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風力の部品の働き。

風力部品の機能は電気を発生させます。

この記事では、主要な風力タービン部品の概要と、これらの部品を使用して風力タービンがどのように機能するかを説明しました。

風力エネルギーは、世界で最も急速に成長しているエネルギー源の一つです。 再生可能資源からの代替クリーン電力に関しては、風力発電は太陽光に次いで将来的に市場の第二位のシェアを占めることが期待されています。 私達が電気を発生させる主要な風力の部品の働きに入る前に風力が風からのエネルギーを利用するためにいかにの基本原則を見てみましょう。

風力エネルギーは自由で再生可能な資源です。 今日どのくらい使用されても、将来的には同じ風力エネルギーの供給があります。 従来の発電所とは異なり、風力発電所は大気汚染物質や温室効果ガスを放出しません。 この技術は化石燃料駆動発電機よりも高い初期投資を必要とするにもかかわらず、購入する燃料がなく、営業費用が最小限であるため、風力発電システムのコストは”ライフサイクル”コストベースで他の発電技術とはるかに競争力があります。

風力タービンの仕組み–基本原理

単純な原理で動作する風力タービンは、風の力を利用して発電します。 風の中のエネルギーは、（上の写真に示すように）ローターの周りに二つまたは三つのプロペラのようなブレードを回します。 回転子はタービンの主要なシャフトに接続される。 風が回転子の斜めの刃で吹くとき、回転子はそれにより機械エネルギーに風の運動エネルギーを変える回転させます。 回転子シャフトが変速機を通って発電機に接続されるので回転子が回るとき、そう発電機をし、発電機は電磁場の使用によって電気エネルギーにタービンのシャフトで力学的エネルギーを変える。

それでは、タービンを動作させるために風力タービンの主要な部分が果たす役割を見てみましょう。

主要な風力の部品の機能

主要な風力の部品の働きは風力が電気を作り出すためにいかに働くか説明するために下記に詳しく述べられます:

ナセル

ナセルはすべての風力の部品の中で最も重要です。 それは発電機、変速機およびブレーキアセンブリを含む風力の部品すべてを収容する。

ナセルは塔の上にあり、低速および高速シャフト、ギアボックス、ブレーキ、発電機を収容しています。 また、風速を測定する風速計、風向を測定するベーン、ブレードの角度を制御するピッチ制御システム、風に対するタービンの位置を制御するヨー駆動装置からデータを受信するコントローラも備えています。

ナセルの上にある風羽根は、風がどこから来ているのかをコントローラに伝えます。 風向は、風上または風下かどうか–タービンの設計を決定します。 風上タービンは風に面したナセルの前にロータを持ち、風下タービンは風に面したナセルの後ろにロータを持っています。 ロータの向き、すなわち風上または風下の影響は、風力タービンシステムの非定常負荷に支配的な影響を及ぼす。 風が方向を変えると、ナセルとロータが続きます。 回転子は風をきちんとつかまえるために風に常に直面するべきです。 風力タービンのコントローラーは回転子が風に回ることを常に確かめます。 ほぼすべての風力タービンはupwind設計である。

ロータとタービンブレードの機能

ロータは、風の運動エネルギーを回転力学的エネルギーに変換する風力タービンの最も重要な部分の一つです。

タービン翼とハブは一緒に風力タービンのロータを形成します。 ほとんどのタービンは、2つまたは3つのプロペラのようなブレードを持っています。 ハブは、ブレードを主軸に接続し、最終的にはロータハブから発電機に回転機械的動力を伝達する駆動列の残りの部分に接続する主要な風力タービン部品 回転子はタービンの主要なシャフトに接続される。 風のエネルギーは発電機を回し、発電機は電磁場の使用によって電気エネルギーにタービンのシャフトで力学的エネルギーを変える回転子のまわりでタービンブレードを回します。 したがって、タービンロータの役割は、風力タービンがどのように電気を生成するかを実質的に説明する。

タービン翼の機能

タービン翼は、飛行機のように風が吹くと形状の違いにより揚力と抗力を発生させます。

風力タービンのローターで働く2つの主要な空力力は、風の流れの方向に垂直に作用する揚力と、流れの方向に平行に作用する抗力です。 風力タービンのブレードは、一方の側（後部）が他方の側（前部）よりもはるかに湾曲した形状をしています。 この変化した形状は、空気がブレードを横切って移動するときに圧力差を引き起こす。 ブレードの風下側にある低圧エアポケットは、ブレードをそれに向かって引っ張り、ローターを回転させ、これを揚力と呼ぶ。 刃の前側に対する風の力は抗力と呼ばれます。 リフトの力は、実際には風の抗力よりもはるかに強いです。 最終結果は風力の回転子でトルクを作成し、プロペラのように回る原因となるタービン翼上の空気の流れの方向に垂直な持ち上がる力である。

主軸の機能

タービンの主軸である低速軸には重要な機能があります。 それは回転子（ハブおよび刃）を支え、主要な風力の部品の1つであるギヤボックスを通してそれと接続される高速シャフトを運転します。 低速シャフトはギヤボックスを通って高速シャフトに発電機を運転するために回転子およびトルクの運動量の回転式動きを送信します。

ギアボックスが果たす役割

風力タービンロータの回転からの電力は、パワートレイン、すなわち低速軸（主軸）、ギアボックスおよび高速軸を介して発電機 風力タービンの回転子は比較的遅い速度で回転する。 このゆっくり回転変速機によって回転子からの高いトルク力は高速シャフトに接続される発電機のために必要である高速、低いトルク力に変えら ギアボックスは、大規模な1メガワットのタービンの場合、発電機の回転速度を約15から毎分20回転（rpm）に増加させ、ほとんどの発電機が発電する必要がある毎分約1,800回転にする。

コントローラが果たす役割

風力タービンの機能を最適化するために、最も重要な風力タービン部品の一つであるコントローラが使用されます。 コントローラーは電力生産を高め、構造部品の負荷を限る。 この制御システムは，風力タービンの状態を常に監視し，センサからの運転統計を収集する多数のコンピュータからなる。 コントローラーは絶えず主に風向および風速の連続的な測定に基づいてエネルギー生産を最大限に活用する。 それは毎時約8から16マイル（mph）の風速で機械を起動し、約55mphで機械をシャットダウンします。 強風がタービンを損傷する可能性があるため、タービンは約55mph以上の風速で動作しません。

破壊システム

破壊システムは風力タービンの重要な部分の一つです。 このシステムは回転速度が排気切替器ポイントを機械か電気損傷を防ぐために超過するとき回転子を自動的に停止する。 ほとんどの現代風力のための第一次ブレーキシステムは幾つかの回転の問題のタービンを停止する空気ブレーキシステムである。 さらに、空力ブレーキシステムはタワーおよび機械類の主要な圧力、破損および摩耗なしでタービンを壊す非常に穏やかな方法を提供する。

発電機の機能

風力発電機は、回転翼によって生成された回転機械的電力を電気エネルギーに変換します。 風は電磁場の使用によって電気を作り出すために発電機の回転子を回すのに必要な回転式動きに風の直線運動を変えるタービンの刃に対して

すべての風力タービンは風速に関連する特定の特性を持っています。 発電機（またはオルタネータ）は、回転速度が回転翼上の風の力が摩擦を克服するのに十分であり、回転翼が発電機が発電を開始するのに十分に加速する このカットイン速度を超えると、発電機からの出力は、最大定格出力に達するまで、風速の立方体として上昇する（すなわち、風速が2倍になると、出力は8倍に増加する）。 風速が増加し続ければ風力の発電機は排気切替器ポイントで機械か電気損傷を防ぐために自動的に停止します。

ピッチシステムの機能

風力タービンのピッチシステムは、タービンの最大回転速度を超えないように、ブレードが利用可能な風力エネルギーの適切な量を使用して最大出力を得るように回転させることによってタービンブレードの角度を制御する閉ループ駆動システムである。 これにより、強風、電気負荷の損失、またはその他の有害な事象が発生した場合にタービンの安全性が維持されます。

風力タービン塔が果たす役割

風力タービンは、風からエネルギーを取り込むために塔に搭載されています。 タービンの本体は、塔の上とブレードの後ろに座っています。 風力タービンの塔は、ナセルとロータ（三つのブレードが取り付けられたハブ）をサポートしています。 高い塔は、風速が地面から遠くに増加し、風がより高い大気でより着実に吹くため、風力タービンがより多くのエネルギーを捕捉し、より多くの電力を生

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よくある質問

主要な風力タービン部品の機能は、風力タービンの仕事をどのように示すために説明されているので、私はまた、多くの場合、人々によって尋ねられる関連する質問のいくつかに対処しましょう。

風が強くないとき、風力タービンはどのように機能しますか？

大気が風が強くない場合、または風が少なすぎてブレードがゆっくりと動く場合、風力タービンは電気を生成しない可能性があります。 タービンが電気を生成し始める”カットイン速度”があります。 電力出力は、風速が増加するにつれて増加し続けています。

なぜ風力タービンは3つのブレードを持っていますか？

タービン内のブレードが少なくなると抗力が低下します。 しかし、2つのブレードを持つタービンは、風に向かって回転すると振動します。 角運動量は三つのブレードを持つタービンで一定のままである。 これは、一方のブレードがアップしているときに、他の二つの点が斜めになり、タービンがスムーズに風に回転することができるためです。

米国では風からどのくらいのエネルギーが得られるのでしょうか？

風力発電は、米国の総発電量の約6％を80GW以上の設備容量で供給しており、これは2400万世帯に電力を供給するのに十分です。

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結論

上で説明した主要な風力タービン部品の機能を調べた後、風力タービンが風からのエネルギーを利用して電力を発生させるためにどのように機能するのかを理解することは困難ではないことが期待されている。

主要な風力タービン部品の働きは次の通り要約することができます:

1。 ロータに取り付けられているタービンの斜めのブレードに風が吹くと、ロータが回転し、風の運動エネルギーを機械的エネルギーに変換します;

2. 回転子はタービンの主要なシャフトに接続される。 回転子シャフトは変速機を通して発電機に接続される。 ギアボックスは、駆動軸の低速回転を発電機を駆動し、タービン軸の機械的エネルギーを電磁場を用いて電気エネルギーに変換するのに十分な速さで高速回転に変換する。

3。 発電機によって生成された電流は、タービン塔の内部を流れるケーブルを通って流れます。

4。 昇圧変圧器は電力網に送信することができるようにより高い電圧に電気を変えます;