Поки над нами світить сонце, поки існує атмосфера, до того часу над поверхнею планети будуть пересуватися повітряні маси. Відбувається це через нерівномірне нагрівання поверхні Землі. Тепле повітря має меншу щільність і піднімається вгору, а на його місце притікає важчі, холодні, маси повітря. Постійні переміщення повітряних обсягів в горизонтальній площині, називаються вітром.
Основною характеристикою вітру є його швидкість. Одиницею виміру прийнято вважати відстань, пройдену частинками повітряних мас за одиницю часу.
В системі вимірювань СІ швидкість вітру вимірюється метрами, пройдений повітряними масами за 1 секунду - м / с.
Прилад, за допомогою якого здійснюється вимірювання швидкості вітру, називається анемометр. Але оцінити швидкість вітру приблизно можна і за зовнішніми порівняльним ознаками, наведеними в таблиці Бофора:
Бали за шкалою Бофорт а
Характеристика сили вітру
Швидкість вітру м / сек.
Швидкість вітру км / год
Дим піднімається вертикально
Дим починає відхилятися від вертикального положення, флюгери, навіть найчутливіші, що не обертаються
Рух вітру відчувається особою, шелест листя, приводяться в рух флюгери, вітрогенератори входять в робочий режим
Листя і найтонші гілки дерев колишуться, майорять прапори, встановлені на висоті
Вітер піднімає пил і дрібні папірці, приводить в рух тонкі гілки дерев
Гойдаються тонкі стовбури дерев діаметром 2 - 4 см, на морських хвилях з'являються гребінці, вітрогенератори виходять на максимальну потужність
Гойдаються толтие сучки дерев діаметром 6 - 8 см, чути шум вітру в телеграфних проводах
Гойдаються стовбури дерев у верхній їх частині, йти проти вітру неприємно
Вітер ламає сухі сучки дерев, йти проти вітру дуже важко
Невеликі пошкодження; вітер зриває незакріплені димові ковпаки і стару черепицю
Руйнування покрівельних покриттів і неукріплених конструкцій, ослаблені дерева вириваються з коренем, автоматичне відключення вітрогенераторів
Як все матеріальне, повітря має вагу і один його кубічний метр (1 м 3) важить 1,293 кг. (Політехнічний словник. «Радянська енциклопедія» Москва. 1989р.) Але ця величина не постійна, так як залежить від значень барометричного тиску і температури. Зі збільшенням висоти над рівнем світового океану, підвищення температури, тиск буде знижуватися, а маса повітря зменшаться. Точно також з підвищенням температури повітря розширюється, щільність молекул газів зменшується і маса повітря в певному обсязі (1 м 3) зменшиться. Для практичних розрахунків масу повітря приймають 1,23 кг / м 3.
Вітер, як будь-яка рухається маса, має кінетичної енергією, яка непостійна і змінюється в залежності від зміни його швидкості.
Секундна енергія, або потужність потоку, пропорційна кубу швидкості.
Іншими словами, якщо швидкість вітру збільшилася, наприклад в 2 рази, то енергія повітряного потоку зросте в
2 3 = 2 * 2 * 2 = 8 разів.
Вітрові потоки за своєю природою не однорідні. При русі в при земному просторі, від мінливого рельєфу місцевості, рослинності, будівель і інших перешкод виникають завихрення, які можна спостерігати в той час, коли вітер розганяє туман або дим. Він поширюється клубами, в різних точках яких присутній різний напрямок руху повітря. Зона турбулентності в залежності від напрямку вітру і висоти перешкоди має наступну форму.
Зі збільшенням висоти, вплив землі на лінійність вітрового потоку знижується, і швидкість вітрового потоку зростає.
Для оцінки збільшення швидкості вітру від висоти застосовується розрахункова формула:
де:
Vo і Ho - відомі значення швидкості вітру (м / с) на вихідної висоті (м);
Н - запланована висота (м);
V - обумовлена швидкість вітру (м / с);
a - емпіричний показник ступеня 0.14.
швидкість вітру Vo = 5 м / с на висоті Ho = 2 м.
Тоді прогнозована швидкість вітру V на новій висоті H = 10 м дорівнює:
V = 5 х (10/2) 0.14 = 6.26 м / с.
З вище наведеного випливає висновок, що для отримання більшої потужності ветроколесо необхідно піднімати на максимально можливу висоту.
Рух повітряних мас залежить від багатьох факторів. Тому вітер не постійний у своєму русі і його оцінюють як по миттєвої так і по середній швидкості, яка визначається як середня арифметична величина, отримана з ряду миттєвих швидкостей вітру, виміряні через рівні інтервали в установленому проміжку часу. Для більшості районів континентальної території, на якій розташовуються республіки: Білорусь, Україна, Російська Федерація, середньорічні швидкості вітру знаходяться в діапазоні 4 - 5 м / с. За спостереженнями М.М. Поморцева повторюваність різних швидкостей вітру для континентальної частини Білорусі, Росії та України можна оцінити по наступній таблиці.
Величини дуже невеликі, і щоб отримати енергію з таких потенціалів, треба підходити до завдань без наскоків і фантастичних запитів. При всьому при цьому враховувати, що кожен ват отриманої енергії за допомогою вітру збереже вам ковток чистого повітря.