Во отсустување на надворешен извор на енергија, ветротурбината може да генерира електрична енергија на следниве начини:
I. Принцип на функционирање под влијание на ветар
Превртување на ветрената енергија во механичка енергија
Лопатките на ветротурбината се дизајнирани со специфична форма. Кога ветар ја облажи лопатките, поради специфичната форма на лопатките и принципите на аеродинамиката, кинетичката енергија на ветарот се превртува во ротационна механичка енергија на лопатките.
На пример, лопатките на голема ветротурбина обично се неколку десетки метри долги и имаат форма слична на крило на авион. Кога ветар ја облажи лопатките со одредена брзина, брзините на воздухот на горната и долната површина на лопатките се различни, што го создава притисниот разлик и ги приведува лопатките во ротација.
Премин на механичката енергија преку системот за пренос
Ротацијата на лопатките се пренесува до роторот на генераторот преку системот за пренос. Системот за пренос обично вклучува компоненти како што се преносник и преносна оска. Неговата функција е да конвертира нискобрзинската, високомоментна ротација на лопатките во високобрзинска, нискомоментна ротација потребна за генераторот.
На пример, во некои ветротурбини, преносникот може да зголеми брзината на ротација на лопатките со неколку десетки или чак стотици пати за да задоволи брзинските барања на генераторот.
II. Принцип на работа на генераторот
Генерирање на електричество преку електромагнетна индукција
Ветротурбините обично користат асинхрони или синхрони генератори. Во отсустување на надворешен извор на енергија, роторот на генераторот се ротира под влијание на лопатките, секајќи магнетно поле во статорната намотка и така генерира индуцирана електродвижна сила.
Според законот за електромагнетна индукција, кога проводник се движи во магнетно поле, се генерира индуцирана електродвижна сила на двата краја на проводникот. Во ветротурбината, роторот на генераторот е еквивалентен на проводник, а магнетното поле во статорната намотка се генерира од постојан магнет или намотка за возбудување.
На пример, роторот на асинхрониот генератор е со структура на клетка. Кога роторот се ротира во магнетното поле, проводниците во роторот секајќи магнетното поле и генерираат индуциран ток. Овој индуциран ток повторно генерира магнетно поле во роторот, кој интерагира со магнетното поле во статорната намотка, што продолжува ротацијата на роторот.
Самовозбудување и градбање на напон
За некои синхрони генератори, потребно е самовозбудување и градбање на напон за да се установи почетното магнетно поле. Самовозбудување и градбање на напон значи да се користи остаточната магнетност на генераторот и реакцията на брзањето за да се установи излезниот напон на генераторот во отсустување на надворешен извор на енергија.
Кога роторот на генераторот се ротира, поради постојаноста на остаточната магнетност, се генерира слаба индуцирана електродвижна сила во статорната намотка. Оваа индуцирана електродвижна сила поминува низ правоуголник и регулатор во возбудувачката кола за да возбуди возбудувачката намотка, што ја јача магнетната поље во статорната намотка. Со зголемување на магнетното поле, индуцираната електродвижна сила ќе се зголемува постепено се додека не достигне до назначениот излезен напон на генераторот.
III. Излез на моќ и контрола
Излез на моќ
Електричната енергија генерирана од генераторот се пренесува до мрежата или локалните оптерења преку кабели. Токму во процесот на пренос, потребно е да се зголеми или намали со трансформатор за да се задоволат различните барања за напон.
На пример, електричната енергија генерирана од големи ветротурбини обично треба да се зголеми со трансформатор пред да се поврзе со високонапонската мрежа за долг расстояние пренос.
Контрола и заштита
За да се осигура сигурно и стабилно функционирање на ветротурбината, потребно е да се контролира и заштити. Контролната система може да ја прилагоди аголот на лопатките, брзината на ротација на генераторот итн. според параметри како што се брзината на ветар, правецот на ветар и излезната моќ на генераторот за да се постигне најдобра ефикасност на производство на електричество и заштита на опремата.
На пример, кога брзината на ветар е премногу голема, контролната система може да ја прилагоди аголот на лопатките за да се намали областа на лопатките под влијание на силата и да се спречи ветротурбината од повреда поради прекумерна натовареност. Исто така, контролната система може да ги мониторира параметрите како што се излезниот напон, ток и фреквенција на генераторот. Кога се случат аномалии, може да прекине напонот своевремено за да се заштити безбедноста на опремата и личностите.
