Windkraftanlage

Verbesserung von Windparks

Windenergie ist eine der wichtigsten in der Welt der erneuerbaren Energien. Daher müssen wir gut wissen, was seine Funktion ist. Die Windkraftanlage Es ist eines der grundlegenden Elemente dieser Art von Energie. Es hat einen ziemlich vollständigen Betrieb und je nach Windpark, in dem wir uns befinden, gibt es verschiedene Arten von Turbinen.

In diesem Artikel erfahren Sie alles Wissenswerte über die Windenergieanlage, ihre Eigenschaften und Funktionsweise.

Was ist eine Windkraftanlage

Eigenschaften von Windkraftanlagen

Eine Windkraftanlage ist ein mechanisches Gerät, das Windenergie in elektrische Energie umwandelt. Windkraftanlagen sind entworfen die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umzuwandeln, das ist die Bewegung der Achse. Im Turbinengenerator wird diese mechanische Energie dann in elektrische Energie umgewandelt. Der erzeugte Strom kann in einer Batterie gespeichert oder direkt genutzt werden.

Es gibt drei grundlegende Gesetze der Physik, die die verfügbare Energie des Windes bestimmen. Der erste Hauptsatz besagt, dass die von der Turbine erzeugte Energie proportional zum Quadrat der Windgeschwindigkeit ist. Der zweite Hauptsatz besagt, dass die verfügbare Energie proportional zur überstrichenen Fläche der Klinge ist. Die Energie ist proportional zum Quadrat der Klingenlänge. Der dritte Hauptsatz legt fest, dass der maximale theoretische Wirkungsgrad einer Windkraftanlage 59% beträgt.

Im Gegensatz zu den alten Windmühlen von Castilla La Mancha oder den Niederlanden treibt der Wind in diesen Windmühlen die Rotorblätter in Rotation, und moderne Windturbinen verwenden komplexere aerodynamische Prinzipien, um Windenergie effizienter zu gewinnen. Tatsächlich ist der Grund, warum eine Windkraftanlage ihre Rotorblätter bewegt, ähnlich wie der Grund, warum ein Flugzeug in der Luft bleibt, und es liegt an einem physikalischen Phänomen.

Bei Windkraftanlagen werden in den Rotorblättern zwei Arten von aerodynamischen Kräften erzeugt: Eine wird als Schub bezeichnet, der senkrecht zur Windrichtung steht, und eine andere wird als Widerstand bezeichnet, der parallel zur Windrichtung verläuft .Luft.

Das Design der Turbinenblätter ist dem eines Flugzeugflügels sehr ähnlich und verhält sich auch bei Wind wie dieser. Bei einem Flugzeugflügel ist eine Oberfläche sehr rund, während die andere relativ flach ist. Wenn Luft durch die Mühlenschaufeln dieser Konstruktion zirkuliert, ist der Luftstrom durch die glatte Oberfläche langsamer als der Luftstrom durch die runde Oberfläche. Dieser Geschwindigkeitsunterschied erzeugt wiederum einen Druckunterschied, der auf einer glatten Oberfläche besser ist als auf einer runden Oberfläche.

Das Endergebnis ist eine Kraft, die auf die glatte Oberfläche des Triebwerksflügels einwirkt. Dieses Phänomen wird als "Venturi-Effekt" bezeichnet, was ein Teil der Ursache für das "Auftriebsphänomen" ist, das es erklärt wiederum, warum das Flugzeug in der Luft bleibt.

Innenraum von Windgeneratoren

Windkraftanlage

Auch die Rotorblätter einer Windkraftanlage nutzen diese Mechanismen, um eine Drehbewegung um ihre Achse zu bewirken. Das Design des Klingenabschnitts erleichtert die Rotation auf die effizienteste Weise. Im Generator findet die Umwandlung der Rotationsenergie der Schaufel in elektrische Energie statt nach Faradays Gesetz. Es muss einen Rotor umfassen, der sich unter dem Einfluss des Windes dreht, der mit einer Lichtmaschine gekoppelt ist und rotierende mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.

Elemente einer Windkraftanlage

windkraft

Die von jedem Element implementierten Funktionen sind die folgenden:

  • Rotor: Es sammelt Windenergie und wandelt sie in rotierende mechanische Energie um. Selbst bei sehr niedrigen Windgeschwindigkeiten ist sein Design entscheidend für das Wenden. Aus dem vorherigen Punkt ist ersichtlich, dass die Gestaltung des Blattabschnitts der Schlüssel zur Sicherstellung der Rotorrotation ist.
  • Turbinenkupplung oder Stützsystem: Anpassen der Drehbewegung des Flügels an die Drehbewegung des Generatorrotors, an den es gekoppelt ist.
  • Multiplikator oder Getriebe: Bei normalen Windgeschwindigkeiten (zwischen 20-100 km / h) ist die Rotordrehzahl niedrig, etwa 10-40 Umdrehungen pro Minute (U/min); Um Strom zu erzeugen, muss der Rotor des Generators mit 1.500 U/min laufen, daher muss die Gondel ein System enthalten, das die Drehzahl vom Anfangswert in den Endwert umwandelt. Dies wird durch einen Mechanismus ähnlich dem Getriebe in einem Automotor erreicht, der einen Satz von mehreren Zahnrädern verwendet, um den beweglichen Teil des Generators mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die für die Stromerzeugung geeignet ist. Es enthält auch eine Bremse, um die Drehung des Rotors bei sehr starkem Wind (mehr als 80-90 km / h) zu stoppen, der jede Komponente des Generators beschädigen kann.
  • Generator: Dabei handelt es sich um eine Rotor-Stator-Einheit, die elektrische Energie erzeugt, die über Kabel, die im Turm, der die Gondel trägt, zum Umspannwerk übertragen und dann ins Netz eingespeist wird. Die Generatorleistung variiert zwischen 5 kW für die mittlere Turbine und 5 MW für die größte Turbine, obwohl es bereits 10 MW Turbinen gibt.
  • Orientierungsmotor: Ermöglicht die Drehung der Komponenten, um die Gondel in Richtung des vorherrschenden Windes zu positionieren.
  • Stützmast: Es ist die strukturelle Stütze des Generators. Je höher die Leistung der Turbine, desto länger sind die Schaufeln und desto höher muss die Gondel sein. Dies erhöht die Komplexität des Turmdesigns, das das Gewicht des Generatorsatzes tragen muss. Das Blatt muss auch eine hohe strukturelle Steifigkeit aufweisen, um starken Winden standzuhalten, ohne zu brechen.
  • Paddel und Windmesser: Geräte an der Rückseite der Gondeln, die Generatoren enthalten; Sie bestimmen die Richtung und messen die Windgeschwindigkeit und wirken auf die Blätter ein, um sie zu bremsen, wenn die Windgeschwindigkeit einen Schwellenwert überschreitet. Oberhalb dieser Schwelle besteht ein strukturelles Risiko der Turbine. Dies ist normalerweise eine Savonious-Turbinenausführung.

Ich hoffe, dass Sie mit diesen Informationen mehr über die Windkraftanlage und ihre Eigenschaften erfahren können.


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