Kā vēja turbīnas ģenerē elektrību bez ārējas enerģijas avota?
Nepieciešamības gadījumā ārēja enerģijas avota trūkumā vēja turbīna var veidot elektroenerģiju šādi:
I. Vēja pārveidošanas princips
Vēja enerģijas pārveidošana mehāniskajā enerģijā
Vēja turbīnas lopas ir dizainētas specifiskā formā. Kad vējš plūst pāri lopām, tās speciālā forma un aerodinamikas principi nodrošina, ka vēja kinētiskā enerģija tiek pārvērsta lopu rotācijas mehāniskajā enerģijā.
Piemēram, liela vēja turbīna parasti ir vairākas desmitaines metrus gara un tās forma ir līdzīga lidmašīnas sparniem. Kad vējš plūst noteiktā ātrumā pāri lopām, gaismā un apakšā lopu virsotnes plūsmas ātrumi atšķiras, radot spiediena atšķirību, kas piespiež lopas rotēt.
Mehāniskās enerģijas pārne ar pārnesešanas sistēmu
Lopu rotācija tiek pārnesta dzinēja rotoram caur pārnesešanas sistēmu. Pārnesešanas sistēma parasti ietver daļas, piemēram, pārneses detaļu komplektu un pārnesešanas vāli. Tās funkcija ir pārveidot lopu zema ātruma, augstā momenta rotāciju par dzinējam nepieciešamo augsta ātruma, zema momenta rotāciju.
Piemēram, dažās vēja turbīnās pārneses detaļu komplekts var palielināt lopu rotācijas ātrumu vairākus desmitus vai pat simtiem reižu, lai izpildītu dzinēja ātruma prasības.
II. Dzinēja darbības princips
Elektromagnētiskās indukcijas princips
Vēja turbīnas parasti izmanto asinhronos dzinējus vai sinhronos dzinējus. Nepieciešamības gadījumā, kad nav ārēja enerģijas avota, dzinēja rotors rotē lopu vadībā, sadalot magnētisko lauku statora vijos, tādējādi radot inducēto elektromotivitāti.
Saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu, kad vednis kustas magnētiskajā laukā, tā galos rodas inducēta elektromotivitāte. Vēja turbīnā dzinēja rotors ir līdzīgs vednim, un magnētiskais lauks statora vijos tiek ģenerēts pastāvīgajiem magnētiem vai uzvedības vijiem.
Piemēram, asinhronā dzinēja rotors ir peļņugultņu struktūras. Kad rotors rotē magnētiskajā laukā, vedni rotora pārklīst magnētiskais lauks un rodas inducēta strāva. Šī inducētā strāva savukārt rada magnētisku lauku rotorā, kas interakcijā ar magnētisko lauku statora vijos nodrošina, ka rotors turpina rotēt.
Pašinducēšanās un sprieguma uzbūve
Dažiem sinhronajiem dzinējiem nepieciešama pašinducēšanās, lai izveidotu sākotnējo magnētisko lauku. Pašinducēšanās un sprieguma uzbūve nozīmē, ka izmantojot dzinēja atlikušo magnetismu un armatūras reakciju, tiek izveidots dzinēja izvades spriegums bez ārēja enerģijas avota.
Kad dzinēja rotors rotē, atlikušās magnetizācijas dēļ statora vijos rodas vāja inducēta elektromotivitāte. Šī inducētā elektromotivitāte nonāk uzvedības shēmas rektilā un regulētā, lai uzvedītu uzvedības vijus, stiprinot magnētisko lauku statora vijos. Kā tikai magnētiskais lauks palielinās, inducētā elektromotivitāte arī palielinās, līdz sasniedz dzinēja nominālo izvades spriegumu.
III. Jaudas izvade un kontrolēšana
Jaudas izvade
Dzinēja ģenerētā elektrība tiek pārnesta uz enerģijas tīklu vai vietējos slodzes punktus caur kabeļiem. Pārnesešanas procesā tai jātiek paaugstināta vai pazemināta transformatoru palīdzībā, lai atbilstu dažādiem sprieguma prasībām.
Piemēram, lielu vēja turbīnu ģenerētā elektrība parasti jāpaaugstina paaugstināšanas transformatora palīdzībā, pirms to var savienot ar augstsprieguma enerģijas tīklu garākās attālumā pārnesešanas dēļ.
Kontrole un aizsardzība
Lai nodrošinātu vēja turbīnas drošu un stabila darbību, tai nepieciešama kontrole un aizsardzība. Kontroles sistēma var pielāgot lopu leņķi, dzinēja rotācijas ātrumu utt., atkarībā no parametriem, piemēram, vēja ātruma, vēja virziena un dzinēja izvades jaudas, lai sasniegtu labāko jaudas ražošanas efektivitāti un aizsargātu aprīkojumu.
Piemēram, ja vēja ātrums ir pārāk augsts, kontroles sistēma var pielāgot lopu leņķus, lai samazinātu lopu spraugu, lai novērstu pārmērīgu slodzi un vēja turbīnas bojājumu. Turklāt kontroles sistēma var arī monitorēt dzinēja izvades spriegumu, strāvu un frekvenci. Ja notiek neuzticami situācijas, tā var laicīgi atslēgt enerģijas piegādi, lai aizsargātu aprīkojuma un personāla drošību.
