Tuulivoima on yksi tärkeimmistä uusiutuvan energian maailmassa. Siksi meidän on tiedettävä hyvin sen toiminta. The tuuliturbiini Se on yksi tämän tyyppisen energian perustekijöistä. Se toimii melko täydellisesti, ja on olemassa erilaisia turbiinityyppejä riippuen tuulipuistosta, jossa olemme.
Tässä artikkelissa kerromme sinulle kaiken, mitä sinun tarvitsee tietää tuuliturbiinista, sen ominaisuuksista ja toiminnasta.
Mikä on tuuliturbiini
Tuuliturbiini on mekaaninen laite, joka muuntaa tuulienergian sähköenergiaksi. Tuuliturbiinit on suunniteltu muuttaa tuulen liike -energia mekaaniseksi energiaksi, joka on akselin liike. Sitten tämä mekaaninen energia muunnetaan turbiinigeneraattorissa sähköenergiaksi. Tuotettu sähkö voidaan tallentaa akkuun tai käyttää suoraan.
On kolme fysiikan peruslakia, jotka säätelevät tuulen käytettävissä olevaa energiaa. Ensimmäisen lain mukaan turbiinin tuottama energia on verrannollinen tuulen nopeuden neliöön. Toisen lain mukaan käytettävissä oleva energia on verrannollinen terän pyyhkäisyalueeseen. Energia on verrannollinen terän pituuden neliöön. Kolmannen lain mukaan tuuliturbiinin suurin teoreettinen hyötysuhde on 59%.
Toisin kuin vanhat Castilla La Manchan tai Alankomaiden tuulimyllyt, tuulivoima työntää näissä tuulimyllyissä siivet pyörimään, ja nykyaikaiset tuuliturbiinit käyttävät monimutkaisempia aerodynaamisia periaatteita tuulen energian talteenottamiseksi tehokkaammin. Itse asiassa syy siihen, miksi tuuliturbiini liikuttaa teriä, on samanlainen kuin syy siihen, miksi lentokone pysyy ilmassa, ja se johtuu fyysisestä ilmiöstä.
Tuuliturbiinissa roottorin siipiin syntyy kahdenlaisia aerodynaamisia voimia: toista kutsutaan työntövoimaksi, joka on kohtisuorassa tuulen virtaussuuntaan nähden, ja toista kutsutaan vastusvoimaksi, joka on yhdensuuntainen tuulen virtaussuunnan kanssa. Ilma.
Turbiinin lapojen rakenne on hyvin samanlainen kuin lentokoneen siiven ja käyttäytyy tuulisten olosuhteiden tavoin. Lentokoneen siivessä yksi pinta on hyvin pyöreä, kun taas toinen on suhteellisen tasainen. Kun ilma kiertää tämän mallin myllyn siipien läpi, ilmavirta sileän pinnan läpi on hitaampi kuin pyöreän pinnan läpi kulkeva ilmavirta. Tämä nopeusero puolestaan tuottaa paine -eron, joka on parempi tasaisella pinnalla kuin pyöreällä pinnalla.
Lopputuloksena on voima, joka vaikuttaa potkurin siiven sileään pintaan. Tätä ilmiötä kutsutaan "Venturi -ilmiöksi", joka on osa "nosto" -ilmiön syytä se puolestaan selittää, miksi lentokone pysyy ilmassa.
Tuuligeneraattoreiden sisätilat
Tuuliturbiinin siivet käyttävät näitä mekanismeja myös pyörimään akselinsa ympäri. Teräosan rakenne helpottaa pyörimistä tehokkaimmin. Generaattorin sisällä tapahtuu prosessi, jossa terän pyörimisenergia muutetaan sähköenergiaksi Faradayn lain mukaan. Siinä on oltava roottori, joka pyörii tuulen vaikutuksesta, kytkettynä laturiin ja joka muuntaa pyörivän mekaanisen energian sähköenergiaksi.
Tuuliturbiinin elementtejä
Kunkin elementin toteuttamat toiminnot ovat seuraavat:
- roottori: Se kerää tuulienergiaa ja muuntaa sen pyöriväksi mekaaniseksi energiaksi. Jopa hyvin alhaisella tuulen nopeudella sen rakenne on ratkaiseva kääntymiselle. Edellisestä kohdasta voidaan nähdä, että teräosan rakenne on avain roottorin pyörimisen varmistamiseen.
- Turbiinikytkin tai tukijärjestelmä: sovittaa terän pyörimisliike sen generaattorin roottorin pyörimisliikkeeseen, johon se on kytketty.
- Kertoja tai vaihteisto: Normaalilla tuulen nopeudella (20-100 km / h) roottorin nopeus on alhainen, noin 10-40 kierrosta minuutissa (rpm); Sähkön tuottamiseksi generaattorin roottorin on toimittava 1.500 rpm: llä, joten kotelossa on oltava järjestelmä, joka muuntaa nopeuden alkuarvosta lopulliseen arvoon. Tämä saavutetaan auton moottorin vaihteiston kaltaisella mekanismilla, joka käyttää useita vaihteita pyörimään generaattorin liikkuvaa osaa sähkön tuottamiseen sopivalla nopeudella. Siinä on myös jarru, joka pysäyttää roottorin pyörimisen, kun tuuli on erittäin voimakas (yli 80-90 km / h), mikä voi vahingoittaa mitä tahansa generaattorin osaa.
- Generaattori: Se on roottori-staattorikokoonpano, joka tuottaa sähköenergiaa, joka välitetään sähköasemalle naulaa tukeviin torniin asennettujen kaapeleiden kautta ja syötetään sitten verkkoon. Generaattorin teho vaihtelee välillä 5 kW keskiturbiinilla ja 5 MW suurimmalla turbiinilla, vaikka niitä on jo 10 MW.
- Suunta moottori: Mahdollistaa komponenttien pyörimisen, jotta ne voivat sijoittaa tuulen suuntaan.
- Tukimastot: Se on generaattorin rakenteellinen tuki. Mitä suurempi turbiinin teho on, sitä pidemmät terät ovat ja sitä suurempi korkeus, jolla suutin on sijaittava. Tämä lisää tornimallin monimutkaisuutta, jonka on kestettävä generaattorisarjan paino. Terän rakenteellisen jäykkyyden on myös oltava korkea, jotta se kestää suuria tuulia murtumatta.
- Melat ja tuulimittarit: gondolien takana olevat laitteet, jotka sisältävät generaattoreita; ne määrittävät suunnan ja mittaavat tuulen nopeuden ja jarruttavat siipiä, kun tuulen nopeus ylittää kynnyksen. Tämän kynnyksen yläpuolella on turbiinin rakenteellinen riski. Tämä on yleensä Savonious -turbiinityyppi.
Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää tuuliturbiinista ja sen ominaisuuksista.