風力エネルギーは、再生可能エネルギーの世界で最も重要なもののXNUMXつです。 したがって、その動作をよく知る必要があります。 NS 風力タービン これは、この種のエネルギーの基本的な要素のXNUMXつです。 それはかなり完全な操作をしていて、私たちがいる風力発電所に応じて異なるタイプのタービンがあります。
この記事では、風力タービン、その特性、およびその仕組みについて知っておく必要のあるすべてのことを説明します。
風力タービンとは
風力タービンは、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する機械装置です。 風力タービンは設計されています 風力の運動エネルギーを力学的エネルギーに変換する、これは軸の動きです。 次に、タービン発電機で、この機械的エネルギーが電気エネルギーに変換されます。 生成された電気は、バッテリーに保存することも、直接使用することもできます。
風の利用可能なエネルギーを支配する物理学のXNUMXつの基本法則があります。 最初の法則は、タービンによって生成されるエネルギーは風速のXNUMX乗に比例すると述べています。 第二法則は、利用可能なエネルギーはブレードの掃引面積に比例すると述べています。 エネルギーはブレードの長さのXNUMX乗に比例します。 第59法則は、風力タービンの最大理論効率がXNUMX％であることを確立しています。
カスティーリャラマンチャやオランダの古い風車とは異なり、これらの風車では風がブレードを押して回転させ、最新の風力タービンはより複雑な空力原理を使用して風力エネルギーをより効率的に捕捉します。 実際、風力タービンがブレードを動かす理由は、飛行機が空中にとどまる理由と似ており、それは物理的な現象によるものです。
風力タービンでは、ローターブレードにXNUMX種類の空気力が発生します。XNUMXつは風の方向に垂直な推力と呼ばれ、もうXNUMXつは風の方向に平行な抗力と呼ばれます。
タービンブレードの設計は飛行機の翼の設計と非常に似ており、風の強い状況では飛行機の翼のように動作します。 飛行機の翼では、一方の面は非常に丸く、もう一方の面は比較的平らです。 この設計のミルブレードを空気が循環する場合、滑らかな表面を通る空気の流れは、丸い表面を通る空気の流れよりも遅くなります。 この速度差により圧力差が生じます。これは、丸い表面よりも滑らかな表面の方が優れています。
最終結果は、スラスターウィングの滑らかな表面に作用する力です。 この現象は「ベンチュリ効果」と呼ばれ、「リフト」現象の原因の一部です。 次に、航空機が空中に留まる理由を説明します。
風力発電機の内部
風力タービンのブレードもこれらのメカニズムを使用して、軸を中心に回転運動を引き起こします。 ブレードセクションの設計により、最も効率的な方法で回転が容易になります。 発電機の内部では、ブレードの回転エネルギーを電気エネルギーに変換するプロセスが行われます。 ファラデーの法則による。 風の影響下で回転し、オルタネーターに結合され、回転する機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するローターが含まれている必要があります。
風力タービンの要素
各要素によって実装される機能は次のとおりです。
- ローター： 風力エネルギーを収集し、それを回転する機械的エネルギーに変換します。 非常に低い風速の条件でも、その設計は旋回に不可欠です。 前のポイントから、ブレードセクションの設計がローターの回転を確実にするための鍵であることがわかります。
- タービンカップリングまたはサポートシステム： ブレードの回転運動を、ブレードが結合されている発電機ローターの回転運動に適合させます。
- 乗数またはギアボックス： 通常の風速（20〜100 km / h）では、ローター速度は低く、毎分約10〜40回転（rpm）です。 電気を生成するには、発電機のローターが1.500 rpmで動作している必要があるため、ナセルには速度を初期値から最終値に変換するシステムが含まれている必要があります。 これは、自動車エンジンのギアボックスと同様のメカニズムによって実現されます。このメカニズムでは、複数のギアのセットを使用して、発電機の可動部分を発電に適した速度で回転させます。 また、風が非常に強い場合（80〜90 km / h以上）にローターの回転を停止するブレーキが含まれているため、発電機のコンポーネントが損傷する可能性があります。
- 発生器： これは、電気エネルギーを生成するローターとステーターのアセンブリであり、ナセルを支えるタワーに設置されたケーブルを介して変電所に送信され、ネットワークに供給されます。 発電機の出力は、中型タービンの5kWと最大タービンの5MWの間で変動しますが、すでに10MWのタービンがあります。
- オリエンテーションモーター： コンポーネントを回転させて、卓越風の方向にナセルを配置します。
- サポートマスト： 発電機の構造的サポートです。 タービンの出力が大きいほど、ブレードの長さが長くなり、したがって、ナセルを配置する必要がある高さが大きくなります。 これにより、タワーの設計がさらに複雑になり、発電機セットの重量を支える必要があります。 ブレードはまた、壊れることなく強風に耐えるために高い構造的剛性を持たなければなりません。
- パドルと風速計：発電機を含むゴンドラの後ろにある装置。 彼らは方向を決定し、風速を測定し、風速がしきい値を超えたときにブレードに作用してブレーキをかけます。 このしきい値を超えると、タービンの構造上のリスクがあります。 これは通常、サボニウスタービンタイプの設計です。
この情報で、風力タービンとその特性についてもっと学ぶことができることを願っています。