Construcció bàsica del aerogenerador
Parts Principals del Turbogenerador Eòlic
Torra del Turbogenerador Eòlic
La torra és una part molt important del turbogenerador eòlic que suporta totes les altres parts. No només suporta el turbogenerador, sinó que també l'eleva a una altura suficient perquè les seves paletes estiguin a una alçada segura durant la rotació. A més, hem de mantenir l'alçada de la torra perquè pugui rebre vent suficientment fort. L'alçada de la torra depèn finalment de la capacitat de potència dels turbogeneradors eòlics. La torra dels turbogeneradors en plantes de generació d'energia eòlica comercial normalment es troba entre els 40 i els 100 metres. Aquestes torres poden ser de tipus tubular d'acer, de retícula o de formigó. Utilitzem una torra tubular d'acer per als grans turbogeneradors eòlics. Normalment són fabricades en seccions de 30 a 40 metres de llargada.
Cada secció té flanges amb forats. Aquestes seccions s'ajusten juntament amb tornills a la zona de treball per formar una torra completa. La torra completa té una forma lleugerament cònica per proporcionar millor estabilitat mecànica. Assemblem una torra de retícula amb diferents membres d'acer o angles de GI. Tots els membres són boltxats o soldats juntament per formar una torra completa de l'alçada desitjada. El cost d'aquestes torres és molt menys que el de les torres tubulars d'acer, però no tenen tan bon aspecte com les torres tubulars d'acer. Encara que el transport, l'assembleig i el manteniment són fàcils, l'ús de les torres de retícula s'evita en les plantes modernes de turbogeneradors eòlics degut al seu aspecte. Hi ha un altre tipus de torra utilitzada per a petits turbogeneradors eòlics, i això és la torra de pols guiat. La torra de pols guiat és un sol pol vertical sostenut per cables guia de diferents costats. Degut a la quantitat de cables guia, és difícil accedir a l'àrea de base de la torra. Per això, evitem aquest tipus de torra en zones agrícoles.
Hi ha un altre tipus de torra de turbogenerador eòlic utilitzada per a petites plantes, i això és una torra híbrida. La torra híbrida també és un tipus de torra guiat, però la única diferència és que en lloc d'utilitzar un sol pol al mig, utilitza una torra de retícula fina i alta. La torra híbrida és una combinació de les torres de retícula i de les torres guiat.
Nacelle del Turbogenerador Eòlic
La nacelle és una gran capsa o quiosc que es situa sobre la torra i conté tots els components del turbogenerador eòlic. Conté un generador elèctric, un convertidor de potència, una caixa de canvi, un controlador del turbogenerador, cablats i un sistema de gir (yaw drive).
Paletes del Rotor del Turbogenerador Eòlic
Les paletes són les principals parts mecàniques d'un turbogenerador eòlic. Les paletes converteixen l'energia eòlica en energia mecànica utilitzable. Quan el vent impacta les paletes, aquestes roten. Aquesta rotació transmet la seva energia mecànica a l'eix. Dissenyem les paletes com ales d'avió. Les paletes del turbogenerador eòlic poden tenir entre 40 i 90 metres de llargada. Les paletes han de ser mecànicament prou fortes per resistir vents forts fins i tot durant les tempestes. Alhora, les paletes del turbogenerador eòlic han de ser tan lleugeres com sigui possible per facilitar la rotació suau de les paletes. Per això, fem les paletes amb fibra de vidre i fibra de carboni en capes sintètiques reforçades.
En un turbogenerador modern, normalment s'ajusten tres paletes idèntiques a un hub central utilitzant tornells. Cada paleta idèntica s'orienta a 120o les unes respecte a les altres. Aquest procés fa una millor distribució de massa i dóna al sistema una rotació més suau.
Eix del Turbogenerador Eòlic
L'eix connectat directament al hub és un eix de baixa velocitat. Quan les paletes roten, aquest eix gira amb la mateixa rpm que el hub rotant. Connectem aquest eix directament al generador elèctric en cas de generador de baixa velocitat. Però en la majoria dels casos, l'eix principal de baixa velocitat està acoblado amb un eix de alta velocitat a través d'una caixa de canvi. D'aquesta manera, les paletes del rotor transferixen la seva energia mecànica a l'eix, que finalment entra en un generador elèctric.
Caixa de Canvi
El turbogenerador eòlic no gira a alta velocitat, sinó que gira suavement a baixa velocitat. Però la majoria dels generadors elèctrics necessiten una rotació de alta velocitat per generar electricitat a un nivell de tensió desitjat. Per tant, hi ha d'haver algun dispositiu de multiplicació de velocitat per aconseguir una alta velocitat de l'eix del generador. La caixa de canvi del turbogenerador ho fa. La caixa de canvi augmenta la velocitat a un valor molt més alt. Per exemple, si la relació de la caixa de canvi és 1:80 i si la rpm de l'eix de baixa velocitat és 15, la caixa de canvi augmentarà la velocitat de l'eix del generador a 15 × 80 = 1200 rpm.
Generador
El generador és un dispositiu elèctric que converteix l'energia mecànica rebuda de l'eix en energia elèctrica. Normalment, utilitzem generadors d'inducció en els turbogeneradors eòlics moderns. Anteriorment, els generadors síncrons eren populars per a aquest propòsit. També s'utilitzen generadors de corrent contínua de magnèts permanents en alguns turbogeneradors eòlics. La velocitat de l'eix es pot fer alta utilitzant un conjunt de caixa de canvi, però no podem fer constant la velocitat de l'eix. Pot haver-hi fluctuacions en la velocitat de l'eix ja que depèn de la velocitat del vent. Així, la velocitat del rotor també varia. Aquesta variació afecta la freqüència i la tensió de l'energia elèctrica generada. Per superar aquests problemes, normalment utilitzem un generador d'inducció per a aquest propòsit.
Perquè el generador d'inducció sempre produeix energia elèctrica sincronitzada amb la xarxa connectada, independentment de la velocitat del rotor. Si utilitzem un generador trifàsic síncron, primer rectificam la potència de sortida a CC i després la convertem a CA de la tensió i freqüència desitjades utilitzant un circuit inversor. Perquè la potència alternativa generada pel generador síncron no és constant en tensió i freqüència, sinó que varia amb la velocitat del rotor. Per aquesta mateixa raó, en alguns casos, utilitzem un generador de corrent contínua per a aquest propòsit. En aquests casos, la potència de sortida en CC del generador s'inverteix a CA de la tensió i freqüència desitjades abans de ser alimentada a la xarxa.
Convertidor de Potència
Com que el vent no és sempre constant, l'energia elèctrica generada pel generador no és constant, però necessitem una tensió molt estable per alimentar la xarxa. Un convertidor de potència és un dispositiu elèctric que estabilitza la tensió alternada de sortida transferida a la xarxa.
