Как работят мощните индустриални вятърни турбини

Естествената реакция на атмосферата към неравномерното нагряване на различните й слоеве е вятърът. Получените падания на налягането в атмосферата карат вятъра да духа от зони с високо налягане към зони с ниско налягане и колкото по -голяма е разликата в налягането, толкова по -силен е вятърът — толкова по -висока е скоростта му. Теоретично се смята, че до 2% от слънчевата радиация се превръща в механична енергия на вятъра поради естественото движение на въздуха в атмосферата.

Известно е, че релефът на определена област може или да усили вятъра, или да ограничи въздушния поток. Така че, в райони на планински вериги, проходи, в близост до речни каньони, условията за инсталиране на вятърни турбини са наистина идеални. И ако помним, че мощността, която може да се получи от вятъра, е пропорционална на масата на въздуха, преминаващ през турбината, и куба на нейната скорост, тогава е лесно да се разберат перспективите, които бързо се отварят в тази посока.

Вятърът несъмнено е един от най -обещаващите възобновяеми източници на естествена енергия. Не е за нищо, че в много страни, година след година, се изграждат все повече и повече вятърни паркове, вятърни паркове, по -специално — по крайбрежните части на моретата, океаните и в равнините.

Поривният характер на вятъра не допринася за стабилното захранване на електрическите мрежи, поради което натрупването на енергия за целите на по -нататъшното му използване се превръща във важна задача. Но тази задача се решава — изграждат се промишлени и частни системи за съхранение на батерии, вземат се мерки за осигуряване на непрекъснато захранване.

И сега можем уверено да кажем, че мощен индустриален вятърен генератор (като Enercon E-126) с мощност 6-8 MW, интегриран в електрозахранващата система на малък град, ще може да задоволи нуждите на своите жителите и нуждите на електрифицираната инфраструктура.

Нека обаче да се обърнем към същността и да разгледаме устройството на индустриален вятърен генератор. В крайна сметка всеки вятърен генератор е продукт на щателна инженерна мисъл, резултат от точни изчисления и дълъг дизайн, за да се получи ефективен и надежден преобразувател на вятърна енергия в електрическа енергия, поради което всеки детайл от огромна структура в никакъв случай не е случайно. Например, ще се позовем на дизайна на вятърния генератор Enercon E-126 и ще разгледаме основните му части.

Кула

Кулата (7), висока десетки метри, е опора на индустриален вятърен генератор. Изработен е изцяло от стоманобетон чрез последователно изливане в кофража или сглобен от къси стоманобетонни пръстени, които се монтират последователно един върху друг и са свързани чрез издърпване на рамкови кабели през тях. Стоманобетонът е достатъчно здрав, за да държи тежка турбина и гондола на височина, както и да издържа на натоварването, произтичащо от работата на вятърната турбина, предотвратявайки преобръщане на конструкцията.

Основата на кулата лежи върху стоманобетонна основа (8), чието тегло е пропорционално на теглото на самата кула. Например вятърната турбина Enercon E-126 има общо тегло от около 6000 тона. Опората не е с цилиндрова форма, има форма по -близо до пресечен конус, отколкото до цилиндър. Разширена в основата, кулата сигурно държи цялата конструкция в правилното положение.

Остриета и ротор

Лопатките (6) и роторът (5) на индустриална вятърна турбина са изработени от специално композитно влакно на базата на стомана.Остриетата се набират от отделни сегменти или се правят като монолит, в зависимост от обхвата им. По правило за закрепване на лопатките към ротора се използват болтове и главина. Самите остриета са прикрепени към главината, а главината е прикрепена директно към ротора на генератора.

Въртене на турбината около кулата

За да завъртите турбината около кулата, a асинхронен двигател (3), свързани чрез зъбно колело с пръстена в основата на гондела. В зависимост от размера на вятърния генератор и неговата мощност може да има от един до три такива двигателя.

Генератор на енергия

Ако по -ранни агрегати, подобни на дизайна на стандартните синхронни генератори, бяха използвани като генератори за вятърни турбини, то в началото на 2000 -те години се появи такова нововъведение като генератор на пръстени (1). Тук роторът на турбината, свързан с главината, е и ротора на генератора.

Независимите намотки на възбуждане са разположени на пръстеновидния ротор, образувайки магнитни полюси, и съответно на статора на намотката на статора. Намотката на статора е разделена на части (в случая на Enercon E -126 — на четири части), всяка от които е свързана към отделен токоизправител. Контролерът на генератора се намира в машинното отделение (2) на гондолата.

Инвертор

След коригиране към инвертора (4), монтиран в основата на кулата, се подава постоянно напрежение от 400 волта, където енергията се преобразува в променлив ток и след трансформация се подава към електропровода.

Разгледахме ключовите компоненти на съвременна индустриална вятърна турбина, използвайки примера на модела Enercon E-126, инсталиран за първи път близо до германския град Емден през 2007 г. Капацитетът на генератора в момента е 7,58 MW, което е достатъчно за захранване на 4 500 вили с електроенергия целогодишно.

Към днешна дата Enercon е построила повече от 13 000 такива вятърни турбини по целия свят, като общата им инсталирана мощност вече през 2010 г. надхвърли 2 846 MW.