10 kW の風力タービンが 1 日中 10 kW を発電することはほとんどありません。風は変化し、それに伴って実際の出力も変化します。このため、銘板の評価が誤解されやすくなります。
実際の風力タービンの発電量は、風速、タワーの高さ、ローターのサイズ、システム損失によって異なります。このガイドでは、年間発電量を見積もり、実用的なタービン サイズを選択する方法を学びます。
簡単に言えば、年間数百から数百万キロワット時までの範囲です。小型の風力タービンは、キャビンまたは監視ステーションをサポートする場合があります。実用規模のユニットは大規模な送電網に対応できますが、どちらも定格電力で継続的に動作します。
電力は、ある瞬間の生産速度を測定します。ワット、キロワット、またはメガワットで表します。エネルギーは蓄積された電力を測定するため、請求書と年間予測ではキロワット時が使用されます。
5 kW 定格は、指定された条件下でタービンが 5 kW を供給できることを意味します。すべての動作時間で 5 kW を保証するものではありません。設備利用率は、連続定格生産に対する実際のエネルギーを表します。
次の単純な見積もりを使用してください。
年間出力（kWh）＝定格電力（kW）×8,760×設備利用率
定格電力 |
設備利用率15%の場合 |
設備利用率25%の場合 |
設備利用率 35% の場合 |
1kW |
1,314kWh/年 |
2,190kWh/年 |
3,066kWh/年 |
5kW |
6,570kWh/年 |
10,950kWh/年 |
15,330kWh/年 |
10kW |
13,140kWh/年 |
21,900kWh/年 |
30,660kWh/年 |
これらは数学的なシナリオであり、収量を保証するものではありません。 25% の 1 kW 風力タービン 1 台では、1 日あたり平均約 6 kWh になります。季節生産量は依然としてその平均をはるかに上回ったり、下回ったりする可能性があります。
同じ係数の 10 kW ユニットの場合、1 日あたり平均 60 kWh になります。月間合計は平均約 1,825 kWh になります。風況が平坦なスケジュールに従うことはほとんどないため、実際の月は異なります。
実際の小風時の性能は大きく異なります。あ 米国の分散型風力発電レポートでは、 2022 年の 1 つのサンプルで平均設備利用率が 15% であることがわかりました。個々の結果は 1% から 37% の範囲であり、サイト データが重要である理由を示しています。
GWZK が提供する 風力タービン - 効率的なエネルギー生成、およびそれに適合するコントローラーとインバーター。リストされている範囲には、コンパクトなモデルと最大 30 kW のユニットが含まれます。購入者は、同じ現場の風力データを使用して各モデルを比較する必要があります。
2 つの同じ定格のタービンは、非常に異なる年間エネルギーを生成する可能性があります。開けた尾根の上に立つ人もいるかもしれない。他のものは木の陰に座っている可能性があり、弱い乱流空気がローターに到達します。
利用可能な風力発電は、おおよそ風速の 3 乗に応じて増加します。風速が 2 倍になると、気流に 8 倍のエネルギーを供給できます。タービンはその一部のみを捕捉し、その制御により出力が安全に制限されます。
本格的な推定には必ず検出力曲線が必要です。風速全体での予想される電気出力を示します。この曲線は、3 つの重要な動作点も特定します。
カットイン速度: タービンは有用な電力の生産を開始します。回転だけでは使用可能な出力を確認できません。
定格速度: ユニットは銘板の出力に達します。風が強いと出力がさらに上がらない可能性があります。
カットアウト速度: 保護のためにローターを停止または制限します。したがって、極度の風が吹くと生産量が減少する可能性があります。
要素 |
年間エネルギーが変化する理由 |
何を確認するか |
風力分布 |
頻繁に発生する中程度の風は、まれに発生する強い突風を上回る可能性があります |
計画されたハブ高さでの時速 |
ローター掃引面積 |
より大きなローターがより多くの空気の動きを遮断します |
ローター径とパワーカーブ |
ハブ高さ |
上空では空気が速くなり、乱流が少なくなることがよくあります |
タワーのオプションとローカルの障害物 |
空気密度 |
薄い空気、暖かい空気、または高地の空気は運ぶエネルギーが少なくなります |
標高と設計条件 |
乱気流 |
建物や樹木により荷重が不安定になる |
明確な露出とセットバック |
損失 |
配線、インバーター、バッテリー、アイシング、ダウンタイムにより納期が短縮される |
純生産高の仮定 |
の 小型風力ガイドブックでは、 より優れたパフォーマンスの尺度として年間エネルギー出力を推奨しています。それには、出力曲線、風力分布、タワーの高さ、敷地の特徴、標高が必要です。このプロセスは、平均風速だけを使用するよりも信頼性が高くなります。
屋根が高いからといって、タービンを屋根の上に設置しないでください。近くのエッジは乱流と繰り返しの機械的応力を引き起こします。通常、タワーの場所がすっきりしていると、空気の流れがきれいになり、風力タービンの出力がより予測可能になります。
サイズの決定は製品カタログではなくメーターから始まります。少なくとも 12 か月分の電気料金を徴収します。毎月の kWh 値を追加し、季節のピークと計画された新しい負荷を記録します。
インターバルメーターデータは、別の便利なレイヤーを追加します。ポンプ、モーター、暖房、生産ラインがいつ需要を生み出すかを示します。このタイミングは、自己消費とストレージのニーズを見積もるのに役立ちます。
1. 年間のエネルギー需要を測定します。 kWh をピーク kW 需要から分離します。エネルギーは年間の適用範囲を決定しますが、ピーク電力はインバーターとバックアップの要件に影響します。
2. カバレッジのターゲットを選択します。 グリッド接続システムは、年間使用量の 30% または 70% を相殺する可能性があります。オフグリッド設計は、低風の期間にも耐える必要があります。
3. ハブの高さでの風を評価します。 風力図はスクリーニングに役立ちますが、すべての木や建物を確認できるわけではありません。現場での測定と専門的な評価により、不確実性が軽減されます。
4. 現実的な設備利用率を選択してください。 候補となるタービンの出力曲線と時間ごとの風力分布を使用します。家庭用の小型機械の発電所の風力発電の平均値を借用しないでください。
5. システム損失を適用します。 必要に応じて、配線、コントローラー、インバーター、バッテリー、可用性、氷結、削減を含めます。すべてを 1 つの楽観的なパーセンテージの中に隠すのではなく、それぞれの仮定を見えるようにしておきます。
6. 毎月の残高を確認します。 年間合計では、冬の不足や夏の余剰が隠れてしまう可能性があります。オフグリッドユーザーは、年間平均だけでなく、予想される最悪の季節も必要とします。
暫定的なサイズについては、次を使用します。
必要な kW = 年間負荷 × 目標カバレッジ ÷ [8,760 × 総設備利用率 × (1 − 損失)]
ある施設が年間 12,000 kWh を使用するとします。オーナーは風を80％カバーしたいと考えています。モデル化された総設備利用率は 25% で、総損失は 10% です。
必要kW = 12,000 × 0.80 ÷ (8,760 × 0.25 × 0.90) = 4.87 kW
5 kW の風力タービンが妥当な候補になりますが、最終的な答えではありません。次に、サイトの時間ごとの風力データに対して出力曲線を実行します。注文する前に、月の正味出力、タワーの高さ、電圧、インバーターの制限、およびグリッドのルールを確認してください。
同じ公式が多くのアプリケーションで機能します。ただし、インプットは各プロジェクトの風力資源と運用目標を反映している必要があります。以下の例では、早期スクリーニングのために簡略化された仮定を使用しています。
応用 |
年間負荷 |
風の範囲 |
総係数と損失 |
暫定タービンサイズ |
家 |
10,800kWh |
80% |
20％と10％ |
5.48kW |
農場 |
60,000kWh |
50% |
25%と10% |
15.22kW |
ワークショップ |
150,000kWh |
30% |
30％と10％ |
19.03kW |
遠隔通信サイト |
1,460kWh |
100% |
15％と15％ |
1.31kW |
すべての結果を開始範囲として扱います。上方に切り上げることで不確実性をカバーできる可能性がありますが、過剰なサイズ設定はエネルギーの削減とコストの上昇を引き起こす可能性があります。通常、風の測定値が適切であれば、寛大な四捨五入よりも決定が改善されます。
家庭では 6 kW クラスのタービンをスクリーニングする可能性があります。ただし、サイトが弱い場合は、ローターを大きくしたり、カバレッジ ターゲットを低くしたりする必要がある可能性があります。タワーの露出を改善すると、追加の銘板容量を購入するよりも多くの有用なエネルギーが追加される可能性があります。
農場と作業場は通常、バランスをとるためにグリッドを保持できます。最初のターゲットは、日中の負荷、ポンプ、換気、または予測可能な生産設備である可能性があります。荷積みのタイミングは、自家消費、経済性、および輸出協定に影響を与えます。
遠隔通信のケースについては、より詳細な分析が必要です。年間合計額は小さいように見えますが、信頼性が重要になる可能性があります。設計者は、風の弱い日、バッテリーの自律性、インバーターのサージ、バックアップ電源をモデル化する必要があります。
メーカーの例として、GWZK はその製品をリストしています。 GWS-10KW中国メーカー製水平軸風力タービン。 年間約 15,000 ～ 20,000 kWh のこの範囲は、10 kW 定格の設備利用率が約 17% ～ 23% であることを意味します。現地の風力と損失の仮定が適用されるまでは、計画上の推定値のままです。
年間生産量を主張する場合は、常に正確な電力曲線を要求してください。推定値が発電機の総出力なのか、それとも正味の供給電力なのかを尋ねます。想定されるハブの高さ、空気密度、可用性、電力損失も確認します。
タービンの容量は、購入を決定する唯一の要素です。ローター、タワー、制御装置、インバーター、保護、およびストレージは 1 つのシステムとして動作する必要があります。不一致があると、エネルギーが無駄になったり、シャットダウンが繰り返されたりする可能性があります。
設置条件も同様に重要です。基礎、クレーンアクセス、ケーブル距離、接地、避雷、メンテナンススペースを確認してください。地域計画や電気規則により、塔の高さや送電網の接続も制御される場合があります。
水平軸風力タービンは通常、卓越した風向を提供するオープンな場所に適しています。よりきれいな空気の流れを実現するために、高いタワーを使用することがよくあります。同一定格モデル間でローター直径が異なるため、パワーカーブは依然として重要です。
垂直軸タービンはさまざまな方向からの風を受け入れるため、一部の設置を簡素化できます。ただし、方向を変えても、都市の乱流の空気がエネルギー豊富になるわけではありません。いずれかの設計を選択する前に、測定された出力、構造負荷、サービスへのアクセス、および音を比較してください。
系統連系システムは、 現場でのエネルギー消費や輸出エネルギーを相殺します。互換性のあるインバータ、切断、保護、許可、および電力会社の承認が必要です。
オフグリッド システム には、バッテリー、充電制御、負荷のダンプ、およびバックアップ計画が必要です。バッテリー容量は、タービンの kW のみではなく、負荷の自律性と季節風によって決まります。
風力と太陽光のハイブリッドは、 季節のギャップを減らすことができます。コントローラーとストレージ システムは、電圧や充電の制限を超えずに両方の電源を受け入れる必要があります。
ご購入前に、認定された電力曲線と年間エネルギー表をリクエストしてください。この表は、いくつかの平均風速とタワーの高さをカバーする必要があります。また、生存風速、ブレーキ、腐食保護、保証、スペアパーツ、メンテナンス間隔、遠隔監視についても確認してください。
サプライヤーにあらゆる損失の想定を述べるように依頼してください。出力をコントローラとインバータの前後どちらで測定するかを確認してください。バッテリー システムの場合は、充電電圧、最大電流、バッテリーの化学的性質、温度制限、ダンプ負荷容量を確認します。
GWZK は、風力タービン、コントローラー、インバーター、配電機器、ストレージをプロジェクト パッケージ内で組み合わせています。購入者は、風力データ、年間負荷、電圧、送電網の状態、鉄塔の制約、および必要な自律性を提供できます。これらの入力は、評価のみの見積もりではなく、サイト固有の提案をサポートします。
風力タービンの定格は、年間電力量ではなく、ピーク時の能力を示します。信頼性の高いサイジングは、年間負荷、ハブ高さの風力データ、出力曲線、および正直な損失の仮定から始まります。
暫定的なサイズを計算し、毎月のパフォーマンスとシステムの互換性をテストします。このアプローチにより、より安全な投資とより信頼できるエネルギー計画が生まれます。
A: 設備利用率 15% ～ 35% では、年間およそ 1,314 ～ 3,066 kWh を発電します。
A: 一日中定格出力を維持できるタービンはありません。指定された風条件下でのみその出力に達します。
A: 各モデルには異なる風の要件があります。ハブ高さの風を測定し、モデルの出力曲線と比較します。
A: 目標年間kWhを定格キロワット当たりの予想純生産量で割ります。
A: 毎日の重要な負荷、必要な自律性、放流制限、季節風、およびバックアップの可用性を使用します。
