Dış bir güç kaynağı olmaması durumunda, bir rüzgar türbini aşağıdaki yollarla elektrik üretebilir:
I. Rüzgarın çalışma prensibi
Rüzgar enerjisini mekanik enerjiye dönüştürme
Bir rüzgar türbininin pervaneleri belirli bir şekle sahiptir. Rüzgar pervanelerin üzerinden geçtiğinde, pervane şekli ve aerodinamik prensipler nedeniyle rüzgarın kinetik enerjisi pervanelerin döner mekanik enerjisine dönüşür.
Örneğin, büyük bir rüzgar türbininin pervaneleri genellikle birkaç on metre uzunluğundadır ve bir uçak kanadına benzer bir şekildedir. Rüzgar belirli bir hızda pervanelerin üzerinde geçtiğinde, pervanelerin üst ve alt yüzeylerindeki hava akışı hızları farklı olur, bu da bir basınç farkı oluşturur ve pervaneleri dönmeye zorlar.
İletim sistemi ile mekanik enerjinin iletilmesi
Pervanelerin dönmeleri, iletim sistemi aracılığıyla jeneratörün rotora iletilir. İletim sistemi genellikle dişli kutusu ve iletim şaftı gibi bileşenleri içerir. İşlevi, pervanelerin düşük hızlı, yüksek torklu dönmelerini, jeneratörün gerektirdiği yüksek hızlı, düşük torklu dönmeye dönüştürmektir.
Örneğin, bazı rüzgar türbinlerinde, dişli kutusu pervanelerin döndürme hızını birkaç on veya hatta yüz katına çıkarabilir, böylece jeneratörün hız gereksinimlerini karşılayabilir.
II. Jeneratörün çalışma prensibi
Elektromanyetik indüksiyon ile elektrik üretimi
Rüzgar türbinleri genellikle asenkron jeneratörler veya senkron jeneratörler kullanırlar. Dış bir güç kaynağı olmaması durumunda, jeneratörün rotoru pervaneler tarafından sürüklendiğinde, stator bobinindeki manyetik alan kestirilerek bir indüklenmiş elektromotif kuvvet oluşturulur.
Elektromanyetik indüksiyon yasasına göre, bir iletken bir manyetik alanda hareket ederse, iletkenin iki ucunda bir indüklenmiş elektromotif kuvvet oluşur. Bir rüzgar türbininde, jeneratörün rotoru bir iletken gibidir ve stator bobinindeki manyetik alan kalıcı mıknatıslar veya manyetizasyon bobinleri tarafından oluşturulur.
Örneğin, asenkron jeneratörün rotoru bir sincap kafesi yapısındadır. Rotor manyetik alanında döndüğünde, rotordaki iletkenler manyetik alanı keser ve bir indüklenmiş akım oluşturur. Bu indüklenmiş akım, rotorda bir manyetik alan oluşturur, bu da stator bobinindeki manyetik alanla etkileşime girerek rotordan sürekli dönmeye devam etmesini sağlar.
Kendiliğinden manyetizasyon ve gerilim oluşturma
Bazı senkron jeneratörler için, ilk manyetik alanın oluşturulması için kendiliğinden manyetizasyon ve gerilim oluşturma gerekir. Kendiliğinden manyetizasyon ve gerilim oluşturma, jeneratörün artıklık manyetizması ve armatür tepkimesini kullanarak, dış bir güç kaynağı olmadan jeneratörün çıkış gerilimini kurma işlemidir.
Jeneratörün rotoru döndüğünde, artıklık manyetizmanın varlığı nedeniyle stator bobininde zayıf bir indüklenmiş elektromotif kuvvet oluşur. Bu indüklenmiş elektromotif kuvvet, manyetizasyon devresindeki düzeltici ve düzenleyiciyi geçirerek manyetizasyon bobinini manyetize eder, bu da stator bobinindeki manyetik alanın güçlenmesine neden olur. Manyetik alan arttıkça, indüklenmiş elektromotif kuvvet de 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 tarafından yükseltilmesi veya düşürülmesi gerekir.
Örneğin, büyük rüzgar türbinleri tarafından üretilen elektrik genellikle uzun mesafe iletimi için yüksek gerilimli elektrik şebekesine bağlanmadan önce bir yükseltme transformatörü tarafından yükseltilmelidir.
Kontrol ve koruma
Rüzgar türbininin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için kontrol ve koruma ihtiyacı vardır. Kontrol sistemi, rüzgar hızı, rüzgar yönü ve jeneratör çıkış gücü gibi parametrelere bağlı olarak pervanelerin açısını, jeneratörün döndürme hızını vb. ayarlayabilir, böylece en iyi güç üretim verimliliğini elde edebilir ve ekipmanı koruyabilir.
Örneğin, rüzgar hızı çok yüksek olduğunda, kontrol sistemi pervanelerin kuvvet alıcı alanını azaltmak için pervane açısını ayarlayarak, rüzgar türbininin aşırı yüklenerek zarar görmesini önleyebilir. Aynı zamanda, kontrol sistemi, jeneratörün çıkış gerilimi, akımı ve frekansı gibi parametreleri izleyebilir. Anormal durumlar oluştuğunda, zamanında güç kaynaklarını keserek ekipman ve personelin güvenliğini sağlayabilir.
