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Arbeiten der Windturbinenkomponenten.

Funktionen von wind turbine teile zu erzeugen strom.

Hier in diesem Artikel habe ich einen Überblick über die wichtigsten Teile von Windkraftanlagen gegeben und wie Windkraftanlagen mit diesen Teilen arbeiten.

Windenergie ist eine der am schnellsten wachsenden Energiequellen der Welt. Wenn es um alternative saubere Energie aus erneuerbaren Quellen geht, wird Windkraft nach Solar künftig den zweitgrößten Marktanteil einnehmen. Bevor wir uns mit der Funktionsweise der wichtigsten Windturbinenkomponenten zur Stromerzeugung befassen, werfen wir zunächst einen Blick auf das Grundprinzip der Funktionsweise von Windturbinen, um Energie aus dem Wind zu gewinnen.

Windenergie ist eine freie, erneuerbare Ressource. Egal wie viel heute verbraucht wird, es wird auch in Zukunft die gleiche Versorgung mit Windenergie geben. Im Gegensatz zu konventionellen Kraftwerken emittieren Windkraftanlagen keine Luftschadstoffe oder Treibhausgase. Obwohl die Technologie eine höhere Anfangsinvestition erfordert als mit fossilen Brennstoffen betriebene Generatoren, sind die Kosten von Windkraftanlagen auf “Lebenszykluskostenbasis” viel wettbewerbsfähiger gegenüber anderen Erzeugungstechnologien, da kein Brennstoff gekauft werden muss und die Betriebskosten minimal sind.

Funktionsweise von Windkraftanlagen – das Grundprinzip

Die Windkraftanlagen, die nach einem einfachen Prinzip arbeiten, erzeugen Strom, indem sie die Kraft des Windes nutzen. Die Energie im Wind dreht zwei oder drei propellerartige Blätter um einen Rotor (wie im Bild oben gezeigt). Der Rotor ist mit der Hauptwelle der Turbine verbunden. Wenn der Wind auf die abgewinkelten Blätter des Rotors bläst, bewirkt er, dass sich der Rotor dreht, wodurch die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umgewandelt wird. Da die Rotorwelle über ein Getriebe mit einem Generator verbunden ist, dreht sich der Rotor, und der Generator wandelt die mechanische Energie an der Welle der Turbine unter Verwendung eines elektromagnetischen Feldes in elektrische Energie um.

Schauen wir uns nun die Rolle an, die die Hauptteile einer Windkraftanlage spielen, damit die Turbine funktioniert.

Die funktionen der wichtigsten wind turbine teile

Die arbeits der wichtigsten wind turbine komponenten sind detaillierte unten zu erklären, wie wind turbinen arbeit zu produzieren strom:

Die Gondel

Die Gondel ist die wichtigste unter allen wind turbine teile. Es beherbergt alle Komponenten der Windkraftanlage, einschließlich Generator, Getriebe und Bremsanlage.

Die Gondel sitzt oben auf dem Turm und beherbergt die Niedrig- und Hochgeschwindigkeitswellen, das Getriebe, die Bremse und den Generator. Es beherbergt auch eine Steuerung, die Daten von einem Anemometer empfängt, das die Windgeschwindigkeit misst, eine Schaufel, die die Windrichtung misst, ein Nickkontrollsystem, das den Winkel der Schaufeln steuert, und den Gierantrieb, der die Position der Turbine relativ zum Wind steuert.

Die Windfahne auf der Oberseite der Gondel teilt der Steuerung mit, woher der Wind kommt. Die Windrichtung bestimmt das Design der Turbinen – ob Auf- oder Abwind. Die Aufwind-Turbinen haben den Rotor vor der Gondel, die dem Wind zugewandt ist, während Aufwind-Turbinen den Rotor hinter der Gondel und dem Wind abgewandt haben. Die Auswirkung der Rotorausrichtung, d.h. Aufwind oder Abwind, hat einen dominierenden Einfluss auf die instationären Lasten der Windenergieanlage. Wenn der Wind die Richtung ändert, folgen die Gondel und der Rotor. Der Rotor sollte immer dem Wind zugewandt sein, um den Wind richtig zu fangen. Die Steuerung der Windkraftanlage sorgt immer dafür, dass der Rotor in den Wind gedreht wird. Fast alle Windkraftanlagen sind in Aufwind gebaut.

Funktionen von Rotor und Turbinenschaufeln

Der Rotor gehört zu den wichtigsten Teilen einer Windkraftanlage, die kinetische Energie des Windes in rotatorisch-mechanische Energie umwandelt.

Die Turbinenschaufeln und die Nabe bilden zusammen den Rotor einer Windenergieanlage. Die meisten Turbinen haben entweder zwei oder drei Propellerblätter. Die Nabe ist eines der Hauptwindturbinenteile, das die Rotorblätter mit der Hauptwelle und letztendlich mit dem Rest des Antriebsstrangs verbindet, der die mechanische Rotationsleistung von der Rotornabe auf den elektrischen Stromerzeuger überträgt. Der Rotor ist mit der Hauptwelle der Turbine verbunden. Die Energie im Wind dreht die Turbinenschaufeln um den Rotor, der den Stromgenerator dreht, und der Generator wandelt die mechanische Energie an der Welle der Turbine unter Verwendung eines elektromagnetischen Feldes in elektrische Energie um. Somit erklärt die Rolle des Turbinenrotors praktisch, wie eine Windkraftanlage Strom erzeugt.

Funktion der Turbinenschaufeln

Die Turbinenschaufeln erzeugen aufgrund ihrer unterschiedlichen Form Auftrieb und Widerstand, wenn der Wind wie ein Flugzeug über sie weht.

Die beiden primären aerodynamischen Kräfte, die in Rotoren von Windkraftanlagen wirken, sind der Auftrieb, der senkrecht zur Windströmungsrichtung wirkt, und der Widerstand, der parallel zur Strömungsrichtung wirkt. Die Blätter einer Windkraftanlage sind so geformt, dass eine Seite (hinten) viel stärker gekrümmt ist als die andere Seite (vorne). Diese variierte Form verursacht eine Druckdifferenz, wenn sich die Luft über die Schaufeln bewegt. Die Niederdrucklufttasche auf der Abwindseite des Blattes zieht das Blatt in seine Richtung, wodurch sich der Rotor dreht, was als Auftrieb bezeichnet wird. Die Windkraft gegen die Vorderseite des Blattes wird als Widerstand bezeichnet. Die Kraft des Auftriebs ist tatsächlich viel stärker als die Schleppkraft des Windes. Das Nettoergebnis ist eine Auftriebskraft senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft über die Turbinenschaufeln, die ein Drehmoment im Rotor der Windenergieanlage erzeugt und ihn wie einen Propeller drehen lässt.

Funktionen der hauptwelle

Die low-speed-welle, die ist die hauptwelle der turbine, hat wichtige funktionen. Er stützt den Rotor (Nabe und die Blätter) und fährt die Hochgeschwindigkeitswelle, die mit ihm durch das Getriebe angeschlossen wird, das eins der Hauptwindturbinenteile ist. Die Niedergeschwindigkeitswelle überträgt die Drehbewegung des Rotors und den Drehmomentimpuls über das Getriebe auf die Hochgeschwindigkeitswelle, um den Generator anzutreiben.

Rolle des Getriebes

Die Kraft aus der Drehung des Windturbinenrotors wird über den Antriebsstrang, d. H. Über die Niedergeschwindigkeitswelle (die Hauptwelle), das Getriebe und die Hochgeschwindigkeitswelle, auf den Generator übertragen. Der Rotor der Windkraftanlage dreht sich mit einer relativ langsamen Geschwindigkeit. Mit einem Getriebe wird diese langsam rotierende, drehmomentstarke Leistung des Rotors in Hochgeschwindigkeitsleistung mit niedrigem Drehmoment umgewandelt, die für den Generator benötigt wird, der mit der Hochgeschwindigkeitswelle verbunden ist. Das Getriebe erhöht die Drehzahl des Generators von etwa 15 auf 20 Umdrehungen pro Minute (U / min) für eine große Ein-Megawatt-Turbine auf etwa 1.800 Umdrehungen pro Minute, die die meisten Generatoren zur Stromerzeugung benötigen.

Rolle der Steuerung

Um die Funktionalität einer Windenergieanlage zu optimieren, wird eine Steuerung verwendet, die eine der wichtigsten Komponenten einer Windenergieanlage darstellt. Die Steuerung erhöht die Stromerzeugung und begrenzt die Belastungen der Bauteile. Das Steuerungssystem besteht aus einer Reihe von Computern, die ständig den Zustand der Windenergieanlage überwachen und Betriebsstatistiken von den Sensoren sammeln. Die Steuerung optimiert kontinuierlich die Energieerzeugung durch kontinuierliche Messung der Windrichtung und Windgeschwindigkeit. Es startet die Maschine bei Windgeschwindigkeiten von etwa 8 bis 16 Meilen pro Stunde (mph) und schaltet die Maschine bei etwa 55 mph ab. Turbinen funktionieren nicht bei Windgeschwindigkeiten über herum 55 mph, weil die starken Winde die Turbinen beschädigen können.

Das Bremssystem

Das Bremssystem ist einer der wichtigsten Bestandteile einer Windkraftanlage. Dieses System stoppt den Rotor automatisch, wenn seine Drehzahl seinen Ausschaltpunkt überschreitet, um mechanische oder elektrische Schäden zu vermeiden. Das primäre Bremssystem für die meisten modernen Windkraftanlagen ist das aerodynamische Bremssystem, das die Turbine in wenigen Umdrehungen stoppt. Darüber hinaus bietet das aerodynamische Bremssystem eine sehr schonende Möglichkeit, die Turbine ohne größere Belastung, Abnutzung und Verschleiß des Turms und der Maschinen zu brechen.

Funktion des Generators

Der Windturbinengenerator wandelt die von den Rotorblättern erzeugte mechanische Rotationsleistung in elektrische Energie um. Der Wind drückt direkt gegen die Blätter der Turbine, die die lineare Bewegung des Windes in die Drehbewegung umwandelt, die notwendig ist, um den Generatorrotor zu drehen, um Elektrizität unter Verwendung eines elektromagnetischen Feldes zu erzeugen.

Alle Windkraftanlagen haben bestimmte Eigenschaften in Bezug auf die Windgeschwindigkeit. Der Generator (oder die Lichtmaschine) erzeugt erst dann Ausgangsleistung, wenn seine Drehzahl über seiner Einschaltwindgeschwindigkeit liegt, bei der die Kraft des Windes auf die Rotorblätter ausreicht, um die Reibung zu überwinden, und die Rotorblätter ausreichend beschleunigen, damit der Generator mit der Stromerzeugung beginnen kann. Oberhalb dieser Einschaltgeschwindigkeit würde die Leistung des Generators in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit ansteigen (d. H. Wenn sich die Windgeschwindigkeit verdoppelt, erhöht sich die Leistung um das Achtfache), bis sie ihre maximale Nennleistung erreicht. Wenn die Windgeschwindigkeit weiter zunimmt, stoppt der Windturbinengenerator automatisch an seinem Ausschaltpunkt, um mechanische oder elektrische Schäden zu vermeiden.

Funktion des Pitchsystems

Das Pitchsystem in einer Windenergieanlage ist ein geschlossenes Antriebssystem, das den Winkel der Turbinenschaufeln durch Drehen so steuert, dass die Blätter die richtige Menge der verfügbaren Windenergie nutzen, um die meiste Leistung zu erzielen, und gleichzeitig sicherstellt, dass die Turbine ihre maximale Drehzahl nicht überschreitet. Dies gewährleistet die Sicherheit der Turbine bei starkem Wind, Verlust der elektrischen Last oder anderen schädlichen Ereignissen.

Rolle des Windturbinenturms

Windkraftanlagen werden auf einem Turm montiert, um Energie aus dem Wind zu gewinnen. Der Hauptkörper der Turbine sitzt oben auf dem Turm und hinter den Schaufeln. Der Turm einer Windkraftanlage trägt die Gondel und den Rotor (die Nabe mit drei angebrachten Rotorblättern). Die höheren Türme ermöglichen es Windturbinen, mehr Energie aufzunehmen und mehr Strom zu erzeugen, da die Windgeschwindigkeit weiter vom Boden entfernt zunimmt und der Wind bei einer höheren Atmosphäre gleichmäßiger weht.

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Häufig gestellte Fragen

Nachdem nun die Funktionen der wichtigsten Windturbinenteile erläutert wurden, um zu zeigen, wie Windkraftanlagen funktionieren, möchte ich auch einige der damit verbundenen Fragen beantworten, die von den Menschen häufig gestellt werden.

Wie funktionieren Windkraftanlagen, wenn es nicht windig ist?

Wenn die Atmosphäre nicht windig ist oder zu wenig Wind weht und sich die Blätter langsam bewegen, produziert die Windkraftanlage möglicherweise keinen Strom. Es gibt eine Einschaltgeschwindigkeit, bei der die Turbine beginnt, Strom zu produzieren. Die Leistung wächst mit zunehmender Windgeschwindigkeit weiter.

Warum haben Windkraftanlagen 3 Flügel?

Weniger Schaufeln in einer Turbine verringern den Luftwiderstand. Turbinen mit zwei Blättern vibrieren jedoch, wenn sie sich dem Wind zuwenden. Der Drehimpuls bleibt in einer Turbine mit drei Schaufeln konstant. Dies liegt daran, dass, wenn eine Klinge oben ist, die anderen beiden in einem Winkel zeigen und sich die Turbine sanft in den Wind drehen kann.

Wie viel Energie kommt aus Wind in den Vereinigten Staaten?

Windkraft liefert etwa 6% der gesamten US-Stromerzeugung mit einer installierten Kapazität von über 80 GW, was ausreicht, um 24 Millionen Haushalte mit Strom zu versorgen.

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Fazit

Es ist zu hoffen, dass nach dem Durchlaufen der oben erläuterten Funktionen der wichtigsten Windturbinenteile keine Schwierigkeiten auftreten sollten, zu verstehen, wie Windturbinen arbeiten, um Energie aus dem Wind zur Stromerzeugung zu nutzen.

Die Funktionsweise der wichtigsten Windturbinenkomponenten kann wie folgt zusammengefasst werden:

1. Wenn der Wind auf die abgewinkelten Schaufeln der Turbine bläst, die an einem Rotor befestigt sind, Es bewirkt, dass sich der Rotor dreht, wodurch die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umgewandelt wird;

2. Der Rotor ist mit der Hauptwelle der Turbine verbunden. Die Rotorwelle ist über ein Getriebe mit einem Generator verbunden. Das Getriebe wandelt die langsame Drehung der Antriebswelle schnell genug in eine Hochgeschwindigkeitsdrehung um, um den Generator anzutreiben und die mechanische Energie an der Welle der Turbine unter Verwendung eines elektromagnetischen Feldes in elektrische Energie umzuwandeln;

3. Der vom Generator erzeugte elektrische Strom fließt durch ein Kabel, das durch das Innere des Turbinenturms verläuft;

4. Ein Aufwärtstransformator wandelt den Strom in eine höhere Spannung um, so dass er an das Stromnetz übertragen werden kann;