Wpływ wysokości nad poziomem morza na pracę turbiny wiatrowej wynika przede wszystkim ze zmiany gęstości powietrza. Moc strumienia wiatru dostępna dla turbiny (czyli "ile energii niesie wiatr") opisuje zależność:
P = 0,5·ρ·A·v³, gdzie ρ to gęstość powietrza, A to powierzchnia omiatana przez wirnik, a v to prędkość wiatru.
Wraz ze wzrostem wysokości n.p.m. spada ciśnienie atmosferyczne, a w atmosferze standardowej prowadzi to do spadku gęstości ρ. Skoro P jest wprost proporcjonalna do ρ, to przy niezmienionych A i v dostępna moc maleje. Z tego powodu poprawna jest odpowiedź: "Wyższa wysokość nad poziomem morza zmniejsza wydajność turbin" (rozumianą jako moc/uzysk przy tych samych warunkach wiatru).
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są nieprawidłowe?
- "Wyższa wysokość nad poziomem morza zwiększa wydajność turbin" – to odwrócenie zależności: mniejsza gęstość oznacza mniej energii w jednostce objętości powietrza, więc nie ma podstaw, by sama wysokość zwiększała moc.
- "Wysokość nad poziomem morza nie ma wpływu…" – jest błędne, bo ρ jest funkcją m.in. ciśnienia, a to zależy od wysokości; wpływ jest fizycznie bezpośredni.
- "Wpływ … zależy od innych czynników" – w praktyce uzysk farmy faktycznie zależy także od rozkładu prędkości wiatru, turbulencji i ukształtowania terenu, ale pytanie dotyczy wpływu samej wysokości. Ten wpływ (przez ρ) jest jednoznacznie ujemny przy porównaniu dla tego samego v.
Wskazówka egzaminacyjna: gdy w odpowiedziach pojawia się "zależy", sprawdź, czy pytanie dotyczy bezpośredniej zależności fizycznej. Tutaj równanie mocy pokazuje ją wprost przez ρ.
