Tuuliturbiinin perusrakenne

Tuuliturbiinin pääosat

Tuuliturbiinin torni

Torni on erittäin tärkeä osa tuuliturbiinia, joka tukee kaikkia muita osia. Se ei ainoastaan tukee turbiinia, vaan nostaa sen riittävälle korkeudelle, jotta sen siiven kärjet olisivat turvallinen korkeus pyörimisen aikana. Lisäksi meidän on ylläpidettävä tornin korkeutta, jotta se saisi riittävän vahvan tuulen. Tornin korkeus riippuu lopulta tuuliturbiinin tehokapasiteetista. Kaupallisissa tuulivoimakannoissa käytettyjen turbiinien tornit ovat yleensä 40–100 metriä korkeita. Nämä tornit voivat olla joko putkitornit, hila-putkitornit tai betonitornit. Suuriin tuuliturbiineihin käytetään usein putkitornia. Ne valmistetaan yleensä 30–40 metrin pituisina osina.Jokaisella osalla on flanssit reikoilla. Näitä osia yhdistetään mutteriin ja ruuviteltavaksi paikan päällä muodostamaan täysi torni. Täysi torni on hieman kartioitu, mikä tarjoaa paremman mekaanisen vakauden. Hila-putkitorni rakennetaan eri teräs- tai GI-kulma- tai putkiosista. Kaikki osat kiinnitetään tai hitaistetaan yhteen muodostaen halutun korkeuden tornin. Nämä tornit ovat huomattavasti edullisempia kuin teräsputkitornit, mutta ne eivät näe yhtä hyvin kuin teräsputkitornit. Vaikka kuljetus, asennus ja ylläpito ovatkin helpompia, nykyisissä tuuliturbiinilaitoksissa vältetään hila-putkitornien käyttö estetiikan vuoksi. On olemassa myös toinen tornityyppi, jota käytetään pienille tuuliturbiineille, ja tämä on suorituslautatorni. Suorituslautatorni on yksi vertikaalinen pystyjalka, jota tuetaan eri puolilta suunnitelluilla joilla. Joiden määrän vuoksi on vaikea päästä käsiksi tornin alaosan alueeseen. Siksi vältetään tämän tyyppisten tornien käyttö maatalousalueilla.

On olemassa myös toinen tuuliturbiinitornityyppi, jota käytetään pienille laitoksille, ja tämä on hybriditorni. Hybriditorni on myös suorituslautatyyppinen torni, mutta ainoa ero on, että sen sijaan, että käytettäisiin yhtä pystyjalkaa keskellä, käytetään ohua ja korkeaa hila-tyyppistä tornia. Hybriditorni on sekä hila- että suorituslautatyyppisten tornien yhdistelmä.

Tuuliturbiinin nacelle

Nacelle on iso laatikko tai kiosk, joka sijaitsee tornin päällä ja sisältää kaikki tuuliturbiinin komponentit. Siihen kuuluu sähkögeneratori, tehoconvertteri, vaihteisto, turbiinin ohjausjärjestelmä, kaapelit, yaw-moottori.

Tuuliturbiinin roterilevät

Levät ovat tuuliturbiinin päämekaaniset osat. Levät muuntavat tuulen energian käyttökelpoiseksi mekaaniseksi energiaksi. Kun tuuli osuu leveihin, ne pyörivät. Tämä pyöriminen siirtää mekaanisen energiansa akseliin. Levejä on suunniteltu samankaltaisesti lentokoneiden siiveihin. Tuuliturbiinin levät voivat olla 40–90 metriä pitkiä. Levät on oltava mekaanisesti riittävän vahvoja kestääkseen vahvaakin tuulen, jopa myrskyssä. Samalla tuuliturbiinin levät on tehty mahdollisimman kevyiksi, jotta ne pyörisivät sujuvasti. Tämän vuoksi levet valmistetaan fiberglaasista ja karbonfiberiä sisältävistä kerroksista.

Nykyisessä turbiinissa yleensä kolme identtistä leveyttä kiinnitetään keskuspyörään muttereilla ja ruuveilla. Jokainen identtinen leveys on suunnattu 120o toisiaan vasten. Tämä prosessi antaa paremman massan jakautumisen ja antaa järjestelmälle sujuvamman pyörimisen.

Tuuliturbiinin akseli

Akseli, joka on suoraan yhdistetty keskuspyörään, on alhaisen nopeuden akseli. Kun levät pyörivät, tämä akseli pyörii samalla rpm:llä kuin pyörimä keskuspyörä. Yhdistämme tämän akselin suoraan sähkögeneratoriin, jos kyseessä on alhaisen nopeuden generatori. Mutta useimmissa tapauksissa alhaisen nopeuden pääakseli on yhdistetty korkean nopeuden akseliin vaihteiston avulla. Täten roterilevet siirtävät mekaanisen energiansa akselille, joka lopulta pääsee sähkögeneratoriin.

Vaihteisto

Tuuliturbiini ei pyöri korkealla nopeudella, vaan pyörii hellästi alhaisella nopeudella. Mutta useimmat sähkögeneratorit vaativat korkean nopeuden pyörimisen, jotta voitaisiin tuottaa sähkö halutulla jännitteellä. Siksi on oltava jonkinlainen nopeuden lisäysjärjestely, jolla saavutetaan generatoriakselin korkea nopeus. Tuuliturbiinin vaihteisto tekee tämän. Vaihteisto lisää nopeuden paljon korkeampaan arvoon. Esimerkiksi, jos vaihteistoratio on 1:80 ja jos alhaisen nopeuden pääakselin kierrosnopeus on 15, vaihteisto lisää generatoriakselin nopeuden 15 × 80 = 1200 rpm.

Generatori

Generatori on sähkölaite, joka muuntaa akselistä saatavan mekaanisen energian sähköenergiaksi. Nykyisissä tuuliturbiineissa käytetään yleensä induktiogeneratoria. Aiemmin synkronigeneratorit olivat suosittuja tähän tarkoitukseen. Peruskappaleen DC-generatoriä käytetään myös joissain tuuliturbiineissa. Akselin nopeutta voidaan nostaa vaihteistoasemalla, mutta emme voi tehdä akselin nopeudesta vakioa. Akselin nopeudessa voi olla vaihtelu, koska se riippuu tuulesta. Tämä vaikuttaa myös tuotettuun sähkövoiman taajuuteen ja jännitteeseen. Jotta voitaisiin ylittää nämä ongelmat, käytetään yleensä induktiogeneratoria tähän tarkoitukseen.

Koska induktiogeneratori tuottaa aina sähköä synkronisoituna yhdistettyyn verkkoon riippumatta rotorin nopeudesta. Jos käytämme kolmifasettista synkronigeneratoria, ensin suoritetaan ulostulojensa DC:n ja sitten muutetaan se haluttuun jännitteeseen ja taajuuteen inverterikreikin avulla. Koska synkronigeneratorin tuottama vaihtojännite ei ole vakio jännitteessä ja taajuudessa, vaan se vaihtelee rotorin nopeuden mukaan. Samaa syystä, joissain tapauksissa käytetään DC-generatoria tähän tarkoitukseen. Nämä tapauksissa generatorin tuottaman DC-sähkön käännöt AC:ksi halutulla jännitteellä ja taajuudella ennen sitä, kun se syötetään verkkoon.

Tehoconvertteri

Koska tuuli ei ole aina vakio, generoitu sähköpotentiaali ei ole vakio, mutta tarvitsemme erittäin vakaita jännitteitä syöttääksemme verkon. Tehoconvertteri on sähkölaite, joka stabiloi verkkoon siirrettävän vaihtojänniten.