Tech-addict

Fonctionnement des composants de l’éolienne.

Fonctions des pièces d’éoliennes pour produire de l’électricité.

Dans cet article, j’ai donné un aperçu des principales pièces d’éoliennes et du fonctionnement des éoliennes en utilisant ces pièces.

L’énergie éolienne est l’une des sources d’énergie à la croissance la plus rapide au monde. En ce qui concerne l’énergie propre alternative à partir de ressources renouvelables, l’énergie éolienne devrait occuper la deuxième part du marché à l’avenir après l’énergie solaire. Avant d’aborder le fonctionnement des principaux composants des éoliennes pour produire de l’électricité, examinons d’abord le principe de base du fonctionnement des éoliennes pour exploiter l’énergie du vent.

L’énergie éolienne est une ressource renouvelable gratuite. Quelle que soit la quantité utilisée aujourd’hui, il y aura toujours le même approvisionnement en énergie éolienne à l’avenir. Contrairement aux centrales électriques conventionnelles, les centrales éoliennes n’émettent aucun polluant de l’air ou gaz à effet de serre. Même si la technologie nécessite un investissement initial plus élevé que les générateurs à combustibles fossiles, les coûts des systèmes éoliens sont beaucoup plus compétitifs par rapport aux autres technologies de production sur la base du coût du “cycle de vie”, car il n’y a pas de carburant à acheter et les dépenses d’exploitation sont minimes.

Comment fonctionnent les éoliennes – le principe de base

Les éoliennes, qui fonctionnent selon un principe simple, produisent de l’électricité en exploitant la puissance du vent. L’énergie du vent fait tourner deux ou trois pales en forme d’hélice autour d’un rotor (comme indiqué dans l’image ci-dessus). Le rotor est relié à l’arbre principal de la turbine. Lorsque le vent souffle sur les pales coudées du rotor, il provoque la rotation du rotor convertissant ainsi l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Étant donné que l’arbre du rotor est connecté à un générateur par l’intermédiaire d’une boîte de vitesses, lorsque le rotor tourne, le générateur et le générateur convertissent l’énergie mécanique à l’arbre de la turbine en énergie électrique en utilisant un champ électromagnétique.

Examinons maintenant les rôles joués par les principales pièces d’une éolienne pour faire fonctionner la turbine.

Les fonctions des principales pièces d’éoliennes

Le fonctionnement des principaux composants d’éoliennes est détaillé ci-dessous pour expliquer le fonctionnement des éoliennes pour produire de l’électricité:

La Nacelle

La Nacelle est la plus importante parmi toutes les pièces d’éoliennes. Il abrite tous les composants de l’éolienne, y compris le générateur, la boîte de vitesses et l’ensemble de frein.

La nacelle se trouve au sommet de la tour et abrite les arbres basse et haute vitesse, la boîte de vitesses, le frein et le générateur. Il abrite également un contrôleur qui reçoit les données d’un anémomètre, qui mesure la vitesse du vent, une aube, qui mesure la direction du vent, un système de contrôle du pas qui contrôle l’angle des pales et l’entraînement en lacet, qui contrôle la position de la turbine par rapport au vent.

La girouette au-dessus de la nacelle indique au contrôleur d’où vient le vent. La direction du vent détermine la conception des turbines, qu’elles soient au vent ou sous le vent. Les turbines au vent ont le rotor devant la nacelle face au vent tandis que les turbines au vent ont le rotor derrière la nacelle et face au vent. L’effet de l’orientation du rotor, c’est-à-dire en amont ou en aval, a un impact dominant sur les charges instables du système d’éolienne. Lorsque le vent change de direction, la Nacelle et le Rotor suivent. Le rotor doit toujours être face au vent afin d’attraper le vent correctement. Le contrôleur de l’éolienne s’assurera toujours que le rotor est tourné dans le vent. Presque toutes les éoliennes sont de conception au vent.

Fonctions du rotor et des pales de turbine

Le rotor est l’une des parties les plus importantes d’une éolienne qui convertit l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique rotative.

Les pales de turbine et le moyeu forment ensemble le rotor d’une éolienne. La plupart des turbines ont deux ou trois pales ressemblant à des hélices. Le moyeu est l’une des pièces principales de l’éolienne qui relie les pales à l’arbre principal et finalement au reste de la chaîne cinématique qui transfère la puissance mécanique de rotation du moyeu du rotor au générateur d’énergie électrique. Le rotor est relié à l’arbre principal de la turbine. L’énergie du vent fait tourner les pales de la turbine autour du rotor, ce qui fait tourner le générateur de puissance et le générateur convertit l’énergie mécanique à l’arbre de la turbine en énergie électrique en utilisant un champ électromagnétique. Ainsi, le rôle du rotor de la turbine explique pratiquement, comment une éolienne génère-t-elle de l’électricité.

Fonction des pales de turbine

Les pales de turbine fonctionnent en générant une portance et une traînée dues à leur différence de forme lorsque le vent souffle dessus, comme un avion.

Les deux forces aérodynamiques principales qui agissent dans les rotors des éoliennes sont la portance, qui agit perpendiculairement à la direction de l’écoulement du vent et la traînée, qui agit parallèlement à la direction de l’écoulement. Les pales d’une éolienne ont une forme avec un côté (arrière) beaucoup plus incurvé que l’autre côté (avant). Cette forme variée provoque un différentiel de pression lorsque l’air se déplace à travers les pales. La poche d’air à basse pression du côté vent arrière de la pale tire la pale vers elle, ce qui fait tourner le rotor, ce qu’on appelle la portance. La force du vent contre la face avant de la lame est appelée traînée. La force de la portance est en fait beaucoup plus forte que la force de traînée du vent. Le résultat net est une force de levage perpendiculaire à la direction d’écoulement de l’air sur les pales des turbines qui crée un couple dans le rotor de l’éolienne et le fait tourner comme une hélice.

Fonctions de l’arbre principal

L’arbre à basse vitesse, qui est l’arbre principal de la turbine, a des fonctions importantes. Il supporte le rotor (moyeu et les pales) et entraîne l’arbre à grande vitesse qui lui est relié à travers la boîte de vitesses qui est l’une des principales pièces de l’éolienne. L’arbre à basse vitesse transmet le mouvement rotatif du rotor et l’impulsion de couple à l’arbre à grande vitesse à travers la boîte de vitesses pour entraîner le générateur.

Rôle joué par la boîte de vitesses

La puissance de la rotation du rotor de l’éolienne est transférée au générateur par le groupe motopropulseur, c’est-à-dire par l’arbre à basse vitesse (l’arbre principal), la boîte de vitesses et l’arbre à grande vitesse. Le rotor de l’éolienne tourne à une vitesse relativement lente. Avec une boîte de vitesses, cette puissance de couple élevée et à rotation lente du rotor est convertie en puissance de couple élevée et à faible vitesse, ce qui est nécessaire pour le générateur connecté à l’arbre à grande vitesse. La boîte de vitesses augmente la vitesse de rotation du générateur d’environ 15 à 20 tours par minute (tr / min) pour une grande turbine d’un mégawatt à environ 1 800 tours par minute dont la plupart des générateurs ont besoin pour produire de l’électricité.

Rôle joué par le contrôleur

Pour optimiser la fonctionnalité d’une éolienne, un contrôleur est utilisé, qui est l’un des composants les plus importants de l’éolienne. Le contrôleur augmente la production d’énergie et limite les charges sur les pièces structurelles. Le système de contrôle se compose d’un certain nombre d’ordinateurs qui surveillent en permanence l’état de l’éolienne et collectent des statistiques de fonctionnement à partir des capteurs. Le contrôleur optimise continuellement la production d’énergie en fonction de la mesure continue de la direction et de la vitesse du vent principalement. Il démarre la machine à des vitesses de vent d’environ 8 à 16 miles par heure (mph) et arrête la machine à environ 55 mph. Les turbines ne fonctionnent pas à des vitesses de vent supérieures à environ 55 mi / h, car les vents violents peuvent endommager les turbines.

Le système de rupture

Le système de rupture est l’une des parties importantes d’une éolienne. Ce système arrête automatiquement le rotor lorsque sa vitesse de rotation dépasse son point de coupure pour éviter tout dommage mécanique ou électrique. Le système de freinage primaire de la plupart des éoliennes modernes est le système de freinage aérodynamique qui arrête la turbine en quelques rotations. De plus, le système de freinage aérodynamique offre une manière très douce de casser la turbine sans contrainte, déchirure et usure majeures de la tour et de la machinerie.

Fonction du générateur

Le générateur d’éolienne convertit la puissance mécanique de rotation générée par les pales du rotor en énergie électrique. Le vent pousse directement contre les pales de la turbine, ce qui convertit le mouvement linéaire du vent en mouvement rotatif nécessaire pour faire tourner le rotor du générateur pour produire de l’électricité en utilisant un champ électromagnétique.

Toutes les éoliennes ont certaines caractéristiques liées à la vitesse du vent. Le générateur (ou l’alternateur) ne produira pas de puissance de sortie tant que sa vitesse de rotation n’est pas supérieure à sa vitesse de coupe du vent, où la force du vent sur les pales du rotor est suffisante pour surmonter les frottements et les pales du rotor accélèrent suffisamment pour que le générateur commence à produire de l’électricité. Au-dessus de cette vitesse de coupure, la puissance de sortie du générateur augmenterait comme un cube de la vitesse du vent (c’est-à-dire que si la vitesse du vent double, la puissance de sortie augmente huit fois) jusqu’à ce qu’elle atteigne sa puissance nominale maximale. Si la vitesse du vent continue d’augmenter, l’éolienne s’arrêterait automatiquement à son point de coupure pour éviter tout dommage mécanique ou électrique.

Fonction du système de pas

Le système de pas d’une éolienne est un système d’entraînement en boucle fermée qui contrôle l’angle des pales de la turbine en les faisant tourner de manière à ce que les pales utilisent la bonne quantité d’énergie éolienne disponible pour obtenir le maximum de puissance, tout en veillant à ce que la turbine ne dépasse pas sa vitesse de rotation maximale. Cela maintient la sécurité de la turbine en cas de vents violents, de perte de charge électrique ou d’autres événements nocifs.

Rôle joué par la tour d’éoliennes

Les éoliennes sont montées sur une tour pour capter l’énergie du vent. Le corps principal de la turbine se trouve au sommet de la tour et derrière les pales. La tour d’une éolienne supporte la Nacelle et le Rotor (le moyeu avec trois pales attachées). Les tours plus hautes permettent aux éoliennes de capter plus d’énergie et de générer plus d’électricité car la vitesse du vent augmente plus loin du sol et le vent souffle plus régulièrement dans une atmosphère plus élevée.

Vous aimerez peut-être aussi lire cet article: Avantages et inconvénients de l’énergie éolienne

Foire aux questions

Maintenant que les fonctions des principales pièces d’éoliennes ont été expliquées pour montrer comment fonctionnent les éoliennes, permettez-moi également de répondre à certaines des questions connexes souvent posées par les gens.

Comment fonctionnent les éoliennes quand il n’y a pas de vent?

Si l’atmosphère n’est pas venteuse ou s’il y a trop peu de vent et que les pales bougent lentement, l’éolienne peut ne pas produire d’électricité. Il y a une “vitesse de coupure” à laquelle la turbine commence à produire de l’électricité. La puissance de sortie continue de croître à mesure que la vitesse du vent augmente.

Pourquoi les éoliennes ont-elles 3 pales ?

Moins d’aubes dans une turbine réduisent la traînée. Mais les turbines à deux pales vibrent lorsqu’elles tournent pour faire face au vent. Le moment angulaire reste constant dans une turbine à trois aubes. En effet, lorsqu’une pale est levée, les deux autres pointent à un angle et la turbine peut tourner dans le vent en douceur.

Quelle quantité d’énergie provient du vent aux États-Unis?

L’énergie éolienne fournit environ 6% de la production totale d’électricité aux États-Unis avec une capacité installée de plus de 80 GW, ce qui est suffisant pour alimenter 24 millions de foyers.

Vous aimerez peut-être aussi lire l’article connexe: Comment fonctionne l’énergie éolienne

Conclusion

On espère qu’après avoir parcouru les fonctions des principales pièces d’éoliennes expliquées ci-dessus, il ne devrait pas y avoir de difficulté à comprendre comment fonctionnent les éoliennes pour exploiter l’énergie du vent pour produire de l’électricité.

Le fonctionnement des principaux composants de l’éolienne peut être résumé comme suit:

1. Lorsque le vent souffle sur les pales coudées de la turbine qui sont fixées à un rotor, il provoque la rotation du rotor convertissant ainsi l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique;

2. Le rotor est relié à l’arbre principal de la turbine. L’arbre du rotor est relié à un générateur par l’intermédiaire d’une boîte de vitesses. La boîte de vitesses convertit la rotation à basse vitesse de l’arbre d’entraînement en rotation à grande vitesse suffisamment rapide pour entraîner le générateur et convertir l’énergie mécanique au niveau de l’arbre de la turbine en énergie électrique en utilisant un champ électromagnétique;

3. Le courant électrique produit par le générateur circule à travers un câble descendant à l’intérieur de la tour de turbine;

4. Un transformateur élévateur convertit l’électricité en une tension plus élevée afin qu’elle puisse être transmise au réseau électrique;