Jak fungují výkonné průmyslové větrné turbíny
Přirozenou reakcí atmosféry na nerovnoměrné zahřívání jejích různých vrstev je vítr. Výsledné poklesy atmosférického tlaku způsobují, že vítr fouká z oblastí vysokého tlaku do oblastí nízkého tlaku a čím větší je tlakový rozdíl, tím silnější je vítr – tím vyšší je jeho rychlost. Teoreticky se odhaduje, že až 2 % slunečního záření se díky přirozenému pohybu vzduchu v atmosféře přemění na mechanickou energii větru.
Je známo, že topografie určité oblasti může buď zesílit vítr, nebo omezit proudění vzduchu. Takže v oblastech horských pásem, průsmyků, v blízkosti říčních kaňonů jsou podmínky pro instalaci větrných turbín opravdu ideální. A pokud si pamatujeme, že výkon, který lze získat z větru, je úměrný množství vzduchu procházejícího turbínou a třetí mocnině její rychlosti, pak je snadné pochopit vyhlídky, které se tímto směrem rychle otevírají.
Vítr je bezpochyby jedním z nejslibnějších obnovitelných zdrojů přírodní energie.Ne nadarmo se v mnoha zemích rok od roku staví stále více větrných elektráren, zejména větrných elektráren v pobřežních částech moří, oceánů a na pláních.
Nárazový charakter větru nepřispívá ke stabilnímu zásobování elektrických sítí, proto se akumulace energie za účelem jejího dalšího využití stává důležitým úkolem. Ale tento úkol se řeší — budují se průmyslové a soukromé bateriové skladovací systémy, přijímají se opatření k zajištění nepřetržitého napájení.
A nyní můžeme s jistotou říci, že výkonný průmyslový větrný generátor (jako je Enercon E-126) s kapacitou 6-8 MW, integrovaný do systému napájení malého města, bude schopen uspokojit potřeby svých obyvatel. a potřeby elektrifikované infrastruktury.
Pojďme však k věci a podívejme se na zařízení průmyslového větrného generátoru. Koneckonců, každý větrný generátor je produktem pečlivého inženýrského myšlení, výsledkem přesných výpočtů a dlouhého návrhu k získání účinného a spolehlivého měniče větrné energie na elektrickou energii, a proto každý detail obrovské konstrukce není v žádném případě náhodný. . Například se odkážeme na konstrukci větrného generátoru Enercon E-126 a podíváme se na jeho hlavní části.
Věž
Věž (7), vysoká desítky metrů, je oporou průmyslového větrného generátoru. Je vyroben výhradně ze železobetonu postupným zaléváním do bednění nebo sestaven z krátkých železobetonových prstenců, které jsou namontovány postupně na sebe a propojeny protažením kabelů rámu skrz ně.Železobeton je dostatečně pevný, aby udržel těžkou turbínu a gondolu ve vzduchu, stejně jako vydržel zatížení vyplývající z provozu větrné turbíny, čímž se zabrání převrácení konstrukce.
Základna věže spočívá na železobetonové základně (8), jejíž hmotnost je úměrná hmotnosti samotné věže. Například větrná turbína Enercon E-126 má celkovou hmotnost asi 6000 tun. Podpěra nemá válcový tvar, má tvar bližší komolému kuželu než válci. Věž rozšířená na základně bezpečně drží celou konstrukci ve správné poloze.
Lopatky a rotor
Lopatky (6) a rotor (5) průmyslové větrné turbíny jsou vyrobeny ze speciálního kompozitního vlákna na bázi oceli, lopatky jsou podle rozsahu sestaveny z jednotlivých segmentů nebo vyrobeny jako monolit. K připevnění lopatek k rotoru se zpravidla používají šrouby a náboj. Samotné lopatky jsou připevněny k náboji a náboj je připevněn přímo k rotoru generátoru.
Rotace turbíny kolem věže
Chcete-li otáčet turbínou kolem věže, a asynchronní motor (3) spojený ozubeným kolem s prstencem na základně gondoly. V závislosti na velikosti větrného generátoru a jeho výkonu mohou být takové motory jeden až tři.
Elektrocentrála
Jestliže dřívější jednotky podobné konstrukce jako standardní synchronní generátory byly používány jako generátory pro větrné turbíny, pak se na počátku 20. století objevila taková inovace jako prstencový generátor (1). Zde je rotor turbíny spojený s nábojem zároveň rotorem generátoru.
Nezávislá budicí vinutí jsou umístěna na prstencovém rotoru, tvořícím magnetické póly, respektive na statoru vinutí statoru. Statorové vinutí je rozděleno na části (v případě Enercon E -126 — na čtyři části), z nichž každá je připojena k samostatnému usměrňovači. Regulátor generátoru je umístěn ve strojovně (2) gondoly.
Střídač
Po usměrnění je do střídače (4) instalovaného na patě věže přivedeno stejnosměrné napětí 400 voltů, kde se energie přeměňuje na střídavý proud a po transformaci je přiváděna do elektrického vedení.
Na klíčové komponenty moderní průmyslové větrné turbíny jsme se podívali na příkladu modelu Enercon E-126, který byl poprvé instalován poblíž německého města Emden v roce 2007. Výkon generátoru je v současnosti 7,58 MW, což stačí na napájení 4 500 vil s elektřina po celý rok.
K dnešnímu dni Enercon postavil po celém světě více než 13 000 takových větrných turbín, jejichž celkový instalovaný výkon již v roce 2010 přesáhl 2 846 MW.