Dış elektrik kaynağı olmaması durumunda, rüzgar türbini şunları yollarla elektrik üretebilir:
I. Rüzgarla çalışma ilkesi
Rüzgar enerjisini mekanik enerjiye dönüştürme
Bir rüzgar türbininin pervaneleri belirli bir şekle sahiptir. Rüzgar pervanelerin üzerinden geçtiğinde, pervane şekli ve aerodinamik ilkeler nedeniyle rüzgarın kinetik enerjisi pervanelerin döner mekanik enerjisine dönüşür.
Örneğin, büyük bir rüzgar türbininin pervaneli genellikle birkaç on metre uzunluğundadır ve uçak kanadına benzer bir şekle sahiptir. Rüzgar belirli bir hızda pervanelerin üzerinden geçtiğinde, pervanelerin üst ve alt yüzeylerindeki hava akışı hızları farklıdır, bu da bir basınç farkı oluşturur ve pervaneleri dönmeye zorlar.
İletim sistemi ile mekanik enerjinin iletilmesi
Pervanelerin dönmesi, iletim sistemi aracılığıyla jeneratörün rotordan aktarılır. İletim sistemi genellikle dişli kutusu ve iletim şaftı gibi bileşenleri içerir. Bu sistemin görevi, pervanelerden gelen düşük hızlı, yüksek torklu dönmenin, jeneratör tarafından gereklidir olan yüksek hızlı, düşük torklu dönmeye dönüştürülmesidir.
Örneğin, bazı rüzgar türbinlerinde, dişli kutusu pervanelerin dönme hızını birkaç on veya hatta yüz katına çıkarabilir, böylece jeneratörün hız gereksinimini karşılayabilir.
II. Jeneratörün çalışma ilkesi
Elektromanyetik indüksiyon ile elektrik üretimi
Rüzgar türbinleri genellikle asenkron veya senkron jeneratörler kullanır. Dış elektrik kaynağı olmaması durumunda, jeneratörün rotoru pervaneler tarafından sürüklendiğinde, stator sarımındaki manyetik alan kesilerek indüklenmiş elektromotiv kuvvet oluşturulur.
Elektromanyetik indüksiyon yasasına göre, bir iletken bir manyetik alanda hareket ederken, iletkenin iki ucunda indüklenmiş elektromotiv kuvvet oluşur. Bir rüzgar türbininde, jeneratörün rotoru bir iletken gibi işlev görür ve stator sarımındaki manyetik alan kalıcı mıknatıslar veya manyalama sarımları tarafından oluşturulur.
Örneğin, asenkron jeneratörün rotoru bir sincap kafesi yapısına sahiptir. Rotorda bulunan iletkenler manyetik alanda döndüğünde, indüklenmiş bir akım oluşur. Bu indüklenmiş akım, rotorda yeni bir manyetik alan oluşturur ve bu alan stator sarımındaki manyetik alanla etkileşime girerek rotora devamlı dönmeye devam etmesini sağlar.
Kendi kendine manyalama ve gerilim oluşturma
Bazı senkron jeneratörler için, dış elektrik kaynağı olmaması durumunda başlangıç manyetik alanının oluşturulması için kendi kendine manyalama ve gerilim oluşturma gerekir. Kendi kendine manyalama ve gerilim oluşturma, jeneratörün artığı manyetizması ve armatür reaksiyonunu kullanarak, dış elektrik kaynağı olmaması durumunda jeneratörün çıkış gerilimini oluşturmak anlamına gelir.
Jeneratörün rotoru döndüğünde, artığı manyetizmanın varlığı nedeniyle stator sarımında zayıf bir indüklenmiş elektromotiv kuvvet oluşur. Bu indüklenmiş elektromotiv kuvvet, manyalama devresindeki doğrultucu ve düzenleyici aracılığıyla manyalama sarımını uyarır, bu da stator sarımındaki manyetik alanın güçlendirilmesine neden olur. Manyetik alan arttıkça, indüklenmiş elektromotiv kuvvet de yavaş yavaş artarak jeneratörün nominal çıkış gerilimine ulaşır.
III. Güç çıkışı ve kontrol
Güç çıkışı
Jeneratör tarafından üretilen elektrik, kablolar aracılığıyla elektrik şebekesine veya yerel yüklerine iletilir. İletim sürecinde, farklı gerilim gereksinimlerini karşılamak için bir transformatör aracılığıyla yükseltilir veya düşürülür.
Örneğin, büyük rüzgar türbinleri tarafından üretilen elektrik, uzun mesafe iletimi için yüksek gerilimli şebekeye bağlanmadan önce bir yükseltici transformatör aracılığıyla yükseltilir.
Kontrol ve koruma
Rüzgar türbininin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için kontrol ve koruma gereklidir. Kontrol sistemi, rüzgar hızı, yönü ve jeneratör çıkış gücü gibi parametrelere dayanarak pervanelerin açısı, jeneratörün dönme hızı vb. ayarlarını yaparak en iyi güç üretim verimliliğini sağlar ve ekipmanı korur.
Örneğin, rüzgar hızı çok yüksek olduğunda, kontrol sistemi pervanelerin açısını ayarlayarak pervanelerin yük taşıma alanını azaltarak, rüzgar türbininin aşırı yüklenme nedeniyle zarar görmesini önler. Aynı zamanda, kontrol sistemi jeneratörün çıkış gerilimi, akımı ve frekansı gibi parametreleri de izler. Anormal durumlar oluştuğunda, ekipman ve personelin güvenliğini korumak için zamanında elektrik beslemesini keser.
