Costruzione di base del Turbina eolica
Principali Parti dell'Eolica
Torre dell'Eolica
La torre è una parte molto importante dell'eolica che supporta tutte le altre parti. Non solo supporta la turbina, ma la solleva ad un'altezza sufficiente in modo che le estremità delle pale siano al sicuro durante la rotazione. Inoltre, dobbiamo mantenere l'altezza della torre in modo che possa ricevere vento sufficientemente forte. L'altezza della torre dipende infine dalla capacità di potenza delle turbine eoliche. La torre delle turbine nei parchi eolici commerciali varia solitamente da 40 metri a 100 metri. Queste torri possono essere torri tubolari in acciaio, torri a graticcio o torri in cemento. Utilizziamo una torre tubolare in acciaio per le grandi turbine eoliche. Queste sono normalmente prodotte in sezioni di 30 a 40 metri di lunghezza.
Ogni sezione ha flange con fori. Tali sezioni vengono assemblate insieme tramite dadi e bulloni sul sito per formare una torre completa. La torre completa ha una forma leggermente conica per fornire una maggiore stabilità meccanica. Assembliamo una torre a graticcio utilizzando diversi elementi in acciaio o angoli in acciaio galvanizzato. Tutti gli elementi vengono saldati o avvitati insieme per formare una torre completa della altezza desiderata. Il costo di queste torri è molto inferiore a quello delle torri tubolari in acciaio, ma non hanno un aspetto estetico altrettanto buono. Anche se il trasporto, l'assemblaggio e la manutenzione sono abbastanza facili, l'uso delle torri a graticcio viene evitato nelle moderne centrali eoliche a causa del loro aspetto estetico. Esiste un altro tipo di torre utilizzata per piccole turbine eoliche, ed è la torre a palo ancorato. La torre a palo ancorato è un singolo palo verticale sostenuto da cavi di sostegno da diverse direzioni. A causa del numero di cavi di sostegno, è difficile accedere all'area di fondazione della torre. Per questo motivo, evitiamo questo tipo di torre nei campi agricoli.
Esiste un altro tipo di torre eolica utilizzata per impianti di piccole dimensioni, ed è la torre ibrida. La torre ibrida è anche una torre a palo ancorato, ma la differenza è che invece di utilizzare un singolo palo centrale, utilizza una torre a graticcio alta e sottile. La torre ibrida è un ibrido tra la torre a graticcio e la torre a palo ancorato.
Nacella dell'Eolica
La nacella è una grande scatola o chiosco che si trova sulla torre e ospita tutti i componenti dell'eolica. Ospita un generatore elettrico, un convertitore di potenza, un riduttore, un controllore della turbina, cavi, un motore di giroscopio.
Pale dell'Eolica
Le pale sono le principali parti meccaniche di un eolica. Le pale convertono l'energia eolica in energia meccanica utilizzabile. Quando il vento colpisce le pale, queste ruotano. Questa rotazione trasferisce la sua energia meccanica all'albero. Progettiamo le pale come ali di aeroplano. Le pale dell'eolica possono essere lunghe da 40 metri a 90 metri. Le pale devono essere meccanicamente abbastanza robuste da resistere a venti forti anche durante le tempeste. Allo stesso tempo, le pale dell'eolica dovrebbero essere il più leggere possibile per facilitare la rotazione fluida delle pale. Per questo, realizziamo le pale con strati di vetroresina e fibre di carbonio su un rinforzo sintetico.
In un eolica moderno, solitamente tre pale identiche sono montate su un hub centrale tramite dadi e bulloni. Ognuna delle pale identiche è allineata a 120° rispetto alle altre. Questo processo assicura una migliore distribuzione della massa e conferisce al sistema una rotazione più fluida.
Albero dell'Eolica
L'albero direttamente collegato all'hub è un albero a bassa velocità. Quando le pale ruotano, questo albero gira alla stessa rpm dell'hub in rotazione. Collegiamo direttamente questo albero al generatore elettrico nel caso di un generatore a bassa velocità. Ma nella maggior parte dei casi, l'albero principale a bassa velocità è collegato a un albero a alta velocità attraverso un riduttore. In questo modo, le pale trasferiscono la loro energia meccanica all'albero, che alla fine entra nel generatore elettrico.
Riduttore
L'eolica non ruota a velocità elevata, bensì ruota dolcemente a bassa velocità. Ma la maggior parte dei generatori elettrici richiede una rotazione a alta velocità per generare elettricità a un livello di tensione desiderato. Quindi, deve esserci un sistema di moltiplicazione della velocità per raggiungere la velocità elevata dell'albero del generatore. Il riduttore dell'eolica svolge questa funzione. Il riduttore aumenta la velocità a un valore molto più alto. Ad esempio, se il rapporto del riduttore è 1:80 e se la rpm dell'albero principale a bassa velocità è 15, il riduttore aumenterà la velocità dell'albero del generatore a 15 × 80 = 1200 rpm.
Generatore
Il generatore è un dispositivo elettrico che converte l'energia meccanica ricevuta dall'albero in energia elettrica. Normalmente, utilizziamo generatori a induzione nelle moderne turbine eoliche. In precedenza, i generatori sincroni erano popolari per questo scopo. I generatori DC a magnete permanente vengono utilizzati anche in alcune turbine eoliche. La velocità dell'albero può essere resa alta utilizzando un gruppo riduttore, ma non possiamo rendere costante la velocità dell'albero. Ci possono essere fluttuazioni nella velocità dell'albero poiché dipende dalla velocità del vento. Di conseguenza, la velocità del rotore varia. Questa variazione influenza la frequenza, la tensione dell'energia elettrica generata. Per superare questi problemi, normalmente utilizziamo un generatore a induzione per questo scopo.
Infatti, il generatore a induzione produce sempre energia elettrica sincronizzata con la rete elettrica indipendentemente dalla velocità del rotore. Se utilizziamo un generatore sincrono trifase, rettificano prima l'energia elettrica di uscita in corrente continua e poi la convertono in corrente alternata a tensione e frequenza desiderate utilizzando un circuito inversore. Poiché l'energia alternata generata dal generatore sincrono non è costante in tensione e frequenza, ma varia con la velocità del rotore. Per lo stesso motivo, in alcuni casi, utilizziamo un generatore a corrente continua. In questi casi, l'energia elettrica continua di uscita dal generatore viene invertita in corrente alternata a tensione e frequenza desiderate prima di essere alimentata nella rete.
Convertitore di Potenza
Poiché il vento non è sempre costante, l'energia elettrica generata dal generatore non è costante, ma abbiamo bisogno di una tensione molto stabile per alimentare la rete. Un convertitore di potenza è un dispositivo elettrico che stabilizza la tensione alternata di uscita trasferita alla rete.
