Kako vetrne turbine proizvajajo električno energijo brez zunanje vire energije?

V odsotnosti zunanje vire energije lahko veterjna elektrarna generira električno energijo na naslednji način:

I. Načelo delovanja, pogon s vetrom

Pretvorba energije vetra v mehansko energijo

Lopatice veterne elektrarne so oblikovane v določeni obliki. Ko veter preplavlja lopatice, zaradi posebne oblike lopatic in principov aerodinamike se kinetična energija vetra pretvori v vrtilno mehansko energijo lopatic.

Na primer, lopatice velike veterne elektrarne so običajno desetine metrov dolge in imajo obliko, podobno krilu letala. Ko veter preplavlja lopatice z določeno hitrostjo, so hitrosti zraka na zgornji in spodnji površini lopatic različne, kar ustvarja razliko v tlaku in goni lopatice, da se vrtijo.

Prenos mehanske energije preko prenosnega sistema

Vrtilna gibanja lopatic se prenese na rotor generatorja preko prenosnega sistema. Prenosni sistem običajno vključuje komponente, kot so prenosni valj in prenosni val. Njegova funkcija je, da pretvori nizko hitrost in visok navor vrtenja lopatic v visoko hitrost in nizki navor, ki jih zahteva generator.

Na primer, v nekaterih veterjnih elektrarnah lahko prenosni valj poveča hitrost vrtenja lopatic za deset ali celo sto krat, da bi izpolnil zahteve po hitrosti generatorja.

II. Delovni princip generatorja

Generiranje električne energije z elektromagnetsko indukcijo

Veterne elektrarne običajno uporabljajo asinhronne ali sinhronne generatorje. V odsotnosti zunanje vire energije se rotor generatorja vrti pod vplivom lopatic, reže magnetno polje v statorskem viklaju in tako ustvari inducirano elektromotorično silo.

Po zakonu elektromagnetske indukcije, ko se vodilo premika v magnetnem polju, se na njegovih koncih ustvari inducirana elektromotorična sila. V veterjni elektrarni je rotor generatorja enakovreden vodilu, magnetno polje v statorskem viklaju pa ustvarijo stalni magneti ali navoj excitacije.

Na primer, rotor asinhronnega generatorja ima strukturo miska. Ko se rotor vrti v magnetnem polju, vodila v rotorju režejo magnetno polje in generirajo induciran tok. Ta inducirani tok v svoji vrsti ustvari magnetno polje v rotorju, ki se medsebojno dejansko z magnetnim poljem v statorskem viklaju, kar vzroči, da rotor nadaljuje s vrtenjem.

Samozaznavanje in gradnja napetosti

Za nekatere sinhronne generatorje je potrebno, da se napetost gradi z samozaznavanjem, da se uvede začetno magnetno polje. Samozaznavanje in gradnja napetosti pomenita uporabo ostanka magnetizma generatorja in armaturne reakcije za ustanovitev izhodne napetosti generatorja v odsotnosti zunanje vire energije.

Ko se rotor generatorja vrti, se zaradi obstoječega ostanka magnetizma v statorskem viklaju ustvari šibka inducirana elektromotorična sila. Ta inducirana elektromotorična sila prehaja skozi pravokotnik in reguliralec v navoji excitacije, da excitira navoj excitacije, kar poslabša magnetno polje v statorskem viklaju. Ko se poveča magnetno polje, bo inducirana elektromotorična sila postopoma narastla, dokler ne doseže nominalno izhodno napetost generatorja.

III. Izhod moči in krmiljenje

Izhod moči

Električna energija, ki jo generira generator, se prenaša na električni omrežje ali krajevne bremena preko kabelov. Med prenosom mora biti napetost povišana ali znižana z transformatorjem, da bi zadostovala različnim zahtevam glede napetosti.

Na primer, električna energija, ki jo generirajo velike veterne elektrarne, običajno potrebuje, da jo poviša transformator preden se lahko poveže na visokonapetostno električno omrežje za dolgočasni prenos.

Krmiljenje in zaščita

Za zagotovitev varnega in stabilnega delovanja veterne elektrarne jo je potrebno krmiliti in zaščititi. Sistem krmiljenja lahko glede na parametre, kot so hitrost in smer vetra ter izhodna moč generatorja, prilagodi kot lopatic, hitrost vrtenja generatorja itd., da doseže najboljšo učinkovitost generiranja električne energije in zaščiti opremo.

Na primer, ko je hitrost vetra previsoka, sistem krmiljenja lahko prilagodi kot lopatic, da zmanjša površino, ki sprejema silo, in tako prepreči, da bi veterjna elektrarna bila poškodovana zaradi preobremenitve. Hkrati sistem krmiljenja lahko tudi nadzira parametre, kot so izhodna napetost, tok in frekvenca generatorja. Ko nastanejo nenormalne situacije, lahko čim prej prekine oskrbo z energijo, da zaščiti varnost opreme in osebja.