Tech-addict

bearbejdning af vindmøllekomponenterne.

funktioner af vindmølledele til at generere elektricitet.

her i denne artikel har jeg givet et overblik over de store vindmølledele, og hvordan fungerer vindmøller ved hjælp af disse dele.

vindenergi er en af de hurtigst voksende energikilder i verden. Når det kommer til alternativ ren strøm fra vedvarende ressourcer, forventes vindkraft at besætte den næststørste andel af markedet i fremtiden Efter sol. Før vi går ind i arbejdet med de store vindmøllekomponenter for at generere elektricitet, lad os først se på det grundlæggende princip om, hvordan vindmøller arbejder for at udnytte energi fra vinden.

vindenergi er en gratis, vedvarende ressource. Uanset hvor meget der bruges i dag, vil der stadig være den samme forsyning af vindenergi i fremtiden. I modsætning til konventionelle kraftværker udsender vindanlæg ingen luftforurenende stoffer eller drivhusgasser. Selvom teknologien kræver en højere initialinvestering end fossilt brændstofdrevne generatorer, er omkostningerne ved vindgenererende systemer meget mere konkurrencedygtige med andre genereringsteknologier på et “livscyklusomkostningsbasis”, fordi der ikke er noget brændstof at købe, og driftsomkostningerne er minimale.

hvordan fungerer vindmøller – grundprincippet

vindmøllerne, der opererer på et simpelt princip, genererer elektricitet ved at udnytte vindkraften. Energien i vinden drejer to eller tre propellignende knive rundt om en rotor (som vist på billedet ovenfor). Rotoren er forbundet med turbinens hovedaksel. Når vinden blæser på rotorens vinklede knive, får den rotoren til at dreje og derved omdanne vindens kinetiske energi til mekanisk energi. Da rotorakslen er forbundet til en generator gennem en gearkasse, når rotoren drejer, konverterer generatoren og generatoren også den mekaniske energi ved turbineakslen til elektrisk energi ved hjælp af et elektromagnetisk felt.

lad os nu se på de roller, som de store dele af en vindmølle spiller for at få turbinen til at fungere.

funktionerne i store vindmølledele

arbejdet med de store vindmøllekomponenter er beskrevet nedenfor for at forklare, hvordan vindmøller arbejder med at producere elektricitet:

nacellen

nacellen er den vigtigste blandt alle vindmølledele. Det huser alle vindmøllekomponenter inklusive generator, gearkasse og bremseenhed.

nacellen sidder på toppen af tårnet og huser lav-og højhastighedsakslerne, gearkassen, bremsen og generatoren. Det huser også en Controller, der modtager data fra et Anemometer, der måler vindhastighed, en Vinge, der måler vindretning, et Tonehøjdestyringssystem, der styrer bladernes vinkel, og Gabedrevet, der styrer turbinens position i forhold til vinden.

vindvingen oven på nacellen fortæller regulatoren, hvor vinden kommer fra. Vindretning bestemmer vindmøllernes design-hvad enten det er modvind eller modvind. Vindvindmøllerne har rotoren foran nacellen, der vender mod vinden, mens vindvindmøller har rotoren bag nacellen og vender væk fra vinden. Effekten af rotororienteringen, dvs.modvind eller modvind, har en dominerende indvirkning på vindmøllesystemets ustabile belastninger. Når vinden skifter retning, følger nacellen og rotoren. Rotoren skal altid vende mod vinden for at fange vinden korrekt. Vindmøllens regulator sørger altid for, at rotoren bliver til vinden. Næsten alle vindmøller er af en vindvind design.

funktioner af Rotor-og turbinevinger

rotoren er blandt de vigtigste dele af en vindmølle, der omdanner vindens kinetiske energi til roterende-mekanisk energi.

turbinevingerne og navet danner tilsammen rotoren til en vindmølle. De fleste turbiner har enten to eller tre propellignende knive. Navet er en af de vigtigste vindmølledele, der forbinder knivene til hovedakslen og i sidste ende til resten af drivtoget, der overfører rotationsmekanisk kraft fra rotornavet til elgeneratoren. Rotoren er forbundet med turbinens hovedaksel. Energien i vinden drejer turbinebladene rundt om rotoren, som drejer strømgeneratoren, og generatoren omdanner den mekaniske energi ved turbineakslen til elektrisk energi ved hjælp af et elektromagnetisk felt. Således forklarer turbinerotorens rolle praktisk talt, hvordan en vindmølle genererer elektricitet.

funktion af turbinebladene

turbinebladene fungerer ved at generere løft og træk på grund af deres forskel i former, når vinden blæser over dem, som et fly.

de to primære aerodynamiske kræfter, der arbejder i vindmøllerotorer, er lift, der virker vinkelret på vindstrømningsretningen og træk, der virker parallelt med strømningsretningen. Bladene på en vindmølle er formet med den ene side (bag) meget mere buet end den anden side (foran). Denne varierede form forårsager en trykforskel, når luften bevæger sig over knivene. Lavtryksluftlommen på vindsiden af bladet trækker bladet mod det, hvilket får rotoren til at dreje, hvilket kaldes lift. Vindens kraft mod bladets forside kaldes træk. Løftens kraft er faktisk meget stærkere end vindens trækkende kraft. Nettoresultatet er en løftekraft vinkelret på luftens strømningsretning over vindmøllevingerne, der skaber drejningsmoment i vindmøllerotoren og får den til at dreje som en propel.

funktioner af hovedaksel

lavhastighedsakslen, som er turbinens hovedaksel, har vigtige funktioner. Den understøtter rotoren (navet og knivene) og driver den højhastighedsaksel, der er forbundet med den, gennem gearkassen, som er en af de vigtigste vindmølledele. Lavhastighedsakslen overfører Rotorens roterende bevægelse og drejningsmomentet til højhastighedsakslen gennem gearkassen for at drive generatoren.

rolle, som gearkassen spiller

kraften fra rotationen af vindmøllerotoren overføres til generatoren gennem krafttoget, dvs.gennem lavhastighedsakslen (hovedakslen), gearkassen og højhastighedsakslen. Vindmøllens rotor roterer med en relativt langsom hastighed. Med en gearkasse omdannes denne langsomt roterende, høje drejningsmomenteffekt fra rotoren til høj hastighed, lav drejningsmomenteffekt, som er nødvendig for generatoren, der er tilsluttet højhastighedsakslen. 15 til 20 rotationer pr.minut (rpm) for en stor, en-megavatt turbine til omkring 1.800 omdrejninger pr. minut, som de fleste generatorer har brug for for at generere elektricitet.

regulatorens rolle

for at optimere funktionaliteten af en vindmølle anvendes en controller, som er en af de vigtigste vindmøllekomponenter. Regulatoren øger kraftproduktionen og begrænser belastningerne på konstruktionsdelene. Styresystemet består af en række computere, der konstant overvåger vindmøllens tilstand og indsamler driftsstatistikker fra sensorerne. Regulatoren optimerer kontinuerligt energiproduktionen baseret på kontinuerlig måling af hovedsageligt vindretning og vindhastighed. Det starter maskinen ved vindhastigheder på omkring 8 til 16 miles i timen (mph) og slukker maskinen ved omkring 55 mph. Turbiner fungerer ikke ved vindhastigheder over omkring 55 mph, fordi de høje vinde kan beskadige turbinerne.

brudsystemet

brudsystemet er en af de vigtige dele af en vindmølle. Dette system stopper rotoren automatisk, når dens rotationshastighed overstiger dets udskæringspunkt for at forhindre mekanisk eller elektrisk skade. Det primære bremsesystem for de fleste moderne vindmøller er det aerodynamiske bremsesystem, der stopper turbinen i løbet af et par rotationer. Derudover tilbyder det aerodynamiske bremsesystem en meget skånsom måde at bryde turbinen på uden større belastning, rive og slid på tårnet og maskinerne.

generatorens funktion

vindmøllegeneratoren omdanner den roterende mekaniske kraft, der genereres af rotorbladene, til elektrisk energi. Vinden skubber direkte mod bladene på turbinen, som omdanner vindens lineære bevægelse til den roterende bevægelse, der er nødvendig for at dreje generatorrotoren for at producere elektricitet ved hjælp af et elektromagnetisk felt.

alle vindmøller har visse egenskaber relateret til vindhastighed. Generatoren (eller generatoren) producerer ikke udgangseffekt, før dens rotationshastighed er over dens indskæringsvindhastighed, hvor vindens kraft på rotorbladene er tilstrækkelig til at overvinde friktion, og rotorbladene accelererer nok til, at generatoren begynder at generere elektricitet. Over denne indskæringshastighed stiger effekten fra generatoren som en terning af vindhastighed (dvs.hvis vindhastigheden fordobles, øges effekten otte gange), indtil den når sin maksimale nominelle effekt. Hvis vindhastigheden fortsætter med at stige, stopper vindmøllegeneratoren automatisk ved dets udskæringspunkt for at forhindre mekanisk eller elektrisk skade.

funktion af Pitch-systemet

Pitch-systemet i en vindmølle er et lukket kredsløbssystem, der styrer vinklen på turbinebladene ved at dreje dem, så knivene bruger den rigtige mængde af den tilgængelige vindenergi til at få mest effekt, samtidig med at det sikres, at turbinen ikke overskrider sin maksimale rotationshastighed. Dette opretholder turbinens sikkerhed i tilfælde af kraftig vind, tab af elektrisk belastning eller andre skadelige begivenheder.

Vindmølletårnets rolle

vindmøller er monteret på et tårn for at fange energi fra vinden. Turbinens hoveddel sidder oven på tårnet og bag knivene. Tårnet på en vindmølle understøtter nacellen og rotoren (navet med tre vedhæftede knive). De højere tårne gør det muligt for vindmøller at fange mere energi og generere mere elektricitet, fordi vindhastigheden stiger længere væk fra jorden, og vinden blæser mere støt i en højere atmosfære.

du vil måske også gerne læse dette indlæg: vindenergi fordele og ulemper

ofte stillede spørgsmål

nu hvor funktionerne i de store vindmølledele er blevet forklaret for at vise, hvordan vindmøller fungerer, lad mig også tage fat på nogle af de relaterede spørgsmål, som ofte stilles af folket.

Hvordan fungerer vindmøller, når det ikke blæser?

hvis atmosfæren ikke blæser, eller hvis der er for lidt vind, og knivene bevæger sig langsomt, producerer vindmøllen muligvis ikke elektricitet. Der er en ‘cut-in hastighed’, hvor turbinen begynder at producere elektricitet. Effekten fortsætter med at vokse, når vindhastigheden øges.

hvorfor har vindmøller 3 vinger?

færre knive i en turbine reducerer træk. Men turbiner med to blade vil vibrere, når de vender sig mod vinden. Vinkelmomentet forbliver konstant i en turbine med tre knive. Dette skyldes, at når et blad er op, peger de to andre i en vinkel, og turbinen kan rotere jævnt i vinden.

hvor meget energi kommer fra Vind i USA?

vindkraft leverer omkring 6% af den samlede amerikanske elproduktion med en installeret kapacitet på over 80 GV, hvilket er nok til at drive 24 millioner hjem.

du kan også lide at læse det relaterede indlæg: Hvordan fungerer vindenergi

konklusion

det er håbet, at efter at have gennemgået funktionerne i de store vindmølledele, der er forklaret ovenfor, bør der ikke være nogen problemer med at forstå, hvordan vindmøller arbejder for at udnytte energi fra vinden til at generere elektricitet.

arbejdet med de vigtigste vindmøllekomponenter kan opsummeres som følger:

1. Når vinden blæser på turbinens vinklede knive, der er fastgjort til en rotor, får den rotoren til at dreje og derved omdanne vindens kinetiske energi til mekanisk energi;

2. Rotoren er forbundet med turbinens hovedaksel. Rotorakslen er forbundet til en generator gennem en gearkasse. Gearkassen omdanner drivakslens lavhastighedsrotation til højhastighedsrotation hurtigt nok til at drive generatoren og konvertere den mekaniske energi ved turbineakslen til elektrisk energi ved hjælp af et elektromagnetisk felt;

3. Den elektriske strøm produceret af generatoren strømmer gennem et kabel, der løber ned gennem indersiden af turbinetårnet;

4. En step-up transformer konverterer elektricitet til højere spænding, så det kan overføres til elnettet;