Полная мощность ветрового потока, проходящего через единицу площади ветроколеса, нормальной к его направлению, составляет Р= —pV3.
Так как энергия ветра пропорциональна кубу его скорости, то даже небольшое увеличение скорости приводит к значительному увеличению энергии. Так, возрастание скорости ветра в 2 раза сопровождается восьмикратным увеличением его энергии. Местная скорость ветра зависит от окружающей среды, в частности от наличия холмов, деревьев и зданий. С ростом высоты от поверхности земли скорость в пограничном слое увеличивается. Поэтому отбор места и высоты расположения ветроколеса относительно поверхности — это два весьма важных фактора, которые необходимо учитывать при определении оптимальной энергии ветра.
Для расчета ветроэнергетических ресурсов необходимо знание распределения скоростей, а не средней скорости. Для использования данных ежечасных или трехчасовых измерений скорости ветра необходимо определить характерные кривые распределения ее частот. Эти распределения составляются климатическим центром National Climatic Center (NCC) для выбранных периодов времени по данным многих метеостанций США, производящих измерение ветра. Однако высота анемометра и его местоположение значительно изменяются на многих станциях за период записи, для которого проводится обобщение данных. Эти изменения могут быть причиной значительных ошибок в оценке энергии ветра, обусловленных большой разницей в значениях энергии при изменении высоты и местоположения анемометра.
Определение суммарных данных по средней скорости ветра за желаемый период наблюдений может быть проведено на многих станциях при сохранении в течение этого периода неизменной высоты расположения анемометра.
Эмпирический метод, разработанный и испытанный в шести местах Новой Англии, показывает, что действительная энергия ветра может быть определена с точностью ±20 %, если использовать значение средней скорости ветра. С другой стороны, для точной оценки форма кривой распределения скорости ветра должна быть симметричной, а метод, предложенный в некоторых источниках, непригоден, если кривая распределения скорости ветра сильно скошена или деформирована. При использовании метода действительная энергия ветра недооценивалась, например, для северо-запада тихоокеанского побережья США более чем на 50%.
Энергия ветра, приходящаяся на единицу площади поверхности земли, кВт-ч/м2, определяется по выражению
где Руд — мощность, приходящаяся на единицу площади, Вт/м2~ А/ — период времени, ч (1 МВт-ч/м2 в год эквивалентен среднегодовой мощности примерно 114 Вт/м2).
