Tech-addikti

tuuliturbiinien osien työskentely.

tuuliturbiinien osien toiminnot sähkön tuottamiseksi.

tässä artikkelissa olen antanut yleiskuvan tärkeimmistä tuuliturbiinien osista ja siitä, miten tuuliturbiinit toimivat näiden osien avulla.

tuulivoima on yksi maailman nopeimmin kasvavista energialähteistä. Kun puhutaan vaihtoehtoisesta uusiutuvista luonnonvaroista saatavasta puhtaasta sähköstä, tuulivoiman odotetaan valtaavan tulevaisuudessa toiseksi suurimman osan markkinoista auringon jälkeen. Ennen kuin siirrymme suurten tuuliturbiinikomponenttien toimintaan sähkön tuottamiseksi, Katsotaanpa ensin perusperiaatetta siitä, miten tuuliturbiinit toimivat tuulienergian valjastamiseksi.

tuulivoima on vapaa, uusiutuva luonnonvara. Riippumatta siitä, kuinka paljon käytetään nykyään, tuulienergian tarjonta on sama myös tulevaisuudessa. Toisin kuin perinteiset voimalat, tuulivoimalat eivät aiheuta ilmansaasteita tai kasvihuonekaasuja. Vaikka teknologia vaatii suurempia alkuinvestointeja kuin fossiilisilla polttoaineilla toimivat generaattorit, tuulivoimajärjestelmien kustannukset ovat paljon kilpailukykyisempiä muiden tuotantoteknologioiden kanssa elinkaarikustannuksiltaan, koska polttoainetta ei ole ostettavissa ja käyttökustannukset ovat minimaaliset.

miten tuulivoimalat toimivat – perusperiaate

pelkällä periaatteella toimivat tuulivoimalat tuottavat sähköä valjastamalla tuulen voiman. Tuulen energia kääntää kaksi tai kolme potkurimaista lapaa roottorin ympäri (kuten yllä olevassa kuvassa). Roottori on kytketty turbiinin pääakseliin. Kun tuuli puhaltaa roottorin kulmiin, se saa roottorin pyörimään, jolloin tuulen liike-energia muuttuu mekaaniseksi energiaksi. Koska roottorin akseli on kytketty generaattoriin Vaihdelaatikon kautta, roottorin pyöriessä, niin myös generaattori ja generaattori muuntaa turbiinin akselilla olevan mekaanisen energian sähköenergiaksi sähkömagneettisen kentän avulla.

nyt tarkastellaan tuuliturbiinin pääosien rooleja, jotta turbiini toimisi.

tärkeimpien tuuliturbiiniosien toiminnot

tärkeimpien tuuliturbiiniosien toiminta on selostettu alla, miten tuuliturbiinit toimivat sähkön tuottamiseksi:

moottorikotelo

moottorikotelo on tärkein kaikista tuuliturbiiniosista. Siinä on kaikki tuuliturbiinikomponentit, mukaan lukien generaattori, vaihteisto ja jarrukokoonpano.

moottorikotelo on tornin huipulla ja siinä on matala-ja suurnopeusakselit, vaihteisto, jarru ja generaattori. Siinä on myös säädin, joka vastaanottaa tietoja tuulennopeutta mittaavasta Anemometristä, tuulensuuntaa mittaavasta siivekkeestä, terien kulmaa säätelevästä Äänenkorkeudensäätöjärjestelmästä ja Suuntavoimasta, joka ohjaa turbiinin asentoa tuuleen nähden.

moottorikotelon päällä oleva tuuliviiri kertoo ohjaimelle, mistä tuuli tulee. Tuulensuunta määrittää turbiinien rakenteen-joko ylä-tai alatuulessa. Ylätuuliturbiineissa roottori on moottorikotelon edessä tuuleen päin, kun taas alatuuliturbiineissa roottori on moottorikotelon takana ja tuulesta poispäin. Roottorin suuntauksen vaikutus eli vastatuuleen tai myötätuuleen vaikuttaa dominoivasti tuuliturbiinijärjestelmän epävakaisiin kuormituksiin. Kun tuuli muuttaa suuntaa, moottorikotelo ja roottori seuraavat perässä. Roottorin tulee aina olla vastatuulessa, jotta tuuli saadaan kunnolla kiinni. Tuulivoimalan ohjain varmistaa aina, että roottori käännetään tuuleen. Lähes kaikki tuulivoimalat ovat rakenteeltaan vastatuulta.

roottorin ja turbiinin lapojen toiminnot

roottori on tuuliturbiinin tärkeimpiä osia, joka muuntaa tuulen liike-energian pyörimismekaaniseksi energiaksi.

turbiinin lavat ja napa muodostavat yhdessä tuuliturbiinin roottorin. Useimmissa turbiineissa on joko kaksi tai kolme potkurin kaltaista lapaa. Napa on yksi tärkeimmistä tuuliturbiinien osista, joka yhdistää lavat pääakseliin ja lopulta muuhun voimalaitteeseen, joka siirtää pyörimismekaanista tehoa roottorin navasta sähkögeneraattoriin. Roottori on kytketty turbiinin pääakseliin. Tuulienergia pyörittää turbiinin lapoja roottorin ympäri, jolloin sähkögeneraattori pyörii ja generaattori muuntaa turbiinin akselilla olevan mekaanisen energian sähköenergiaksi sähkömagneettisen kentän avulla. Näin turbiinin roottorin rooli käytännössä selittää, miten tuuliturbiini tuottaa sähköä.

turbiinin lapojen toiminta

turbiinin lavat toimivat tuottamalla nostetta ja vastusta muotoeronsa vuoksi, kun tuuli puhaltaa niiden yli lentokoneen tavoin.

tuuliturbiinien roottoreissa toimivat kaksi primaarista aerodynaamista voimaa ovat nostovoima, joka vaikuttaa kohtisuoraan Tuulen virtauksen suuntaan ja vastusvoima, joka vaikuttaa samansuuntaisesti virtauksen suunnan kanssa. Tuuliturbiinin lavat on muotoiltu siten, että toinen puoli (takana) on paljon kaarevampi kuin toinen puoli (edessä). Tämä vaihteleva muoto aiheuttaa paine-eron, kun ilma liikkuu lapojen yli. Terän alapäässä oleva matalapaineinen ilmatasku vetää terää sitä kohti aiheuttaen roottorin kääntymisen, jota kutsutaan nostoksi. Tuulen voimaa terän etupuolta vasten kutsutaan vedoksi. Nostovoima on itse asiassa paljon voimakkaampi kuin tuulen vetävä voima. Nettotulos on nostovoima, joka on kohtisuorassa ilman virtaussuuntaan nähden turbiinien lapojen yli, mikä luo vääntömomentin tuuliturbiinin roottoriin ja saa sen pyörimään potkurin tavoin.

pääakselin toiminnot

turbiinin pääakselilla on tärkeitä toimintoja. Se tukee roottoria (napa ja lavat) ja ajaa siihen kytkettyä suurnopeusakselia Vaihdelaatikon läpi, joka on yksi tärkeimmistä tuuliturbiinien osista. Hidaskäyntinen akseli välittää Roottorin pyörimisliikkeen ja momenttimomentin vaihteiston kautta suurnopeusakselille generaattorin pyörittämiseksi.

Vaihdelaatikon rooli

tuuliturbiinin roottorin pyörimisliikkeestä saatava teho siirtyy generaattoriin voimalaitteen kautta eli hidaskäyntisen akselin (pääakselin), vaihteiston ja suurnopeusakselin kautta. Tuuliturbiinin roottori pyörii suhteellisen hitaalla nopeudella. Vaihteistolla tämä hitaasti pyörivä, roottorin suuri vääntömomenttiteho muunnetaan suurinopeuksiseksi, pieneksi vääntömomenttitehoksi, jota tarvitaan suurnopeusakseliin kytketyssä generaattorissa. Vaihdelaatikko nostaa generaattorin Pyörimisnopeuden noin 15-20 kierrosta minuutissa (rpm) suurelle, yhden megawatin turbiinille noin 1 800 kierrokseen minuutissa, jota useimmat generaattorit tarvitsevat sähkön tuottamiseen.

ohjaimen rooli

tuuliturbiinin toimivuuden optimoimiseksi käytetään ohjainta, joka on yksi tärkeimmistä tuuliturbiinikomponenteista. Ohjain lisää sähköntuotantoa ja rajoittaa rakenneosien kuormitusta. Ohjausjärjestelmä koostuu useista tietokoneista, jotka seuraavat jatkuvasti tuulivoimalan kuntoa ja keräävät sensoreilta tilastoja toiminnasta. Säädin optimoi jatkuvasti energiantuotantoa pääasiassa tuulen suunnan ja tuulen nopeuden jatkuvan mittauksen perusteella. Se käynnistää koneen tuulen nopeudella noin 8-16 mailia tunnissa (mph) ja sammuttaa koneen noin 55 mph. Turbiinit eivät toimi tuulen nopeudella yli noin 55 mph, koska kova tuuli voi vahingoittaa turbiineja.

murtojärjestelmä

murtojärjestelmä on yksi tuulivoimalan tärkeistä osista. Tämä järjestelmä pysäyttää roottorin automaattisesti, kun sen pyörimisnopeus ylittää sen katkaisupisteen mekaanisten tai sähköisten vaurioiden estämiseksi. Useimpien nykyaikaisten tuuliturbiinien pääjarrujärjestelmä on aerodynaaminen Jarrujärjestelmä, joka pysäyttää turbiinin parin kierroksen aikana. Lisäksi aerodynaaminen Jarrujärjestelmä tarjoaa hyvin hellävaraisen tavan rikkoa turbiini ilman torniin ja koneistoon kohdistuvaa suurta rasitusta, repeämää ja kulumista.

generaattorin toiminta

tuuliturbiinigeneraattori muuntaa roottorin lapojen tuottaman pyörimismekaanisen tehon sähköenergiaksi. Tuuli työntää suoraan turbiinin lapoja vasten, jolloin tuulen lineaarinen liike muuttuu pyöriväksi liikkeeksi, joka on tarpeen generaattorin roottorin pyörittämiseksi sähkön tuottamiseksi sähkömagneettisen kentän avulla.

kaikilla tuulivoimaloilla on tiettyjä tuulen nopeuteen liittyviä ominaisuuksia. Generaattori (tai vaihtovirtageneraattori) tuottaa lähtötehoa vasta, kun sen pyörimisnopeus on suurempi kuin sen katkaisema tuulennopeus, jossa roottorin lapoihin kohdistuva tuulen voima riittää kitkan voittamiseen ja roottorin lavat kiihtyvät tarpeeksi, jotta generaattori alkaa tuottaa sähköä. Tämän katkaisunopeuden yläpuolella generaattorin teho nousisi tuulen nopeuden kuutiona (eli jos Tuulen nopeus kaksinkertaistuu, teho kasvaa kahdeksankertaiseksi), kunnes se saavuttaa suurimman nimellistehonsa. Jos Tuulen nopeus kasvaa edelleen, tuuliturbiinigeneraattori pysähtyisi automaattisesti katkaisupisteeseensä mekaanisten tai sähkövaurioiden estämiseksi.

Sävelkorkeusjärjestelmän funktio

tuuliturbiinin Sävelkorkeusjärjestelmä on suljetun kierron käyttöjärjestelmä, joka ohjaa turbiinin lapojen kulmaa pyörittämällä niitä niin, että lavat käyttävät oikean määrän käytettävissä olevaa tuulienergiaa saadakseen suurimman tehon, ja samalla varmistetaan, ettei turbiini ylitä suurinta pyörimisnopeuttaan. Tämä ylläpitää turbiinin turvallisuutta kovassa tuulessa, sähkökuorman menetyksessä tai muissa vahingollisissa tapahtumissa.

Tuuliturbiinitornin rooli

tuuliturbiinit on asennettu torniin ottamaan tuulesta energiaa talteen. Turbiinin päärunko istuu tornin päällä ja lapojen takana. Tuuliturbiinin torni tukee moottoria ja roottoria (napa, jossa on kolme terää). Korkeampien tornien ansiosta tuuliturbiinit voivat kaapata enemmän energiaa ja tuottaa enemmän sähköä, koska Tuulen nopeus kasvaa kauempana maasta ja tuuli puhaltaa tasaisemmin korkeammalla ilmakehällä.

saatat myös haluta lukea tämän postauksen: tuulienergian edut ja haitat

Usein kysyttyjä kysymyksiä

nyt kun tärkeimpien tuuliturbiiniosien toiminnot on selitetty osoittamaan, miten tuuliturbiinit toimivat, Saanen myös käsitellä joitakin aiheeseen liittyviä kysymyksiä, joita ihmiset usein kysyvät.

miten tuulivoimalat toimivat, kun ei tuule?

jos ilmakehä ei tuule tai tuulee liian vähän ja lavat liikkuvat hitaasti, tuulivoimala ei välttämättä tuota sähköä. Turbiini alkaa tuottaa sähköä katkaisunopeudella. Voimantuotto jatkaa kasvuaan tuulen nopeuden kasvaessa.

miksi tuuliturbiineissa on 3 terää?

turbiinin vähemmän teriä vähentää ilmanvastusta. Mutta kaksiteräiset turbiinit värähtelevät, kun ne kääntyvät vastatuuleen. Kulmamomentti pysyy vakiona turbiinissa, jossa on kolme terää. Tämä johtuu siitä, että kun yksi terä on ylhäällä, kaksi muuta osoittavat kulmassa ja turbiini voi pyöriä tuuleen sujuvasti.

kuinka paljon energiaa tuulesta saadaan Yhdysvalloissa?

Tuulivoima tuottaa noin 6% Koko Yhdysvaltain sähköntuotannosta, jonka asennettu kapasiteetti on yli 80 GW, mikä riittää 24 miljoonan kodin sähköntuotantoon.

voit myös lukea aiheeseen liittyvän postauksen: Miten tuulienergia toimii

johtopäätös

toivotaan, että kun on käyty läpi edellä selostettujen suurten tuuliturbiiniosien toiminnot, ei pitäisi olla mitään vaikeuksia ymmärtää, miten tuuliturbiinit toimivat valjastaakseen tuulienergian sähkön tuottamiseen.

tuuliturbiinin pääkomponenttien toiminta voidaan tiivistää seuraavasti:

1. Kun tuuli puhaltaa turbiinin kulmiin, jotka on kiinnitetty roottoriin, se saa roottorin pyörimään, jolloin tuulen liike-energia muuttuu mekaaniseksi energiaksi;

2. Roottori on kytketty turbiinin pääakseliin. Roottorin akseli on kytketty generaattoriin Vaihdelaatikon kautta. Vaihteisto muuntaa vetoakselin hidaskiertoisen pyörimisen riittävän nopeaksi pyörittämään generaattoria ja muuntaa turbiinin akselilla olevan mekaanisen energian sähköenergiaksi sähkömagneettisen kentän avulla;

3. Generaattorin tuottama sähkövirta virtaa turbiinitornin sisäpuolen läpi kulkevan kaapelin läpi;

4. Step-up muuntaja muuntaa sähkön korkeammaksi jännitteeksi, jotta se voidaan siirtää sähköverkkoon;