Energia wiatrowa jest jedną z najważniejszych w świecie energii odnawialnej. Dlatego musimy dobrze wiedzieć, na czym polega jego działanie. ten turbina wiatrowa Jest to jeden z podstawowych elementów tego rodzaju energii. Ma dość pełną pracę i istnieją różne typy turbin w zależności od farmy wiatrowej, na której się znajdujemy.
W tym artykule powiemy Ci wszystko, co musisz wiedzieć o turbinie wiatrowej, jej charakterystyce i sposobie działania.
Czym jest turbina wiatrowa
Turbina wiatrowa to urządzenie mechaniczne, które zamienia energię wiatru na energię elektryczną. Projektowane są turbiny wiatrowe zamienić energię kinetyczną wiatru na energię mechaniczną, czyli ruch osi. Następnie w generatorze turbiny ta energia mechaniczna zamieniana jest na energię elektryczną. Wytworzoną energię elektryczną można przechowywać w akumulatorze lub wykorzystać bezpośrednio.
Istnieją trzy podstawowe prawa fizyki, które rządzą dostępną energią wiatru. Pierwsze prawo mówi, że energia wytwarzana przez turbinę jest proporcjonalna do kwadratu prędkości wiatru. Drugie prawo mówi, że dostępna energia jest proporcjonalna do omiatanej powierzchni ostrza. Energia jest proporcjonalna do kwadratu długości ostrza. Trzecie prawo stanowi, że maksymalna teoretyczna sprawność turbiny wiatrowej wynosi 59%.
W przeciwieństwie do starych wiatraków w Kastylii La Manchy czy Holandii, w tych wiatrakach wiatr wprawia łopaty w ruch obrotowy, a nowoczesne turbiny wiatrowe wykorzystują bardziej złożone zasady aerodynamiki, aby efektywniej wychwytywać energię wiatru. W rzeczywistości powód, dla którego turbina wiatrowa porusza swoimi łopatami, jest podobny do powodu, dla którego samolot pozostaje w powietrzu i jest to spowodowane zjawiskiem fizycznym.
W turbinach wiatrowych w łopatach wirnika generowane są dwa rodzaje sił aerodynamicznych: jedna nazywana jest ciągiem, która jest prostopadła do kierunku przepływu wiatru, a druga nazywa się oporem, który jest równoległy do kierunku przepływu wiatru powietrze.
Konstrukcja łopatek turbiny jest bardzo podobna do skrzydła samolotu i zachowuje się tak samo w wietrznych warunkach. Na skrzydle samolotu jedna powierzchnia jest bardzo okrągła, podczas gdy druga jest stosunkowo płaska. Kiedy powietrze krąży przez ostrza młyna tego projektu, przepływ powietrza przez gładką powierzchnię jest wolniejszy niż przepływ powietrza przez okrągłą powierzchnię. Ta różnica prędkości z kolei wytworzy różnicę ciśnień, która jest lepsza na gładkiej powierzchni niż na powierzchni okrągłej.
Efektem końcowym jest siła działająca na gładką powierzchnię skrzydła steru strumieniowego. Zjawisko to nazywane jest „efektem Venturiego”, co jest jedną z przyczyn zjawiska „liftu”, które z kolei wyjaśnia, dlaczego samolot pozostaje w powietrzu.
Wnętrze generatorów wiatrowych
Łopaty turbiny wiatrowej również wykorzystują te mechanizmy do powodowania ruchu obrotowego wokół własnej osi. Konstrukcja sekcji ostrzy ułatwia obracanie w najbardziej efektywny sposób. Wewnątrz generatora zachodzi proces zamiany energii obrotowej ostrza na energię elektryczną według prawa Faradaya. Musi zawierać wirnik, który obraca się pod wpływem wiatru, sprzężony z alternatorem i przekształca obracającą się energię mechaniczną w energię elektryczną.
Elementy turbiny wiatrowej
Funkcje realizowane przez każdy element to:
- wirnik: Zbiera energię wiatru i zamienia ją na wirującą energię mechaniczną. Nawet w warunkach bardzo słabego wiatru jego konstrukcja ma kluczowe znaczenie dla skrętu. Jak widać z poprzedniego punktu, konstrukcja sekcji łopatek jest kluczem do zapewnienia obrotu wirnika.
- Sprzęgło turbiny lub system nośny: dostosować ruch obrotowy ostrza do ruchu obrotowego wirnika generatora, z którym jest sprzężony.
- Mnożnik lub skrzynia biegów: Przy normalnych prędkościach wiatru (między 20-100 km / h) prędkość wirnika jest niska, około 10-40 obrotów na minutę (rpm); Aby generować energię elektryczną, wirnik generatora musi pracować z prędkością 1.500 obr./min, więc gondola musi zawierać system, który konwertuje prędkość z wartości początkowej na wartość końcową. Odbywa się to za pomocą mechanizmu podobnego do skrzyni biegów w silniku samochodowym, który wykorzystuje zestaw wielu kół zębatych do obracania ruchomej części generatora z prędkością odpowiednią do generowania energii elektrycznej. Zawiera również hamulec zatrzymujący obrót wirnika przy bardzo silnym wietrze (powyżej 80-90 km/h), który może uszkodzić dowolny element generatora.
- Generator: Jest to zespół wirnik-stojan, który wytwarza energię elektryczną, która jest przekazywana do podstacji za pomocą kabli zainstalowanych w wieży podtrzymującej gondolę, a następnie wprowadzana do sieci. Moc generatora waha się od 5 kW dla średniej turbiny do 5 MW dla największej turbiny, chociaż istnieją już turbiny o mocy 10 MW.
- Silnik orientacji: Umożliwia obracanie się komponentów w celu ustawienia gondoli w kierunku przeważającego wiatru.
- Maszt wsparcia: Jest to wsparcie strukturalne generatora. Im większa moc turbiny, tym większa długość łopatek, a tym samym większa wysokość, na której musi znajdować się gondola. Zwiększa to dodatkową złożoność konstrukcji wieży, która musi wytrzymać ciężar agregatu prądotwórczego. Ostrze musi mieć również wysoką sztywność konstrukcyjną, aby wytrzymać silne wiatry bez pękania.
- Wiosła i anemometry: urządzenia znajdujące się z tyłu gondoli, w których znajdują się generatory; określają kierunek i mierzą prędkość wiatru oraz działają na łopaty, aby je wyhamować, gdy prędkość wiatru przekroczy próg. Powyżej tego progu istnieje ryzyko strukturalne turbiny. Jest to zwykle projekt turbiny Savonious.
Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom można dowiedzieć się więcej o turbinie wiatrowej i jej charakterystyce.