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【風力発電】風車のエネルギーは運動エネルギーでしかない話

「風力発電が苦手。風車のエネルギーは風速の3乗??何故に??」

 

こんな疑問を持っている人がいる。そこで今日はここを超簡単に解説する。

 

おはようございます。

電験と電気業界を研究している桜庭裕介です。 

初めての方もいらっしゃると思いますので、いつもの簡単な自己紹介を添えておきます。

≪実績≫
❑転職関係❑

『残業10時間以下』&『年収変動なし』の企業に転職成功

※詳細を下記のnoteに集約
電気エンジニアとしての決断【超大手企業を退社する選択】

❑電験研究歴❏
✔トータル100年分の過去問を分析

・電験1種 40年分
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✔雑誌連載を開始
「理論の超入門」

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✔半年で885点取得

電気エンジニアTOEIC攻略までの道のり【800点までは取れる】

一言で言うと、電験をずっと分析してきた人間。

桜庭裕介|電験&電気仕事|MBA挑戦中@denken_1
 
 

夢はある?と最近聞かれた。

電気、プラントの運転操作を教えて、自分が飯を食えれば最高だと答えた。

妻子なしなら、小さなアパートの一室で納豆や卵とごはんだけの食事で暮らすと思う(栄養の事は無知)

今後、確実に介護施設の問題が挙がる。
そこに貢献できれば良い。

そんな事を考えている。

 
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最近は「電験に必要な知識を徹底的に分析し最小単位まで分解すること」「過去問の出題傾向から言えること」を精査したり。

今年も点を取ることに全エネルギーを投入している。

というわけで、今日は「風力発電分野」を取り上げる。中でも重要な「公式の話」をする。

 

風車のエネルギーの公式

この公式をパッと答えることができるだろうか??

 

たぶん久しぶりだと忘れている人がほとんどだと思う。

 

風車のエネルギーは

・面積の1乗?2乗?

・風速の1乗?2乗?3乗?

 

風車のエネルギーはこんな混乱をもたらしたりするのである。

(※正確には、風車が風から受けるエネルギーである。このエネルギーを利用して発電機を回して、電気エネルギーにしているのだ。)

 

参考書によってはこの運動エネルギーの式を公式として「暗記」することを勧めているものもある。(公式だけ掲載パターン)

先日の記事「【ベルヌーイの定理】電験の定理はイメージ図から導けると強い 」でもお伝えしたことでもあるが

公式の中には「イメージから呼び出せるもの」が存在する。

 

該当するものは絶対にイメージを利用した方がいい。圧倒的に忘れにくくなるからだ。

 

風車のエネルギーは運動エネルギー

公式の根元の部分を理解すると、だいたいの人が「なんだ、こんなことかよ!!」と思うはずだ。

そう。

実は風車のエネルギーは「運動エネルギーの公式と同じ」「運動エネルギーのmに記号を代入しただけ」なのである。

 

ご存じだっただろうか??

 

 

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公式自体を見ると

「W=(1/2)×ρ×A×v^3」

だが、Aは風車が風を受ける面積であり、速度vは1秒間に風が進む距離である。

 

空気密度ρに体積をかけるだけ

空気密度ρが(kg/m3)であることから、体積をかけてやれば重さが出る。(←この考え方は超大事)

 

運動エネルギーは1秒間の話をしているので、1秒間の空気の重さが知れればエネルギーは求まるのである。

 

ここまで来ると話が繋がってくるだろう。

 

空気密度が与えられて、風車面積、風の速度が与えられれば、風車が風から受けるエネルギーは求まるのだ。

 

風車のエネルギーを問う問題

風力発電の風車が1秒間に受ける風の運動エネルギーW[J]を表す式として、正しいものはどれか。ただし、受風面積をA[m2]、風速をv[m/s]、空気密度ρ[kg/m3]とする。

これは基本問題として、多くの問題集で登場するし、教科書にも記載されていたりする。

 

ここで、もう少し電験に寄せてみよう。

風車の受けるエネルギーは(ア)に比例し、風速の(イ)に比例する。(ア)と(イ)に当てはまる語句の組み合わせで正しいものはどれか。

答えは「アは受風面積、イは3乗」だ。

こういった問題をそのまま日本語で覚えている人は結構忘れる。惑わし、過去問からのずらしにより失点する可能性も出てくる。

 

まとめ

以上「【風力発電】風車のエネルギーは運動エネルギーでしかない話」の記事でした。

 

自分は特に記憶しにくいものがあったら、ピックアップするようにしている。その上で記憶しやすいように、記憶を呼び起こすような工夫を仕組んでいる。

 

今回自分が書いているノートの中に「m」と「↓」があるが、超重要。

そういうビジュアルで覚え込んでいるので、半年前も1年前もその前も同じような思い出し方をしている。

故に自分は「風車のエネルギー算出の式」を風速2乗だったっけ?いや、3乗??といった混乱をしなくなった。

 

自分のように「覚えることが多くてパンクしそうな人」に役立つ記事であることを願います!!