Tech-addict

praca elementów turbin wiatrowych.

funkcje części turbin wiatrowych do generowania energii elektrycznej.

tutaj w tym artykule podałem przegląd głównych części turbin wiatrowych i jak działają turbiny wiatrowe przy użyciu tych części.

energia wiatrowa jest jednym z najszybciej rozwijających się źródeł energii na świecie. Jeśli chodzi o alternatywną czystą energię ze źródeł odnawialnych, oczekuje się, że energia wiatrowa zajmie w przyszłości drugi co do wielkości udział w rynku po energii słonecznej. Zanim przejdziemy do pracy głównych komponentów turbin wiatrowych w celu generowania energii elektrycznej, przyjrzyjmy się najpierw podstawowej zasadzie działania turbin wiatrowych, aby wykorzystać energię z wiatru.

energia wiatrowa jest darmowym, odnawialnym zasobem. Bez względu na to, ile jest obecnie zużywane, w przyszłości nadal będzie taka sama dostawa energii wiatrowej. W przeciwieństwie do konwencjonalnych elektrowni, elektrownie wiatrowe nie emitują zanieczyszczeń powietrza ani gazów cieplarnianych. Mimo że technologia ta wymaga większych inwestycji początkowych niż generatory napędzane paliwem kopalnym, koszty systemów wytwarzania energii wiatrowej są znacznie bardziej konkurencyjne w stosunku do innych technologii wytwarzania na podstawie kosztów “cyklu życia”, ponieważ nie ma paliwa do zakupu, a koszty operacyjne są minimalne.

jak działają turbiny wiatrowe – podstawowa zasada

turbiny wiatrowe, które działają na prostej zasadzie, wytwarzają energię elektryczną poprzez wykorzystanie mocy wiatru. Energia wiatru obraca dwa lub trzy łopaty śmigła wokół wirnika (jak pokazano na rysunku powyżej). Wirnik jest połączony z głównym wałem turbiny. Gdy wiatr wieje na kątowych łopatkach wirnika, powoduje wirnik, przekształcając w ten sposób energię kinetyczną wiatru w energię mechaniczną. Ponieważ wał wirnika jest połączony z generatorem za pomocą przekładni, gdy wirnik obraca się, tak samo robi generator, a generator zamienia energię mechaniczną na wale turbiny na energię elektryczną za pomocą pola elektromagnetycznego.

przyjrzyjmy się teraz rolom odgrywanym przez główne części turbiny wiatrowej, aby turbina działała.

funkcje głównych części turbin wiatrowych

działanie głównych komponentów turbin wiatrowych jest wyszczególnione poniżej, aby wyjaśnić, w jaki sposób turbiny wiatrowe działają do produkcji energii elektrycznej:

Gondola

Gondola jest najważniejsza spośród wszystkich części turbin wiatrowych. Mieści wszystkie elementy turbiny wiatrowej, w tym generator, skrzynię biegów i zespół hamulca.

Gondola znajduje się na szczycie wieży i mieści niskie i szybkie wały, skrzynię biegów, hamulec i generator. Posiada również kontroler, który odbiera dane z anemometru, który mierzy prędkość wiatru, łopatkę, która mierzy kierunek wiatru, system kontroli skoku, który kontroluje kąt łopatek i napęd odchylania, który kontroluje położenie turbiny w stosunku do wiatru.

wiatraczek na górze gondoli informuje kontrolera, skąd pochodzi wiatr. Kierunek wiatru decyduje o konstrukcji turbin-zarówno pod wiatr, jak i pod wiatr. Turbiny z wiatrem mają wirnik przed gondolą zwrócony w kierunku wiatru, podczas gdy turbiny z wiatrem mają wirnik za gondolą i zwrócony w kierunku z dala od wiatru. Wpływ orientacji wirnika, tj. pod wiatr lub pod wiatr, ma dominujący wpływ na niestabilne obciążenia systemu turbin wiatrowych. Gdy wiatr zmienia kierunek, Gondola i wirnik podążają za nim. Wirnik powinien zawsze być skierowany do wiatru, aby prawidłowo go złapać. Sterownik Turbiny Wiatrowej zawsze upewni się, że wirnik jest włączony w wiatr. Prawie wszystkie turbiny wiatrowe mają konstrukcję pod wiatr.

funkcje łopat wirnika i turbiny

wirnik jest jedną z najważniejszych części turbiny wiatrowej, która zamienia energię kinetyczną wiatru na energię obrotowo-mechaniczną.

łopaty turbiny i piasta razem tworzą wirnik turbiny wiatrowej. Większość turbin ma dwa lub trzy śmigła podobne do łopatek. Piasta jest jedną z głównych części turbiny wiatrowej, która łączy łopaty z głównym wałem, a ostatecznie z resztą układu napędowego, który przenosi obrotową moc mechaniczną z piasty wirnika do generatora energii elektrycznej. Wirnik jest połączony z głównym wałem turbiny. Energia wiatru obraca łopatki turbiny wokół wirnika, który obraca generator mocy, a generator zamienia energię mechaniczną na wale turbiny na energię elektryczną za pomocą pola elektromagnetycznego. Tak więc rola wirnika turbiny praktycznie wyjaśnia, w jaki sposób turbina wiatrowa generuje energię elektryczną.

funkcja łopatek turbiny

łopatki turbiny działają poprzez generowanie podnoszenia i przeciągania ze względu na ich różne kształty, gdy wiatr wieje nad nimi, jak samolot.

dwie podstawowe siły aerodynamiczne, które działają w wirnikach turbin wiatrowych, to podnoszenie, które działa prostopadle do kierunku przepływu wiatru i opór, który działa równolegle do kierunku przepływu. Łopaty turbiny wiatrowej są ukształtowane z jednej strony (z tyłu) o wiele bardziej zakrzywione niż z drugiej strony (z przodu). Ten zróżnicowany kształt powoduje różnicę ciśnień, gdy powietrze porusza się po łopatkach. Niskociśnieniowa kieszeń powietrzna po stronie z wiatrem ciągnie ostrze w jej kierunku, powodując obrót wirnika, co nazywa się podnoszeniem. Siła wiatru na przedniej stronie ostrza nazywana jest przeciąganiem. Siła podnoszenia jest w rzeczywistości znacznie silniejsza niż siła przeciągania wiatru. Rezultatem jest siła podnoszenia prostopadła do kierunku przepływu powietrza nad łopatkami turbin, która tworzy moment obrotowy w wirniku turbiny wiatrowej i powoduje, że wiruje jak śmigło.

funkcje wału głównego

wał o niskiej prędkości, który jest głównym wałem turbiny, ma ważne funkcje. Obsługuje wirnik (piastę i łopaty) i napędza szybki wał połączony z nim przez skrzynię biegów, która jest jedną z głównych części turbiny wiatrowej. Wał o niskiej prędkości przekazuje ruch obrotowy wirnika i moment pędu do wału o dużej prędkości przez skrzynię biegów, aby napędzać generator.

rola skrzyni biegów

moc z obrotu wirnika turbiny wiatrowej przekazywana jest do generatora przez układ napędowy, tj. przez wał o niskiej prędkości (wał główny), skrzynię biegów i wał o dużej prędkości. Wirnik turbiny wiatrowej obraca się stosunkowo wolno. W skrzyni biegów ta powoli obracająca się, wysoka moc momentu obrotowego z wirnika jest przekształcana na moc o dużej prędkości i niskim momencie obrotowym, która jest potrzebna generatorowi podłączonemu do wału o dużej prędkości. Przekładnia zwiększa prędkość obrotową generatora z około 15 do 20 obrotów na minutę (rpm) dla dużej turbiny o mocy jednego megawata do około 1800 obrotów na minutę, których większość generatorów potrzebuje do wytwarzania energii elektrycznej.

rola kontrolera

aby zoptymalizować funkcjonalność turbiny wiatrowej, stosuje się kontroler, który jest jednym z najważniejszych elementów turbiny wiatrowej. Sterownik zwiększa produkcję energii i ogranicza obciążenia części konstrukcyjnych. System sterowania składa się z wielu komputerów, które stale monitorują stan turbiny wiatrowej i zbierają statystyki pracy z czujników. Sterownik stale optymalizuje produkcję energii w oparciu o ciągły pomiar głównie kierunku i prędkości wiatru. Uruchamia maszynę z prędkością wiatru około 8 do 16 mil na godzinę (mph) i wyłącza maszynę z prędkością około 55 mph. Turbiny nie działają przy prędkościach wiatru powyżej około 55 mph, ponieważ silne wiatry mogą uszkodzić turbiny.

układ łamania

układ łamania jest jedną z ważnych części turbiny wiatrowej. System ten zatrzymuje wirnik automatycznie, gdy jego prędkość obrotowa przekroczy punkt odcięcia, aby zapobiec uszkodzeniom mechanicznym lub elektrycznym. Podstawowym układem hamulcowym większości nowoczesnych turbin wiatrowych jest aerodynamiczny układ hamulcowy, który zatrzymuje turbinę w ciągu kilku obrotów. Ponadto aerodynamiczny układ hamulcowy oferuje bardzo delikatny sposób łamania turbiny bez większych naprężeń, rozdarcia i zużycia wieży i maszyny.

funkcja generatora

generator Turbiny Wiatrowej przekształca obrotową moc mechaniczną generowaną przez łopaty wirnika w energię elektryczną. Wiatr pcha się bezpośrednio do łopatek turbiny, Co przekształca liniowy ruch wiatru w ruch obrotowy niezbędny do obrócenia wirnika generatora w celu wytworzenia energii elektrycznej za pomocą pola elektromagnetycznego.

wszystkie turbiny wiatrowe mają pewne cechy związane z prędkością wiatru. Generator (lub alternator) nie wytwarza mocy wyjściowej, dopóki jego prędkość obrotowa nie przekroczy prędkości wiatru, w której Siła wiatru na łopatach wirnika jest wystarczająca do przezwyciężenia tarcia, a łopaty wirnika przyspieszają wystarczająco, aby generator zaczął wytwarzać energię elektryczną. Powyżej tej prędkości cięcia, moc wyjściowa generatora wzrośnie jako sześcian prędkości wiatru (tj. jeśli prędkość wiatru podwoi się, moc wyjściowa wzrośnie osiem razy), aż osiągnie maksymalną moc znamionową. Jeśli prędkość wiatru będzie nadal rosła, generator Turbiny Wiatrowej zatrzyma się automatycznie w punkcie odcięcia, aby zapobiec uszkodzeniom mechanicznym lub elektrycznym.

funkcja systemu Skoku

System Skoku w turbinie wiatrowej jest układem napędowym z zamkniętą pętlą, który kontroluje kąt łopatek turbiny, obracając je tak, aby łopaty wykorzystywały odpowiednią ilość dostępnej energii wiatrowej, aby uzyskać jak największą moc wyjściową, jednocześnie zapewniając, że turbina nie przekroczy swojej maksymalnej prędkości obrotowej. Zapewnia to bezpieczeństwo turbiny w przypadku silnych wiatrów, utraty obciążenia elektrycznego lub innych szkodliwych zdarzeń.

rola wieży turbin wiatrowych

turbiny wiatrowe są zamontowane na wieży w celu przechwytywania energii z wiatru. Główny korpus turbiny znajduje się na szczycie wieży i za łopatami. Wieża turbiny wiatrowej wspiera gondolę i wirnik (piastę z trzema przymocowanymi łopatkami). Wyższe wieże umożliwiają turbinom wiatrowym wychwytywanie większej ilości energii i generowanie większej ilości energii elektrycznej, ponieważ prędkość wiatru wzrasta dalej od ziemi, a wiatr wieje bardziej równomiernie w Wyższej atmosferze.

Możesz również przeczytać ten post: energia wiatrowa zalety i wady

Najczęściej zadawane pytania

teraz, gdy funkcje głównych części turbin wiatrowych zostały wyjaśnione, aby pokazać, jak działają turbiny wiatrowe, pozwolę sobie również odnieść się do niektórych powiązanych pytań często zadawanych przez ludzi.

jak działają turbiny wiatrowe, gdy nie wieje?

jeśli atmosfera nie jest wietrzna lub jeśli jest zbyt mało wiatru, a łopaty poruszają się powoli, turbina wiatrowa może nie wytwarzać elektryczności. Istnieje “prędkość cięcia”, przy której turbina zaczyna wytwarzać energię elektryczną. Moc wyjściowa rośnie wraz ze wzrostem prędkości wiatru.

dlaczego turbiny wiatrowe mają 3 łopaty?

mniej łopatek w turbinie zmniejsza opór. Ale turbiny z dwoma łopatami będą wibrować, gdy odwrócą się, aby stawić czoła wiatrowi. Moment obrotowy pozostaje stały w turbinie z trzema łopatkami. Dzieje się tak dlatego, że gdy jedno ostrze jest podniesione, pozostałe dwa punkty pod kątem, a Turbina może płynnie obracać się w wiatr.

ile energii pochodzi z wiatru w Stanach Zjednoczonych?

Elektrownie Wiatrowe dostarczają około 6% całkowitej produkcji energii elektrycznej w USA o zainstalowanej mocy ponad 80 GW, co wystarcza do zasilania 24 milionów domów.

: Jak działa energia wiatrowa

wniosek

mamy nadzieję, że po zapoznaniu się z funkcjami głównych części turbin wiatrowych wyjaśnionych powyżej nie powinno być żadnych trudności w zrozumieniu, jak działają turbiny wiatrowe, aby wykorzystać energię z wiatru do wytwarzania energii elektrycznej.

działanie głównych komponentów turbiny wiatrowej można podsumować w następujący sposób:

1. Gdy wiatr wieje na kątowych łopatkach turbiny, które są przymocowane do wirnika, powoduje to, że wirnik wiruje, przekształcając w ten sposób energię kinetyczną wiatru w energię mechaniczną;

2. Wirnik jest połączony z głównym wałem turbiny. Wał wirnika jest połączony z generatorem poprzez przekładnię. Skrzynia biegów przekształca obrót o niskiej prędkości wału napędowego w szybki obrót wystarczająco szybki, aby napędzać generator i przekształcać energię mechaniczną na wale turbiny w energię elektryczną za pomocą pola elektromagnetycznego;

3. Prąd elektryczny wytwarzany przez generator przepływa przez kabel biegnący przez wnętrze wieży turbiny;

4. Transformator podwyższający przekształca energię elektryczną na wyższe napięcie, dzięki czemu może być przesyłana do sieci energetycznej;