La tour est une partie très cruciale de l'éolienne qui soutient toutes les autres parties. Elle ne soutient pas seulement la turbine, mais l'élève à une hauteur suffisante pour que ses pales soient en sécurité pendant leur rotation. De plus, nous devons maintenir la hauteur de la tour afin qu'elle puisse capter un vent suffisamment fort. La hauteur de la tour dépend finalement de la capacité de puissance des éoliennes. Les tours des turbines dans les centrales éoliennes commerciales ont généralement une hauteur comprise entre 40 mètres et 100 mètres. Ces tours peuvent être soit des tours tubulaires en acier, soit des tours treillis, soit des tours en béton. Nous utilisons une tour tubulaire en acier pour une grande éolienne. Ces tours sont généralement fabriquées en sections de 30 à 40 mètres de longueur.
Chaque section est équipée de brides avec des trous. Ces sections sont assemblées ensemble par des écrous et des boulons sur le site pour former une tour complète. La tour complète a une forme légèrement conique pour offrir une meilleure stabilité mécanique. Nous assemblons une tour treillis par différents éléments d'acier ou de tubes en acier galvanisé. Tous les éléments sont boulonnés ou soudés ensemble pour former une tour complète de la hauteur souhaitée. Le coût de ces tours est beaucoup moins élevé que celui de la tour tubulaire en acier, mais elles n'ont pas aussi bon aspect esthétique. Bien que le transport, l'assemblage et l'entretien soient assez faciles, l'utilisation de tours treillis est évitée dans les centrales éoliennes modernes en raison de leur apparence. Il existe un autre type de tour utilisé pour les petites éoliennes, c'est la tour à pylône guyé. La tour à pylône guyé est un poteau vertical unique soutenu par des câbles de retenue de différents côtés. En raison du nombre de câbles de retenue, il est difficile d'accéder à la zone de fondation de la tour. Pour cette raison, nous évitons ce type de tour dans les zones agricoles.
Il existe un autre type de tour d'éolienne utilisé pour les petites installations, c'est la tour hybride. La tour hybride est également une tour guyée, mais la seule différence est qu'au lieu d'utiliser un seul poteau au milieu, elle utilise une tour treillis fine et haute. La tour hybride est un mélange de tour treillis et de tour guyée.
La nacelle est une grande boîte ou kiosque posée sur la tour et abrite tous les composants de l'éolienne. Elle contient un générateur électrique, un convertisseur de puissance, un réducteur, un contrôleur de turbine, des câbles, un entraînement de direction.
Les pales sont les principales parties mécaniques d'une éolienne. Les pales convertissent l'énergie éolienne en énergie mécanique utilisable. Lorsque le vent frappe les pales, celles-ci tournent. Cette rotation transmet son énergie mécanique à l'arbre. Nous concevons les pales comme des ailes d'avion. Les pales d'éolienne peuvent mesurer de 40 mètres à 90 mètres de long. Les pales doivent être suffisamment solides pour résister à des vents forts, même pendant les tempêtes. En même temps, les pales d'éolienne doivent être aussi légères que possible pour faciliter la rotation fluide des pales. Pour cela, nous fabriquons les pales avec des couches de fibres de verre et de carbone sur un renfort synthétique.
Dans une éolienne moderne, trois pales identiques sont généralement fixées à un moyeu central à l'aide d'écrous et de boulons. Chaque pale identique est alignée à 120o par rapport aux autres. Ce processus permet une meilleure distribution de la masse et donne au système une rotation plus fluide.
L'arbre directement connecté au moyeu est un arbre de basse vitesse. Lorsque les pales tournent, cet arbre tourne à la même vitesse que le moyeu en rotation. Nous couplons cet arbre directement au générateur électrique dans le cas d'un générateur de basse vitesse. Mais dans la plupart des cas, l'arbre principal de basse vitesse est engrené avec un arbre de haute vitesse à travers un réducteur. Ainsi, les pales transfèrent leur énergie mécanique à l'arbre qui finalement entre dans un générateur électrique.
L'éolienne ne tourne pas à grande vitesse, mais plutôt doucement à basse vitesse. Cependant, la plupart des générateurs électriques nécessitent une rotation rapide pour produire de l'électricité à un niveau de tension souhaité. Il doit donc y avoir un arrangement de multiplication de vitesse pour atteindre la vitesse élevée de l'arbre du générateur. Le réducteur de l'éolienne fait cela. Le réducteur augmente la vitesse à une valeur beaucoup plus élevée. Par exemple, si le rapport du réducteur est de 1:80 et si la vitesse de rotation de l'arbre principal de basse vitesse est de 15 tr/min, le réducteur augmentera la vitesse de l'arbre du générateur à 15 × 80 = 1200 tr/min.
Le générateur est un dispositif électrique qui convertit l'énergie mécanique reçue de l'arbre en énergie électrique. Généralement, nous utilisons des générateurs à induction dans les éoliennes modernes. Auparavant, les générateurs synchrones étaient populaires à cette fin. Des générateurs DC à aimants permanents sont également utilisés dans certaines éoliennes. La vitesse de l'arbre peut être augmentée en utilisant un ensemble de réducteurs, mais nous ne pouvons pas rendre la vitesse de l'arbre constante. Il peut y avoir des fluctuations de la vitesse de l'arbre car elle dépend de la vitesse du vent. Ainsi, la vitesse du rotor varie également. Cette variation affecte la fréquence et la tension de l'énergie électrique générée. Pour surmonter ces problèmes, nous utilisons généralement un générateur à induction à cette fin.
Parce que le générateur à induction produit toujours de l'énergie électrique synchronisée avec le réseau connecté, indépendamment de la vitesse du rotor. Si nous utilisons un générateur synchrone triphasé, nous rectifions d'abord la puissance de sortie en courant continu, puis la convertissons en courant alternatif de tension et de fréquence désirées à l'aide d'un circuit inverseur. Parce que la puissance alternative générée par le générateur synchrone n'est pas constante en tension et en fréquence, mais varie avec la vitesse du rotor. Pour la même raison, dans certains cas, nous utilisons un générateur à courant continu. Dans ces cas, la puissance de sortie en courant continu du générateur est inversée en courant alternatif de tension et de fréquence désirées avant d'être alimentée dans le réseau.
Comme le vent n'est pas toujours constant, la tension électrique générée par le générateur n'est pas constante, mais nous avons besoin d'une tension très stable pour alimenter le réseau. Un convertisseur de puissance est un dispositif électrique qui stabilise la tension alternative de sortie transférée au réseau.
