Jak działają potężne przemysłowe turbiny wiatrowe

Naturalną reakcją atmosfery na nierównomierne nagrzewanie się różnych jej warstw jest wiatr. Wynikające z tego spadki ciśnienia atmosferycznego powodują, że wiatr wieje z obszarów o wysokim ciśnieniu do obszarów o niskim ciśnieniu, a im większa różnica ciśnień, tym silniejszy wiatr – tym większa jego prędkość. Teoretycznie szacuje się, że do 2% promieniowania słonecznego jest przekształcane w mechaniczną energię wiatru w wyniku naturalnego ruchu powietrza w atmosferze.

Wiadomo, że topografia określonego obszaru może albo wzmacniać wiatr, albo ograniczać przepływ powietrza. Tak więc na terenach pasm górskich, przełęczy, w pobliżu kanionów rzecznych warunki do instalacji wiatraków są naprawdę idealne. A jeśli pamiętamy, że moc, jaką można uzyskać z wiatru, jest proporcjonalna do masy powietrza przechodzącego przez turbinę i sześcianu jej prędkości, to łatwo zrozumieć perspektywy, które szybko otwierają się w tym kierunku.

Wiatr jest niewątpliwie jednym z najbardziej obiecujących odnawialnych źródeł energii naturalnej.Nie bez powodu w wielu krajach z roku na rok buduje się coraz więcej farm wiatrowych, zwłaszcza na przybrzeżnych częściach mórz, oceanów i na równinach.

Porywisty charakter wiatru nie sprzyja stabilnemu zasilaniu sieci elektroenergetycznych, dlatego ważnym zadaniem staje się gromadzenie energii w celu jej dalszego wykorzystania. Ale to zadanie jest rozwiązywane — budowane są przemysłowe i prywatne systemy przechowywania baterii, podejmowane są działania w celu zapewnienia nieprzerwanego zasilania.

I teraz możemy śmiało powiedzieć, że potężny przemysłowy generator wiatrowy (taki jak Enercon E-126) o mocy 6-8 MW, włączony w system zasilania małego miasta, będzie w stanie zaspokoić potrzeby jego mieszkańców i potrzeb infrastruktury zelektryfikowanej.

Przejdźmy jednak do sedna i spójrzmy na urządzenie przemysłowego generatora wiatrowego. W końcu każdy generator wiatrowy jest wytworem skrupulatnej myśli inżynierskiej, wynikiem precyzyjnych obliczeń i długiego projektowania w celu uzyskania wydajnego i niezawodnego konwertera energii wiatru na energię elektryczną, dlatego każdy detal ogromnej konstrukcji nie jest bynajmniej przypadkowy . Na przykład odniesiemy się do projektu generatora wiatrowego Enercon E-126 i przyjrzymy się jego głównym częściom.

Wieża

Wieża (7) o wysokości kilkudziesięciu metrów stanowi podporę przemysłowego generatora wiatrowego. Wykonany jest w całości ze zbrojonego betonu metodą sekwencyjnego odlewania w szalunku lub montowany z krótkich kręgów żelbetowych, które montuje się sekwencyjnie jeden na drugim i łączy poprzez przeciągnięcie przez nie kabli ramy.Żelbet jest wystarczająco wytrzymały, aby utrzymać w powietrzu ciężką turbinę i gondolę, a także wytrzymać obciążenie wynikające z pracy turbiny wiatrowej, zapobiegając przewróceniu się konstrukcji.

Podstawa wieży spoczywa na żelbetowej podstawie (8), której ciężar jest proporcjonalny do ciężaru samej wieży. Na przykład turbina wiatrowa Enercon E-126 ma całkowitą masę około 6000 ton. Podstawa nie ma kształtu cylindrycznego, ma kształt bardziej zbliżony do ściętego stożka niż do cylindra. Rozbudowana u podstawy wieża bezpiecznie utrzymuje całą konstrukcję we właściwej pozycji.

Ostrza i wirnik

Łopaty (6) i wirnik (5) przemysłowej turbiny wiatrowej wykonane są ze specjalnego włókna kompozytowego na bazie stali Łopaty są składane z oddzielnych segmentów lub wykonywane jako monolit, w zależności od ich zakresu. Z reguły do ​​mocowania łopat do wirnika służą śruby i piasta. Same łopatki są przymocowane do piasty, a piasta jest przymocowana bezpośrednio do wirnika generatora.

Obrót turbiny wokół wieży

Aby obrócić turbinę wokół wieży, a silnik asynchroniczny (3) połączone za pomocą koła zębatego z pierścieniem u podstawy gondoli. W zależności od wielkości generatora wiatrowego i jego mocy może być od jednego do trzech takich silników.

Generator prądu

Jeśli wcześniejsze jednostki podobne w konstrukcji do standardowych generatorów synchronicznych były używane jako generatory do turbin wiatrowych, to na początku lat 2000. pojawiła się taka innowacja, jak generator pierścieniowy (1). Tutaj wirnik turbiny połączony z piastą jest jednocześnie wirnikiem generatora.

Niezależne uzwojenia wzbudzenia znajdują się na wirniku pierścieniowym, tworząc bieguny magnetyczne, oraz odpowiednio na stojanie uzwojenia stojana. Uzwojenie stojana podzielone jest na części (w przypadku Enercona E-126 — na cztery części), z których każda jest podłączona do osobnego prostownika. Sterownik generatora znajduje się w maszynowni (2) gondoli.

falownik

Po wyprostowaniu do inwertera (4) zainstalowanego u podstawy wieży doprowadzane jest napięcie stałe 400 woltów, gdzie energia jest przetwarzana na prąd przemienny i po przekształceniu dostarczana do linii elektroenergetycznej.

Przyjrzeliśmy się kluczowym komponentom nowoczesnej przemysłowej turbiny wiatrowej na przykładzie modelu Enercon E-126, zainstalowanego po raz pierwszy w pobliżu niemieckiego miasta Emden w 2007 roku. Moc generatora wynosi obecnie 7,58 MW, co wystarcza do zasilenia 4500 willi prąd przez cały rok.

Do tej pory Enercon zbudował ponad 13 000 takich turbin wiatrowych na całym świecie, a ich łączna moc zainstalowana już w 2010 roku przekroczyła 2846 MW.