La torre es una parte muy crucial de la turbina eólica que soporta todas las demás partes. No solo soporta la turbina, sino que también la eleva a una altura suficiente para que sus palas estén a una altura segura durante la rotación. Además, debemos mantener la altura de la torre para que pueda recibir vientos suficientemente fuertes. La altura de la torre depende en última instancia de la capacidad de potencia de las turbinas eólicas. Las torres de las turbinas en plantas de energía eólica comercial suelen variar de 40 metros a 100 metros. Estas torres pueden ser de acero tubular, de celosía o de concreto. Usamos una torre de acero tubular para una turbina eólica grande. Estas generalmente se fabrican en secciones de 30 a 40 metros de longitud.
Cada sección tiene flanges con agujeros. Dichas secciones se unen con tuercas y tornillos en el sitio para formar una torre completa. La torre completa tiene una forma ligeramente cónica para proporcionar mejor estabilidad mecánica. Montamos una torre de celosía con diferentes miembros de acero o ángulos de GI. Todos los miembros se unen con tuercas o soldaduras para formar una torre completa de la altura deseada. El costo de estas torres es mucho menor que el de la torre de acero tubular, pero no se ve tan bien estéticamente como la torre de acero tubular. Aunque el transporte, montaje y mantenimiento son bastante fáciles, el uso de torres de celosía se evita en plantas de turbinas eólicas modernas debido a su apariencia. Hay otro tipo de torre utilizada para turbinas eólicas pequeñas, y esta es la torre de poste guyed. La torre de poste guyed es un poste vertical único soportado por cables de guía desde diferentes lados. Debido al número de cables de guía, es difícil acceder a la base de la torre. Por eso, evitamos este tipo de torre en campos agrícolas.
Hay otro tipo de torre de turbina eólica utilizada para plantas pequeñas, y esta es una torre híbrida. La torre híbrida también es una torre de tipo guyed, pero la única diferencia es que en lugar de usar un solo poste en el centro, utiliza una torre de celosía delgada y alta. La torre híbrida es una combinación de torre de celosía y torre de tipo guyed.
La nacelle es una gran caja o quiosco que se sienta en la torre y alberga todos los componentes de la turbina eólica. Alberga un generador eléctrico, convertidor de potencia, caja de cambios, controlador de turbina, cables, un motor de guiñada.
Las palas son las principales partes mecánicas de una turbina eólica. Las palas convierten la energía eólica en energía mecánica utilizable. Cuando el viento golpea las palas, éstas giran. Esta rotación transfiere su energía mecánica al eje. Diseñamos las palas como alas de avión. Las palas de la turbina eólica pueden tener entre 40 y 90 metros de longitud. Las palas deben ser lo suficientemente fuertes para resistir vientos fuertes incluso durante tormentas. Al mismo tiempo, las palas de la turbina eólica deben ser lo más ligeras posible para facilitar la rotación suave de las palas. Para ello, fabricamos las palas con capas de fibra de vidrio y fibra de carbono sobre refuerzo sintético.
En una turbina moderna, normalmente se fijan tres palas idénticas a un hub central usando tuercas y tornillos. Cada pala idéntica está alineada a 120o unas de otras. Este proceso hace una mejor distribución de masa y da al sistema una rotación más suave.
El eje directamente conectado al hub es un eje de baja velocidad. Cuando las palas giran, este eje gira con la misma rpm que el hub giratorio. Acoplamos este eje directamente al generador eléctrico en caso de un generador de baja velocidad. Pero en la mayoría de los casos, el eje principal de baja velocidad está acoplado a un eje de alta velocidad a través de una caja de cambios. De esta manera, las palas de rotor transfieren su energía mecánica al eje, que finalmente entra en un generador eléctrico.
La turbina eólica no gira a alta velocidad, sino que gira suavemente a baja velocidad. Sin embargo, la mayoría de los generadores eléctricos requieren una rotación de alta velocidad para generar electricidad a un nivel de voltaje deseado. Por lo tanto, debe haber algún arreglo de multiplicación de velocidad para lograr la alta velocidad del eje del generador. La caja de cambios de la turbina eólica hace esto. La caja de cambios aumenta la velocidad a un valor mucho mayor. Por ejemplo, si la relación de la caja de cambios es 1:80 y si la rpm del eje principal de baja velocidad es 15, la caja de cambios aumentará la velocidad del eje del generador a 15 × 80 = 1200 rpm.
El generador es un dispositivo eléctrico que convierte la energía mecánica recibida del eje en energía eléctrica. Normalmente, usamos generadores de inducción en turbinas eólicas modernas. Anteriormente, los generadores síncronos eran populares para este propósito. También se usa un generador de corriente continua con imanes permanentes en algunas turbinas eólicas. La velocidad del eje puede hacerse alta mediante el uso de un conjunto de cajas de cambios, pero no podemos hacer constante la velocidad del eje. Puede haber fluctuaciones en la velocidad del eje ya que depende de la velocidad del viento. Por lo tanto, la velocidad del rotor también varía. Esta variación afecta la frecuencia, el voltaje de la energía eléctrica generada. Para superar estos problemas, normalmente usamos un generador de inducción para el propósito.
Porque el generador de inducción siempre produce energía eléctrica sincronizada con la red conectada, independientemente de la velocidad del rotor. Si usamos un generador síncrono trifásico, primero rectificamos la potencia de salida a CC y luego la convertimos a CA de voltaje y frecuencia deseados utilizando un circuito inversor. Porque la potencia alterna generada por el generador síncrono no es constante en voltaje y frecuencia, sino que varía con la velocidad del rotor. Por la misma razón, en algunos casos, usamos un generador de corriente continua para el propósito. En estos casos, la potencia de salida de corriente continua del generador se invierte a CA de voltaje y frecuencia deseados antes de alimentarla a la red.
Porque el viento no es siempre constante, la tensión eléctrica generada por un generador no es constante, pero necesitamos un voltaje muy estable para alimentar la red. Un convertidor de potencia es un dispositivo eléctrico que estabiliza la tensión alterna de salida transferida a la red.
