Kwalifikacje w Zawodzie - Testy zawodowe online | Egzaminy Zawodowe

KWALIFIKACJA ELE11 - STYCZEŃ 2017



PYTANIE NR 9.
Moc wiatru zależy od
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Moc niesiona przez wiatr rośnie bardzo silnie wraz z prędkością: w modelu fizycznym jest proporcjonalna do gęstości powietrza oraz do sześcianu prędkości (v3). Dlatego nawet niewielki wzrost prędkości wiatru powoduje duży wzrost dostępnej mocy.

Pełne wyjaśnienie:

Moc związana z ruchem mas powietrza wynika z energii kinetycznej strumienia. Energia kinetyczna cząstki (lub porcji) powietrza rośnie jak v2, a jednocześnie w jednostce czasu przez rozpatrywaną "bramkę" przepływu przechodzi tym więcej masy, im większa jest prędkość v. Po połączeniu tych zależności otrzymuje się proporcjonalność mocy do v3.

Dlatego odpowiedź "iloczynu prędkości wiatru podniesionej do sześcianu i gęstości powietrza" oddaje kluczową cechę fizyczną: moc wiatru jest bardzo czuła na zmianę prędkości oraz zależy od właściwości ośrodka (gęstości).

Pozostałe odpowiedzi są błędne, bo opisują zbyt słabą lub niewłaściwą zależność:

  • "…do kwadratu…" – potęga v2 częściej pojawia się przy ciśnieniu dynamicznym i sile aerodynamicznej, ale nie opisuje wprost mocy strumienia wiatru.
  • "…iloczynu prędkości wiatru i gęstości…" – zależność liniowa (v) nie uwzględnia faktu, że energia kinetyczna rośnie jak v2; dawałaby zbyt mały przyrost mocy przy wzroście prędkości.
  • "…ilorazu prędkości… i gęstości…" – dzielenie przez gęstość przeczy intuicji i fizyce zjawiska: większa gęstość oznacza większą masę powietrza w tej samej objętości, a więc większy potencjał energetyczny.

W praktyce inżynierskiej przy obliczaniu mocy strumienia uwzględnia się jeszcze m.in. pole powierzchni przepływu oraz współczynniki sprawności (np. ograniczenia aerodynamiczne turbiny). W pytaniu sprawdzana jest jednak przede wszystkim potęga prędkości i rola gęstości.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Co to znaczy, że moc wiatru zależy od v^3?
Oznacza to, że gdy prędkość wiatru wzrośnie np. 2 razy, to dostępna moc w strumieniu (przy tej samej gęstości) rośnie około 8 razy. Wynika to z połączenia wzrostu energii kinetycznej (zależnej od v2) i większego strumienia masy w czasie (zależnego od v).
Dlaczego w odpowiedzi pojawia się gęstość powietrza?
Gęstość mówi, ile masy ma powietrze w danej objętości. Im większa gęstość, tym więcej masy przepływa przez daną powierzchnię w jednostce czasu i tym większa energia kinetyczna jest "niesiona" przez wiatr. Dlatego moc rośnie wraz z gęstością.
Jakie czynniki poza prędkością i gęstością wpływają na uzysk turbiny?
Na uzysk turbiny wpływają też: powierzchnia omiatana wirnikiem (średnica), sprawność aerodynamiczna i mechaniczno-elektryczna, straty w przekładni/generatorze oraz ograniczenia sterowania (np. redukcja mocy przy zbyt silnym wietrze). Moc wiatru i moc turbiny to nie zawsze to samo.
Czy zależność od v^2 nie jest poprawna w energetyce wiatrowej?
Zależność od v2 pojawia się często w aerodynamice (np. dla ciśnienia dynamicznego i sił działających na łopaty). Jednak sama moc strumienia wiatru rośnie jak v3. Na egzaminie łatwo pomylić te dwa obszary zależności.
Kiedy gęstość powietrza jest większa i co to zmienia dla turbiny?
Gęstość jest zwykle większa przy niższej temperaturze i wyższym ciśnieniu. Większa gęstość oznacza większą potencjalnie dostępną moc wiatru dla tej samej prędkości, więc turbina może uzyskać wyższą moc (o ile nie ograniczają jej nastawy i parametry znamionowe).
Jak rozpoznać na teście, że chodzi o sześcian prędkości?
W pytaniach o moc wiatru szukaj wskazówki: "moc" (a nie "siła" czy "ciśnienie"). Dla mocy kluczowe jest v3. Dla sił/ciśnienia częściej pojawia się v2. To jedno z najczęstszych rozróżnień na egzaminach.
Czy moc wiatru i moc elektryczna turbiny są równe?
Nie. Moc wiatru to moc dostępna w strumieniu powietrza, a turbina może zamienić tylko część tej mocy na energię mechaniczną i elektryczną. Występują ograniczenia aerodynamiczne oraz straty w układzie napędowym i generatorze, więc moc elektryczna jest mniejsza.
Jakie błędy najczęściej popełnia się w takich pytaniach?
Najczęściej: wybór v2 (bo kojarzy się z aerodynamiką), pomijanie gęstości (intuicyjne skupienie tylko na prędkości) oraz mylenie "mocy wiatru" z "mocą turbiny" zależną dodatkowo od średnicy wirnika i sprawności układu.
Czy przy bezwietrznej pogodzie turbina może produkować energię?
Jeśli prędkość wiatru jest zbyt mała (poniżej prędkości rozruchu), turbina zwykle nie wytwarza energii, a system może pobierać niewielką moc na automatykę. Ponieważ moc wiatru zależy od v3, przy małym v dostępna moc szybko spada niemal do zera.
Jak przygotować się do pytań o moc wiatru na ELE.7?
Powtórz zależności: energia kinetyczna ~ v2 i strumień masy ~ v, co daje moc ~ v3. Naucz się odróżniać pytania o moc od pytań o siły/ciśnienie. Przećwicz proste porównania: "wiatr 6 m/s vs 12 m/s" i wnioskuj, jak zmienia się moc.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 62% zdających egzamin. średnie

Według specjalistów z branży: "Moc niesiona przez wiatr rośnie bardzo silnie wraz z prędkością: w modelu fizycznym jest proporcjonalna do gęstości powietrza oraz do sześcianu prędkości (v3)."

Źródła:

  • U.S. Department of Energy (EERE), "Wind Energy Basics" (zależność mocy od prędkości i gęstości): https://www.energy.gov/eere/wind/wind-energy-basics - dostęp 2026-03-01
  • Wikipedia (EN), "Wind power" (sekcja o dostępnej mocy w wietrze, zależność ~ ρ·v^3): https://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power - dostęp 2026-03-01
  • Wikipedia (PL), "Energia wiatru" (opis zależności mocy od gęstości i prędkości): https://pl.wikipedia.org/wiki/Energia_wiatru - dostęp 2026-03-01

Materiały:

  • Podręczniki do fizyki/energetyki omawiające energię kinetyczną i moc strumienia
  • Materiały dydaktyczne o energetyce wiatrowej (wzór na moc wiatru i znaczenie v^3)
  • Karty katalogowe turbin: krzywa mocy a prędkość wiatru (power curve)
Zobacz też:

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego