**Snaga vjetra** kao tehnički pojam koristi se u analizi fizikalnih osnova pretvorbe kinetičke energije vjetra u električnu energiju u vjetroelektranama ili u korisnu kinetičku energiju u vjetrenjačama za pogon mlinova ili crpki za vodu.

Kinetička energija i snaga vjetra
---------------------------------

Kinetička energija vjetra može biti izražena jednadžbom

{\displaystyle E\_{k}={\frac {mv^{2}}{2}}}

gdje je *m* masa a *v* brzina.

Tada snagu vjetra P dobivamo diferenciranjem energije u vremenu, pri čemu brzinu vjetra smatramo konstantnom: 

{\displaystyle P={\frac {dE\_{k}}{dt}}={\frac {1}{2}}\*{\frac {dm}{dt}}\*v^{2}}

Masa *m* je određena gustoćom {\displaystyle \rho } i volumenom V:

{\displaystyle m=\rho \*V}

Derivirajući je u vremenu, dobijamo maseni protok zraka:

{\displaystyle {\frac {dm}{dt}}=\rho \*A\*v}

To je masa zraka gustoće {\displaystyle \rho } koji struji kroz referentnu površinu A i ima brzinu v.

Uvrstimo li maseni protok zraka u gornju jednadžbu za snagu vjetra dobijamo:

{\displaystyle P={\frac {1}{2}}\*\rho \*A\*v^{3}}

Gustoća zraka ovisi o tlaku i temperaturi, ona se mijenja proporcionalno s tlakom pri konstantnoj temperaturi. Stoga je pri konstantnom tlaku i gustoći maseni protok zraka također konstantan.

Iskorištavanje snage vjetra pri energetskim pretvorbama
-------------------------------------------------------

Kada se snaga vjetra koristi za pretvorbu iz kinetičke u električnu energiju u vjetroelektranama, od interesa je da se postigne što veća iskoristivost, dakle što veći udio snage vjetra treba biti iskorišten i pretvoren u električnu energiju.
Vjetroturbina smanjuje svojim djelovanjem brzinu vjetra s ulazne brzine {\displaystyle v\_{1}} na izlaznu brzinu {\displaystyle v\_{2}}, te iskorištava nastalu razliku snage.
Snaga na taj način iskorištena u vjetroturbini može se izraziti kao:

{\displaystyle P\_{t}={\frac {1}{2}}\*{\frac {dm}{dt}}\*(v\_{1}^{2}-v\_{2}^{2})}

Dakle nakon uvrštavanja diferencijala mase:

{\displaystyle P\_{t}={\frac {1}{4}}\*\rho \*A\*(v\_{1}+v\_{2})\*(v\_{1}^{2}-v\_{2}^{2})}

Snaga vjetra bez utjecaja vjetroturbine je:

{\displaystyle P\_{o}={\frac {1}{2}}\*\rho \*A\*v\_{1}^{3}}

Koeficijent snage {\displaystyle c\_{p}={\frac {P\_{t}}{P\_{o}}}} kazuje koliko je snage vjetra iskorišteno u pretvorbi energije.
Maksimalni koeficijent snage izračunao je **Betz**(1926.), pa se idealni koeficijent snage zove i Betzov koeficijent snage i iznosi {\displaystyle c\_{p},Betz=0.593} pri omjeru brzina {\displaystyle {\frac {v\_{2}}{v\_{1}}}={\frac {1}{3}}}.
Stvarna postrojenja ne dostižu taj idealni slučaj, ali moguće je postići {\displaystyle c\_{p}=0.4...0.5}.
Iz toga slijedi da je efikasnost postrojenja jednaka omjeru stvarnog koeficijent snage i idealnog koeficijenta snage.

Podjela rotora vjetroturbina prema aerodinamičkom djelovanju
------------------------------------------------------------

Prema aerdinamičkom djelovanju rotore vjetroturbina dijelimo na:

### 1. Rotori s otpornim djelovanjem

Rotori s otpornim djelovanjem zasnivaju se na djelovanju sile otpora na lopatice rotora. Brzine vrtnje su pritom male, ali su momenti na vratilu rotora veliki. Najčešće se koriste u vjetrenjačama za pogon mlinova ili crpki za vodu.

Otporna sila {\displaystyle F\_{d}} djeluje na objekte koji stoje okomito u odnosu na smjer vjetra. Definirana je slijedećom jednadžbom:

{\displaystyle F\_{d}=c\_{d}\*{\frac {1}{2}}\*\rho \*A\*v^{2}}

a snaga vjetra pri otpornom djelovanju dobije se kao {\displaystyle P=F\_{d}\*v}

Ako se objekt pod utjecajem vjetra giba brzinom u, u smjeru vjetra, tada će sila otpora biti umanjena, jer se brzina u oduzima u gornjoj jednadžbi od brzine vjetra v: 

{\displaystyle F\_{d}=c\_{d}\*{\frac {1}{2}}\*\rho \*A\*(v-u)^{2}}

Otporno djelovanje se koristi također kod anemometara.

### 2.Rotori s uzgonskim djelovanjem

Rotori s uzgonskim djelovanjem se zasnivaju na djelovanju sile uzgona na lopatice rotora, pri čemu se razvija linearna brzina nekoliko puta veća od brzine vjetra. Zbog većih brzina vrtnje i veće aerodinamičke učinkovitosti koriste se u suvremenim vjetroelektranama.
Uzgonsko djelovanje nastaje kad vjetar, koji cirkulira oko objekta, razvija veću protočnu brzinu preko gornje površine objekta nego preko doljnje. Tako nastaje pretlak na gornjoj površini i podtlak na doljnjoj površini objekta. To rezultira silom uzgona:

{\displaystyle F\_{l}=c\_{l}\*{\frac {1}{2}}\*\rho \*A\*v\_{A}^{2}}

Na lopatice djeluje i u ovom slučaju otporna sila, ali je njen iznos u odnosu na iznos uzgonske sile zanemarivo malen. Ipak, zbog toga se pojavljuje brzina u, koja sa stvarnom brzinom {\displaystyle v\_{w}} čini brzinu {\displaystyle v\_{A}}:

{\displaystyle v\_{A}^{2}=v\_{w}^{2}+u^{2}}

#### Ograničavanje aerodinamičkog djelovanja

Koeficijenti snage {\displaystyle c\_{l}} i {\displaystyle c\_{d}} promjenjivi su s obzirom na oblik objekta koji se suprotstavlja gibanju vjetra ({\displaystyle c\_{d}}) i upadnom kutu na lopaticu (oba koeficijenta).
To se svojstvo koristi u raznim pogonskim stanjima rotora vjetroturbine. Pri puštanju u pogon rotora vjetroturbine odabire se veći kut da bi rotor postizao što veću iskoristivost snage vjetra. Ako je brzina vjetra vrlo velika (npr. kod oluje), kut upada može se smanjiti i time spriječiti nastanak eventualne štete na postrojenju.

Veze
----

* Vjetroelektrane
* Energija vjetra
* Vjetroturbine

Vanjske veze
------------

* www.windenergy.org: Kratko o iskorištavanju snage vjetra u praksi (`en`)