Rüzgâr profili güç kanunu

Bir rüzgâr türbin dumanı testi, rüzgâr hızının rotorün üstünde, rotorun altından daha fazla olduğunu gösteriyor

Rüzgâr profili güç kanunu, bir yükseklikteki rüzgâr hızları ile diğerleri arasındaki ilişkidir.

Güç kanunu daha çok rüzgâr gücü ile değerlendirilir. Türbin boyunca hızlanan rüzgâr (>~ 50 metre), yüzey yakınındaki rüzgâr gözlemlerine (~10 metre) uygun olmalı veya değişik yüksekliklerdeki rüzgâr hız verisi standart yüksekliğe ayarlanmalıdır. Rüzgâr profilleri, atmosferik kirlilik dağılım modelleri sayısınca üretilir ve kullanılır.

Yaklaşık 2000 metrelik yüzeydeki atmosferik sınır katmanının rüzgâr profili doğada genellikle logaritmiktir ve en uygun olarak pürüzlü yüzey ve atmosferik kararlılık için hesaplanan kayıt rüzgâr profili eşdeğerinde kullanılır. Rüzgâr profili güç kanunu ilişkisi daha çok, pürüzlü yüzey ve kararlılık bilgisinin bulunmadığı durumlarda kayıt rüzgâr profilini temsil etmek için kullanılır.

Rüzgâr profili güç kanunu ilişkisi:

u/u_r = (z/z_r)^α

Burada z yükseklik (metre) u ise o yükseklikteki rüzgâr hızıdır (m/sn). u_r, referans z_r yüksekliğindeki bilinen rüzgâr hızıdır. Üs (α), atmosferin kararlılığına göre değişen, deneyden türetilen bir katsayıdır. Dengedeki kararlılık şartları için α yaklaşık olarak 1/7 veya 0,143'dür.

Belli bir x yüksekliğindeki rüzgâr hızını hesaplamak için formül şu şekilde düzenlenebilir:

u_x = u_r(z_x/z_r)^α

α için 1/7 değeri yaygın olarak sabit kaldığı varsayılır. Çünkü iki seviye arasındaki fark hesaplamalarda önemli hatalara neden olacak şekilde aşırı değildir (genellikle < 50 m). Yine de sabit bir bileşen kullanıldığında yüzeyin pürüzlülüğünü, bulunan engellerden dolayı yüzeydeki durağan rüzgârların yerdeğişimini veya atmosferin kararlılığını hesaplamaz. Ağaç ve yapı gibi engellerin bulunduğu yerlerde yakın yüzey rüzgârı, sabit 1/7 üssünü kullanma oldukça yanlış hesaplamaya sebep olabilir ve kayıt rüzgâr profili önerilir. Dengeli kararlılık şartları altında bile 0,11 üssü açık denizde 0,143'den daha uygundur (örn, yüzen rüzgâr türbini için).

Rüzgâr güç yoğunluğu

Rüzgâr güç yoğunluğunu hesaplama 1'den 7'ye kadar olan rüzgâr sınıfıyla alakalıdır. Rüzgâr hızları bir yıl boyunca alınan rüzgâr hızlarının ortalamasıdır. Rüzgâr hızının dağılım sıklığı aynı ortalamaya sahip rüzgâr hızı için farklı güç yoğunlukları olabilir.

Sınıf	10 m		30 m		50 m
	Rüzgâr güç yoğunluğu (W/m^2)	Hız m/s (mph)	Rüzgâr güç yoğunluğu (W/m^2)	Hız m/s (mph)	Rüzgâr güç yoğunluğu (W/m^2)	Hız m/s (mph)
1	0 - 100	0 - 4,4 (0 - 9,8)	0 - 160	0 - 5,1 (0 - 11,4)	0 - 200	0 - 5,6 (0 - 12,5)
2	100 - 150	4,4 - 5,1 (9,8 - 11,5)	160 - 240	5,1 - 5,9 (11,4 - 13,2)	200 - 300	5,6 - 6,4 (12,5 - 14,3)
3	150 - 200	5,1 - 5,6 (11,5 - 12,5)	240 - 320	5,9 - 6,5 (13,2 - 14,6)	300 - 400	6,4 - 7,0 (14,3 - 15,7)
4	200 - 250	5,6 - 6,0 (12,5 - 13,4)	320 - 400	6,5 - 7,0 (14,6 - 15,7)	400 - 500	7,0 - 7,5 (15,7 - 16,8)
5	250 - 300	6,0 - 6,4 (13,4 - 14,3)	400 - 480	7,0 - 7,4 (15,7 - 16,6)	500 - 600	7,5 - 8,0 (16,8 - 17,9)
6	300 - 400	6,4 - 7,0 (14,3 - 15,7)	480 - 640	7,4 - 8,2 (16,6 - 18,3)	600 - 800	8,0 - 8,8 (17,9 - 19,7)
7	400 - 1000	7,0 - 9,4 (15,7 - 21,1)	640 - 1600	8,2 - 11,0 (18,3 - 24,7)	800 - 2000	8,8 - 11,9 (19,7 - 26,6)