איך טורבינות רוח מפיקות חשמל ללא מקור אנרגיה חיצוני?

בabsence של מקור חשמל חיצוני, טורבינה רוח יכולה לייצר חשמל בשיטות הבאות:

I. עקרון פעולת הרוח

המרת אנרגיית רוח לאנרגיה מכנית

להבים של טורבינת רוח מעוצבים בצורה מסוימת. כשהרוח נושבת מעל להבים, עקב הצורה המיוחדת של להבים והעקרונות של אווירודינמיקה, האנרגיה הקינטית של הרוח מתמירה לאנרגיה מכנית סיבובית של להבים.

לדוגמה, להבי טורבינת רוח גדולה הם בדרך כלל עשרות מטרים באורך ובעצם דומים לכנף מטוס. כשהרוח נושבת במהירות מסוימת מעל להבים, מהירויות הזרימה האוויר על פני השטחים העליונים והתחתונים של להבים שונות, ובכך נוצר הפרש לחץ וממשיכים להזיז את להבים לסיבוב.

העברת אנרגיה מכנית באמצעות מערכת ההעברה

הסיבוב של להבים מועבר לרוטור של הגנרטור דרך מערכת ההעברה. מערכת ההעברה כוללת בדרך כלל חלקים כמו תיבת הילוכים וציר העברה. תפקידו להמיר את הסיבוב איטי עם כוח מומנט גבוה לסיבוב מהיר עם כוח מומנט נמוך הנדרש לגנרטור.

לדוגמה, בטורבינות רוח מסוימות, תיבת ההילוכים יכולה להגדיל את מהירות הסיבוב של להבים בכמה עשרות או אפילו מאות פעמים כדי לעמוד בדרישות המהירות של הגנרטור.

II. עקרון פעולה של הגנרטור

ייצור חשמל באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית

טורבינות רוח משתמשות בדרך כלל בגנרטורים א-סינכרונים או סינכרונים. בabsence של מקור חשמל חיצוני, הרוטור של הגנרטור מסתובב בהנעה של להבים, חותך את השדה המגנטי בסליל הסטטור ומכאן מייצר מתח מושרה.

לפי חוק האינדוקציה אלקטרומגנטית, כאשר מוליך נע בשדה מגנטי, מתח מושרה מופק בשני קצות המוליך. בטורבינת רוח, הרוטור של הגנרטור שקול למוליך, והשדה המגנטי בסליל הסטטור נוצר על ידי מגנטים קבועים או סליילים מאגנטים.

לדוגמה, הרוטור של גנרטור א-סינכרוני הוא מבנה דומה לעכבר ספין. כשהרוטור מסתובב בשדה המגנטי, המוליכים ברוטור חותכים את השדה המגנטי ומפיקים זרם מושרה. הזרם המושרה הזה יוצר שוב שדה מגנטי ברוטור, המתקשר עם השדה המגנטי בסליל הסטטור, ובכך ממשיך להזיז את הרוטור לסיבוב.

אקסיטציה עצמית ובניית מתח

לגנרטורים סינכרונים מסוימים נדרש בניית מתח באמצעות אקסיטציה עצמית כדי להקים את השדה המגנטי הראשוני. אקסיטציה עצמית ובניית מתח מתארת שימוש במגנטיות השארית של הגנרטור והתגובה של הארמור כדי להקים את מתח הפלט של הגנרטור בabsence של מקור חשמל חיצוני.

כאשר הרוטור של הגנרטור מסתובב, בשל קיומה של מגנטיות שארית, מתח מושרה חלש מופק בסליל הסטטור. המתח המושרה עובר דרך מתקן מתקן ורגולטור בערוץ האקסיטציה כדי להמריץ את סליל האקסיטציה, ובכך לחזק את השדה המגנטי בסליל הסטטור. ככל שהשדה המגנטי גדל, המתח המושרה יגדל בהדרגה עד שמגיע למתח פלט המוגדר של הגנרטור.

III. פלט כוח וניהול

פלט כוח

החשמל שנוצר על ידי הגנרטור מועבר לרשת החשמל או עומסים מקומיים באמצעות כבלים. במהלך ההעברה, יש צורך להעלות או להוריד את המתח באמצעות טרנספורטר כדי לעמוד בדרישות מתח שונות.

לדוגמה, החשמל שנוצר על ידי טורבינות רוח גדולות בדרך כלל צריך להעלться על ידי טרנספורטר עלייה לפני שהוא יכול להתחבר לרשת החשמל בעלת מתח גבוה עבור העברת מרחקים ארוכים.

ניהול ושימור

כדי להבטיח את הפעולה הבטוחה והיציבה של טורבינת הרוח, היא צריכה להיות מנוהלת ומוגנת. מערכת הניהול יכולה להתאים את הזוויות של להבים, מהירות הסיבוב של הגנרטור וכדומה בהתאם לפרמטרים כמו מהירות הרוח, כיוון הרוח ופלט הכוח של הגנרטור כדי להשיג יעילות ייצור כוח טובה ביותר ולהגן על הציוד.

לדוגמה, כשהמהירות של הרוח גבוהה מדי, מערכת הניהול יכולה להתאים את זוויות להבים כדי להפחית את שטח העמסה של להבים למנוע מטורבינת הרוח להיפגע מחומרים יתר. באותו הזמן, מערכת הניהול יכולה גם לפקח על פרמטרים כמו מתח הפלט, זרם ותדר של הגנרטור. כשהוא מצב חריג מתרחש, היא יכולה לקטוע את החשמל בזמן כדי להגן על בטיחות הציוד והאנשים.