するものであり、適用するMARSTONの製品資料やプロジェクト資料とは別のものです。

チェックリストでプロジェクト情報を整理してください。入手できない項目を明示し、参照資料を残します。