Osnovna konstrukcija vjetroelektrane

Glavni dijelovi vjetrogeneratorske turbine

Stup vjetrogeneratorske turbine

Stup je vrlo važan dio vjetrogeneratorske turbine koji podržava sve ostale dijelove. On ne samo podržava turbinu, već i podiže je na dovoljnu visinu kako bi se njene lopate pri rotaciji nalazile na sigurnoj visini. Također, moramo održavati visinu stupnja kako bi mogao dobiti dovoljno jak vjetar. Visina stupa u konačnici ovisi o snazi vjetrogeneratora. Stupovi u komercijalnim vjetroelektrani obično su u rasponu od 40 do 100 metara. Ovi stupovi mogu biti bušasti čelični stupovi, mrežasti stupovi ili betonski stupovi. Koristimo bušasti čelični stup za velike vjetrogeneratore. Obično se proizvode u sekcijama duljine 30 do 40 metara.Svaka sekcija ima flanše s otvorima. Takve se sekcije spajaju na lokaciji pomoću glavica i šrafova kako bi formirali kompletni stup. Kompletni stup ima blago konusni oblik kako bi osigurao bolju mehaničku stabilnost. Mrežasti stup sastavlja se od različitih čelika ili GI kutova ili cevi. Svi elementi su spojeni pomoću šrafova ili zavarivani kako bi formirali željeni stup. Trošak ovih stupova je mnogo niži nego trošak čeličnih bušastih stupova, ali estetski ne izgledaju toliko dobro kao čelični bušasti stupovi. Iako je prijevoz, montaža i održavanje lako, mrežasti stup se izbjegava u modernim vjetrogeneratorima zbog svojeg estetskog izgleda. Postoji još jedan tip stupa koji se koristi za male vjetrogeneratore, a to je stup sa podupiranjem. Stup sa podupiranjem je jedan vertikalni stup podržan guy-žicama s različitih strana. Zbog brojnih guy-žica teško je pristupiti podnožju stupa. Zbog toga se ovaj tip stupa izbjegava na poljoprivrede.

Postoji još jedan tip stupa za vjetrogenerator koji se koristi u manjim instalacijama, a to je hibridni stup. Hibridni stup je također stup sa podupiranjem, ali jedina razlika je u tome što umjesto jednog stuba u sredini koristi se visok i tanki mrežasti stup. Hibridni stup je kombinacija mrežastog i stupnog sa podupiranjem.

Nacelle vjetrogeneratorske turbine

Nacelle je veliki okvir ili kiosk koji se nalazi na stupu i sadrži sve dijelove vjetrogeneratorske turbine. Uključuje električni generator, pretvarač snage, mjenjač brzine, kontroler turbine, kable, pogonski uređaj za yaw.

Lopate vjetrogeneratorske turbine

Lopate su glavni mehanički dijelovi vjetrogeneratorske turbine. Lopate pretvaraju energiju vjetra u upotrijebivu mehaničku energiju. Kada vjetar udari u lopate, one se okreću. Ova rotacija prenosi svoju mehaničku energiju na valjak. Lopate dizajnirane su poput krila aviona. Lopate vjetrogeneratorske turbine mogu biti dugacke 40 do 90 metara. Lopate trebaju biti mehanički dovoljno čvrste da izdrže jak vjetar, čak i tijekom oluje. U isto vrijeme, lopate trebaju biti izrađene što svjetlije kako bi omogućile gladku rotaciju. Za to, lopate izrađuju se od slojeva staklovlake i ugljen vlakna na sintetičkom armiranju.

U modernoj turbini, obično tri identične lopate su fiksirane na centralni hub pomoću glavica i šrafova. Svaka identična lopata poravnata je na 120° jedna prema drugoj. Taj postupak omogućuje bolju distribuciju mase i daje sustavu gladkiju rotaciju.

Valjak vjetrogeneratorske turbine

Valjak direktno povezan s hubom je niskobrzinski valjak. Kada se lopate okreću, ovaj valjak se okreće s istim obrtajima kao i rotirajući hub. Direktno smo spojili ovaj valjak na električni generator u slučaju niskobrzinskog generatora. Ali u većini slučajeva, niskobrzinski glavni valjak je vezan s visokobrzinskim valjakom putem mjenjača brzine. Na taj način, lopate prenose svoju mehaničku energiju na valjak, koji konačno ulazi u električni generator.

Mjenjač brzine

Vjetrogeneratorska turbina ne okreće se na visoku brzinu, već blagom brzinom. Ali većina električnih generatora zahtijeva visokobrzinsku rotaciju kako bi generirala struju na željenom naponu. Stoga mora postojati neka aranžman za povećanje brzine kako bi se postigla visoka brzina valjka generatora. Mjenjač brzine vjetrogeneratorske turbine radi upravo to. Mjenjač brzine povećava brzinu na znatno veću vrijednost. Na primjer, ako je omjer mjenjača 1:80, a obrtaja niskobrzinskog glavnog valjka 15, mjenjač će povećati brzinu valjka generatora na 15 × 80 = 1200 obrtaja u minuti.

Generator

Generator je električki uređaj koji pretvara mehaničku energiju dobivenu od valjka u električnu energiju. Obično koristimo induktivne generatore u modernim vjetrogeneratorima. Prethodno, sinkroni generatori bili su popularni za tu svrhu. Generatori sa stalnim magnetom također se koriste u nekim vjetrogeneratorima. Brzinu valjka možemo povećati koristeći sklop mjenjača brzine, ali ne možemo održati konstantnu brzinu valjka. Može doći do fluktuacija brzine valjka jer ovisi o brzini vjetra. Stoga, varira i brzina rotora. Ova varijacija utječe na frekvenciju i napon generirane električne energije. Da bismo prevladali ove probleme, obično koristimo induktivni generator za tu svrhu.

Zbog toga induktivni generator uvijek proizvodi električnu energiju sinkroniziranu s povezanom mrežom bez obzira na brzinu rotora. Ako koristimo trofazni sinkroni generator, onda najprije ispravljamo izlaznu snagu na DC, a zatim je pretvaramo u AC željenog napona i frekvencije pomoću inverzorskog sklopa. Budući da je izmjenična snaga generirana od sinkronog generatora nekonstantna u naponu i frekvenciji, već varira s brzinom rotora. Zbog istog razloga, u nekim slučajevima koristimo DC generator za tu svrhu. U tim slučajevima, izlaznu DC snagu iz generatora pretvaramo u AC željenog napona i frekvencije prije slanja u mrežu.

Pretvarač snage

Budući da vjetar nije uvijek konstantan, električni potencijal generiran od generatora nije konstantan, ali nam je potrebno vrlo stabilno napona kako bismo nakrmili mrežu. Pretvarač snage je električni uređaj koji stabilizira izlazni izmjenični napon prenesen na mrežu.