Windenergie is een van de belangrijkste in de wereld van hernieuwbare energie. Daarom moeten we goed weten wat de werking ervan. De windturbine Het is een van de fundamentele elementen van dit soort energie. Het heeft een vrij complete operatie en er zijn verschillende soorten turbines, afhankelijk van het windpark waar we ons bevinden.
In dit artikel gaan we je alles vertellen wat je moet weten over de windturbine, zijn eigenschappen en hoe hij werkt.
Wat is een windturbine?
Een windturbine is een mechanisch apparaat dat windenergie omzet in elektrische energie. Windturbines zijn ontworpen om de kinetische energie van de wind om te zetten in mechanische energie, dat is de beweging van de as. Vervolgens wordt deze mechanische energie in de turbinegenerator omgezet in elektrische energie. De opgewekte elektriciteit kan worden opgeslagen in een batterij of direct worden gebruikt.
Er zijn drie basiswetten van de fysica die de beschikbare energie van de wind bepalen. De eerste wet stelt dat de door de turbine geproduceerde energie evenredig is met het kwadraat van de windsnelheid. De tweede wet stelt dat de beschikbare energie evenredig is met het geveegde gebied van het blad. De energie is evenredig met het kwadraat van de lengte van het blad. De derde wet bepaalt dat het maximale theoretische rendement van een windturbine 59% is.
In tegenstelling tot de oude windmolens van Castilla La Mancha of Nederland, duwt de wind in deze windmolens de wieken om te draaien, en moderne windturbines gebruiken complexere aerodynamische principes om windenergie efficiënter op te vangen. In feite is de reden waarom een windturbine zijn bladen beweegt vergelijkbaar met de reden waarom een vliegtuig in de lucht blijft, en het is te wijten aan een fysiek fenomeen.
In windturbines worden twee soorten aërodynamische krachten gegenereerd in de rotorbladen: de ene wordt stuwkracht genoemd, die loodrecht staat op de richting van de windstroom, en de andere wordt weerstand genoemd, die evenwijdig is aan de richting van de windstroom lucht.
Het ontwerp van de turbinebladen lijkt sterk op dat van een vliegtuigvleugel en gedraagt zich ook zo bij wind. Op een vliegtuigvleugel is het ene oppervlak erg rond, terwijl het andere relatief vlak is. Wanneer lucht door de molenbladen van dit ontwerp circuleert, is de luchtstroom door het gladde oppervlak langzamer dan de luchtstroom door het ronde oppervlak. Dit snelheidsverschil zorgt op zijn beurt voor een drukverschil dat beter is op een glad oppervlak dan op een rond oppervlak.
Het eindresultaat is een kracht die inwerkt op het gladde oppervlak van de boegschroef. Dit fenomeen wordt het "Venturi-effect" genoemd, wat een deel van de reden is voor het "lift"-fenomeen, dat: op zijn beurt verklaart het waarom het vliegtuig in de lucht blijft.
Interieur van windgeneratoren
Ook de wieken van een windturbine gebruiken deze mechanismen om een rotatiebeweging om hun as te veroorzaken. Het ontwerp van het bladgedeelte vergemakkelijkt de rotatie op de meest efficiënte manier. In de generator vindt het proces van het omzetten van de rotatie-energie van het blad in elektrische energie plaats volgens de wet van Faraday. Het moet een rotor bevatten die draait onder invloed van de wind, gekoppeld aan een dynamo, en roterende mechanische energie omzet in elektrische energie.
Elementen van een windturbine
De functies die door elk element worden geïmplementeerd, zijn de volgende:
- rotor: Het verzamelt windenergie en zet het om in roterende mechanische energie. Zelfs bij zeer lage windsnelheden is het ontwerp van cruciaal belang voor het draaien. Uit het vorige punt blijkt dat het ontwerp van de bladsectie de sleutel is om de rotorrotatie te garanderen.
- Turbinekoppeling of ondersteuningssysteem: de draaibeweging van het blad aanpassen aan de draaibeweging van de generatorrotor waaraan deze is gekoppeld.
- Vermenigvuldiger of versnellingsbak: Bij normale windsnelheden (tussen 20-100 km/u) is de rotorsnelheid laag, rond de 10-40 omwentelingen per minuut (rpm); Om elektriciteit op te wekken, moet de generatorrotor draaien op 1.500 tpm, dus de gondel moet een systeem bevatten dat de snelheid van de beginwaarde naar de eindwaarde omzet. Dit wordt bereikt door een mechanisme dat vergelijkbaar is met de versnellingsbak in een automotor, die een set van meerdere versnellingen gebruikt om het bewegende deel van de generator te laten draaien met een snelheid die geschikt is voor het opwekken van elektriciteit. Het bevat ook een rem om de rotatie van de rotor te stoppen wanneer de wind erg sterk is (meer dan 80-90 km / h), die elk onderdeel van de generator kan beschadigen.
- Generator: Het is een rotor-statorconstructie die elektrische energie opwekt, die via kabels in de toren die de gondel ondersteunt naar het onderstation wordt overgebracht en vervolgens in het netwerk wordt ingevoerd. Het vermogen van de generator varieert tussen 5 kW voor de middelgrote turbine en 5 MW voor de grootste turbine, hoewel er al 10 MW-turbines zijn.
- Oriëntatiemotor: Laat componenten draaien om de gondel in de richting van de heersende wind te positioneren.
- Ondersteuning mast: Het is de structurele ondersteuning van de generator. Hoe groter het vermogen van de turbine, hoe groter de lengte van de wieken en dus hoe groter de hoogte waarop de gondel moet worden geplaatst. Dit voegt extra complexiteit toe aan het torenontwerp, dat het gewicht van de generatorset moet dragen. Het blad moet ook een hoge structurele stijfheid hebben om harde wind te weerstaan zonder te breken.
- Peddels en windmeters: apparaten aan de achterzijde van de gondels die generatoren bevatten; ze bepalen de richting en meten de windsnelheid, en werken op de wieken om ze te remmen wanneer de windsnelheid een drempel overschrijdt. Boven deze drempel is er een structureel risico van de turbine. Dit is meestal een ontwerp van het Savonious-turbinetype.
Ik hoop dat u met deze informatie meer te weten kunt komen over de windturbine en zijn kenmerken.