Základní konstrukce větrné turbíny

Hlavní části větrné turbíny

Věž větrné turbíny

Věž je velmi důležitou součástí větrné turbíny, která podporuje všechny ostatní části. Nejenže podporuje turbínu, ale také ji zvedá na dostatečnou výšku, aby se lopatky při rotaci nacházely v bezpečné výšce. Kromě toho musíme udržovat výšku věže, aby mohla zachytit dostatečně silný vítr. Výška věže nakonec závisí na výkonu větrných turbin. Věže v komerčních větrných elektrárnách obvykle měří od 40 metrů do 100 metrů. Tyto věže mohou být buď trubkové ocelové, síťové nebo betonové. Pro velké větrné turbíny používáme trubkovou ocelovou věž. Tyto věže jsou obvykle vyráběny v úsecích délky 30 až 40 metrů.Každé úseč má flanče s otvory. Takové úseče jsou spojovány na místě pomocí matice a šroubu, aby tvořily kompletní věž. Kompletní věž má mírně kuželovitý tvar, což poskytuje lepší mechanickou stabilitu. Síťovou věž montujeme z různých členů oceli nebo GI úhlů nebo trubek. Všechny členy jsou spojovány matice a šrouby nebo svařovány, aby tvořily kompletní věž požadované výšky. Náklady na tyto věže jsou mnohem nižší než na ocelové trubkové věže, ale esteticky vypadají ne tak dobře jako ocelové trubkové věže. Ačkoli transport, montáž a údržba jsou poměrně snadné, moderní větrné turbínové elektrárny se vyhýbají používání síťových věží kvůli jejich vzhledu. Existuje další typ věže používaný pro malé větrné turbíny, a to je věž s opěrnými drátci. Věž s opěrnými drátci je jediný vertikální sloup podporovaný opěrnými drátky z různých stran. Díky počtu opěrných drátů je obtížné přistupovat k patě věže. Proto se tento typ věže vyhýbáme v zemědělském prostředí.

Existuje další typ věže větrné turbíny používaný pro malé elektrárny, a to hybridní typ věže. Hybridní typ věže je také věž s opěrnými drátci, ale rozdíl spočívá v tom, že místo jednoho středového sloupu používá tenkou a vysokou síťovou věž. Hybridní typ věže kombinuje jak síťový, tak opěrný typ věže.

Nádrž větrné turbíny

Nádrž je velká skříň nebo budka, která sedí na věži a obsahuje všechny součásti větrné turbíny. Obsahuje elektrický generátor, převodník energie, převodovku, řadič turbíny, kabely a otočný pohon.

Lopatky rotoru větrné turbíny

Lopatky jsou hlavní mechanickou částí větrné turbíny. Lopatky převádějí větří energii na použitelnou mechanickou energii. Když vítr dopadá na lopatky, lopatky se otáčejí. Tato rotace přenáší svou mechanickou energii na hřídel. Lopatky jsou navrženy jako letadlové křídlo. Lopatky větrných turbin mohou mít délku od 40 metrů do 90 metrů. Lopatky by měly být mechanicky dostatečně silné, aby odolaly silnému větru i během bouře. Zároveň by měly být co nejlehčí, aby usnadnily hladkou rotaci lopatek. Pro toto jsou lopatky vyráběny z vrstev skloviny a uhlíkových vláken na syntetickém posilnění.

V moderní turbíně jsou obvykle tři identické lopatky připevněny k centrálnímu hubu pomocí matice a šroubu. Každá identická lopatka je zarovnána na 120o k sobě. Tento postup poskytuje lepší distribuci hmoty a dává systému hladší rotaci.

Hřídel větrné turbíny

Hřídel přímo spojený s hubem je nízkorychlostní hřídel. Když se lopatky otáčejí, tento hřídel se otáčí stejnou otáčkami jako otáčející se hub. Tento hřídel je přímo spojen s elektrickým generátorem v případě nízkorychlostního generátoru. Většinou však je nízkorychlostní hlavní hřídel spojen s vysokorychlostním hřídelem přes převodovku. Tímto způsobem rotorové lopatky přenášejí svou mechanickou energii na hřídel, která nakonec vstupuje do elektrického generátoru.

Převodovka

Větrná turbína se neotáčí vysokou rychlostí, ale spíše jemně nízkou rychlostí. Avšak většina elektrických generátorů vyžaduje vysokou rychlost otáčení, aby generovala elektřinu na požadované napětí. Proto musí existovat nějaké zařízení pro násobení rychlosti, aby byla dosažena vysoká rychlost hřídele generátoru. Převodovka větrné turbíny toto provádí. Převodovka zvyšuje rychlost na mnohem vyšší hodnotu. Například, pokud je poměr převodovky 1:80 a pokud je otáček nízkorychlostního hlavního hřídele 15, převodovka zvýší rychlost hřídele generátoru na 15 × 80 = 1200 otáček za minutu.

Generátor

Generátor je elektrické zařízení, které převádí mechanickou energii z hřídele na elektrickou energii. Obvykle v moderních větrných turbínách používáme indukční generátory. Dříve byly populární synchronní generátory. Permanenty magnetické DC generátory jsou používány v některých větrných turbínách. Rychlost hřídele lze zvýšit pomocí převodovky, ale nemůžeme udělat rychlost hřídele konstantní. Může dojít k kolísání rychlosti hřídele, protože závisí na rychlosti větru. Toto kolísání ovlivňuje frekvenci a napětí vygenerované elektrické energie. Abychom překonali tyto problémy, obvykle používáme indukční generátor.

Protože indukční generátor vždy produkuje elektrickou energii synchronizovanou s připojenou sítí, a to bez ohledu na rychlost rotoru. Pokud použijeme třífázový synchronní generátor, pak nejdříve upravíme výstupní energii na DC a poté ji převedeme na AC s požadovaným napětím a frekvencí pomocí inverzního obvodu. Protože alternativní energie vygenerovaná synchronním generátorem není konstantní v napětí a frekvenci, ale kolísá s rychlostí rotoru. Proto v některých případech používáme DC generátor. V těchto případech je výstupní DC energie z generátoru převedena na AC s požadovaným napětím a frekvencí, než je předána do sítě.

Převodník energie