Basisconstructie van Windturbine
Belangrijke Onderdelen van een Windturbine
Toren van de Windturbine
De toren is een zeer cruciaal onderdeel van windturbine dat alle andere onderdelen ondersteunt. Het ondersteunt niet alleen de turbine, maar brengt deze ook op voldoende hoogte zodat de rotorbladen tijdens de rotatie op veilige hoogte zijn. Bovendien moeten we de hoogte van de toren handhaven, zodat deze voldoende sterke wind kan krijgen. De hoogte van de toren hangt uiteindelijk af van de vermogenscapaciteit van de windturbines. De toren van turbines in commerciële windenergiecentrales varieert meestal van 40 meter tot 100 meter. Deze torens kunnen ofwel buisstalen torens, rasterconstructies of betonnen torens zijn. We gebruiken een buisstaaltoren voor grote windturbines. Deze worden meestal in secties van 30 tot 40 meter lang gemaakt.
Elke sectie heeft flanges met gaten. Dergelijke secties worden ter plaatse aan elkaar bevestigd met bouten en moeren om een complete toren te vormen. De volledige toren heeft een licht kegelvormige vorm om betere mechanische stabiliteit te bieden. We monteren een rasterconstructietoren door verschillende leden van staal of GI hoeken of buizen. Alle leden worden aan elkaar gebolteerd of gelast om een complete toren van de gewenste hoogte te vormen. De kosten van deze torens zijn veel minder dan die van stalen buistorens, maar het ziet er esthetisch niet zo goed uit als stalen buistorens. Hoewel transport, assemblage en onderhoud vrij eenvoudig zijn, wordt de gebruik van rasterconstructietorens in moderne windturbine-installaties vermeden vanwege hun esthetische uiterlijk. Er is nog een ander type toren dat wordt gebruikt voor kleine windturbines, en dit is de guyed pole toren. Een guyed pole toren is een enkele verticale paal die vanuit verschillende kanten wordt ondersteund door guy wires. Vanwege het aantal guy wires is het moeilijk toegang te krijgen tot de funderingsruimte van de toren. Daarom vermijden we dit type toren in landbouwgebieden.
Er is nog een ander type windturbinetoren dat wordt gebruikt voor kleine installaties, en dit is een hybride toren. Een hybride toren is ook een guyed toren, maar het enige verschil is dat in plaats van één paal in het midden een dunne en hoge rasterconstructietoren wordt gebruikt. Een hybride toren is een combinatie van zowel een rasterconstructietoren als een guyed toren.
Nacelle van de Windturbine
De nacelle is een grote doos of kiosk die boven op de toren staat en alle onderdelen van de windturbine huisvest. Het bevat een elektrische generator, een energieconverter, een versnellingsbak, een turbinecontroller, kabels en een yaw drive.
Rotorbladen van de Windturbine
Rotorbladen zijn de belangrijkste mechanische onderdelen van een windturbine. De bladen zetten windenergie om in bruikbare mechanische energie. Wanneer de wind op de bladen slaat, roteren de bladen. Deze rotatie overdraagt haar mechanische energie aan de as. We ontwerpen de bladen als vliegtuigvleugels. De rotorbladen van windturbines kunnen 40 meter tot 90 meter lang zijn. De bladen moeten mechanisch sterk genoeg zijn om zelfs tijdens stormen sterke winden te weerstaan. Tegelijkertijd moeten de rotorbladen zo licht mogelijk zijn om soepele rotatie van de bladen te faciliteren. Hiervoor maken we de bladen met glasvezel en koolstofvezellaag op synthetische versterking.
In een moderne turbine worden normaal drie identieke bladen aan een centrale hub bevestigd met bouten en moeren. Elke identieke bladen zijn 120° ten opzichte van elkaar georiënteerd. Dit proces zorgt voor een betere massa-verdeling en geeft het systeem een soepeler rotatie.
As van de Windturbine
De as die direct verbonden is met de hub is een laagsnelheid-as. Wanneer de bladen roteren, draait deze as met dezelfde toerental als de roterende hub. We koppelen deze as direct aan de elektrische generator in het geval van een laagsnelheids-generator. Maar in de meeste gevallen wordt de laagsnelheids-hoofdas via een versnellingsbak gekoppeld aan een hoogesnelheids-as. Op deze manier overdraagt de rotorbladen zijn mechanische energie aan de as, die uiteindelijk in een elektrische generator terechtkomt.
Versnellingsbak
De windturbine roteert niet op hoge snelheid, maar draait rustig op lage snelheid. Maar de meeste elektrische generatoren vereisen hoge rotatiesnelheid om elektriciteit op een gewenst spanningniveau te genereren. Dus moet er een snelheidsvermenigvuldigingssysteem zijn om de hoge snelheid van de generator-as te bereiken. De versnellingsbak van de windturbine doet dit. De versnellingsbak verhoogt de snelheid naar een veel hogere waarde. Bijvoorbeeld, als de versnellingsbakratio 1:80 is en de toerental van de laagsnelheids-hoofdas 15 is, zal de versnellingsbak de snelheid van de generator-as verhogen tot 15 × 80 = 1200 toeren per minuut.
Generator
De generator is een elektrisch apparaat dat de mechanische energie die van de as wordt ontvangen, omzet in elektrische energie. Normaal gesproken gebruiken we inductiegeneratoren in moderne windturbines. Vroeger waren synchrone generatoren populair voor dit doel. Permanente magneet DC-generatoren worden ook in sommige windturbines gebruikt. De snelheid van de as kan hoog worden gemaakt door een versnellingsbakassemblage te gebruiken, maar we kunnen de as-snelheid niet constant maken. Er kan fluctuaties in de assnelheid zijn, omdat deze afhangt van de windsnelheid. Dus, de rotorsnelheid varieert ook. Deze variatie beïnvloedt de frequentie en de spanning van de gegenereerde elektrische energie. Om deze problemen te overwinnen, gebruiken we normaal gesproken een inductiegenerator voor dit doel.
Omdat de inductiegenerator altijd elektrische energie produceert gesynchroniseerd met het aangesloten net, ongeacht de snelheid van de rotor. Als we een driedriefase synchrone generator gebruiken, rectificeren we eerst de uitvoerkracht naar DC en converteren deze vervolgens naar AC van de gewenste spanning en frequentie met behulp van een invertercircuit. Omdat de wisselstroom die door de synchrone generator wordt gegenereerd, niet constant is in spanning en frequentie, maar varieert met de snelheid van de rotor. Daarom gebruiken we in sommige gevallen een DC-generator voor dit doel. In deze gevallen wordt de uitvoer DC-energie van de generator omgezet naar AC van de gewenste spanning en frequentie, voordat deze aan het net wordt gevoed.
Energieconverter
Omdat de wind niet altijd constant is, is de elektrische spanning die door de generator wordt gegenereerd ook niet constant, maar we hebben een zeer stabiele spanning nodig om het net te voeden. Een energieconverter is een elektrisch apparaat dat de wisselspanning die naar het net wordt overgebracht, stabiliseert.
Turbine-controller
