Grundläggande konstruktion av vindkraftverk
Huvudkomponenter av vindkraftverk
Vindkraftverkets torn
Tornet är en mycket viktig del av vindkraftverket som stöder alla andra delar. Det stöder inte bara kraftverket, utan höjer det till tillräcklig höjd så att dess bladspetsar befinner sig på säker höjd under rotation. Inte bara det, vi måste upprätthålla tornets höjd för att det ska få tillräckligt starkt vind. Tornets höjd beror slutligen på kraftverkets effektkapacitet. Tornen i kommersiella vindkraftverk brukar vara mellan 40 meter och 100 meter höga. Dessa torn kan antingen vara rörformade ståltorn, gittertorn eller betongtorn. Vi använder ett rörformat ståltorn för stora vindkraftverk. Dessa tillverkas normalt i sektioner om 30 till 40 meter långa.
Varje sektion har flansar med hål. Sådana sektioner sätts ihop med mutter och bultar på plats för att forma ett komplett torn. Det fullständiga tornet har en lätt konisk form för att ge bättre mekanisk stabilitet. Vi monterar ett gittertorn genom olika lemmar av stål eller GI-vinklar eller rör. Alla lemmar fästs ihop med mutter och bult eller svetsas för att forma ett komplett torn av önskad höjd. Kostnaden för dessa torn är mycket lägre än för stålrörtorn, men de ser inte lika estetiska ut som stålrörtorn. Trots att transport, montering och underhåll är ganska lätta undviker man användningen av gittertorn i moderna vindkraftverk på grund av deras estetiska utseende. Det finns en annan typ av torn som används för små vindkraftverk, och detta är guyed pole-torn. Guyed pole-torn är en enda vertikal stolpe som stöds av guytrådar från olika sidor. På grund av antalet guytrådar är det svårt att komma åt fotområdet för tornet. Därför undviker vi denna typ av torn i jordbruksfält.
Det finns en annan typ av torn som används för små anläggningar, och detta är ett hybridtorn. Hybridtorn är också en guyad typ av torn, men den enda skillnaden är att istället för att använda en enda stolpe i mitten använder det ett smalt och högt gittertorn. Hybridtorn är en kombination av både gittertyp och guyad typ av torn.
Vindkraftverkets nacelle
Nacellen är en stor låda eller kiosk som sitter på tornet och innehåller alla komponenter i vindkraftverket. Den innehåller en elektrisk generator, effektkonverterare, växellåda, turbinregulator, kablar, en yaw-drv.
Vindkraftverkets rotorblad
Bladen är de huvudsakliga mekaniska delarna i ett vindkraftverk. Bladen omvandlar vindenergi till användbar mekanisk energi. När vinden träffar bladen roterar de. Denna rotation överför sin mekaniska energi till axeln. Vi designar bladen som flygplansvingar. Vindkraftverkets blad kan vara 40 till 90 meter långa. Bladen bör vara mekaniskt starka nog för att motstå stark vind även under storm. Samtidigt bör vindkraftverkets blad göras så lätta som möjligt för att underlätta den smidiga rotationen av bladen. För detta tillverkar vi bladen med fiberglass och karbonfiberlager på syntetiskt förstärkning.
I ett modernt kraftverk monteras normalt tre identiska blad till en central hubb med mutter och bult. Varje identiskt blad är justerat 120o från varandra. Processen ger en bättre fördelning av massan och ger systemet en jämnare rotation.
Vindkraftverkets axel
Axeln som är direkt ansluten till hubben är en långsam axel. När bladen roterar snurrar denna axel med samma rpm som den roterande hubben. Vi kopplar denna axel direkt till den elektriska generatorn i fallet med en långsam generator. Men i de flesta fall är den långsamma huvudaxeln kopplad till en snabb axel via en växellåda. På detta sätt överför rotorbladen sin mekaniska energi till axeln, vilken i slutändan går in i en elektrisk generator.
Växellåda
Vindkraftverket roterar inte i hög hastighet, snarare roterar det sakta i låg hastighet. Men de flesta elektriska generatorerna kräver höghastighetsrotation för att generera el vid önskat spänningsnivå. Så det måste finnas någon hastighetsmultiplikationsanordning för att uppnå den höga hastigheten av generatoraxeln. Växellådan i vindkraftverket gör detta. Växellådan ökar hastigheten till mycket högre värde. Till exempel, om växellådans förhållande är 1:80 och om rpm för den långsamma huvudaxeln är 15, kommer växellådan att öka generatoraxelns hastighet till 15 × 80 = 1200 rpm.
Generator
Generatoren är en elektrisk enhet som omvandlar den mekaniska energin som tas emot från axeln till elektrisk energi. Normalt använder vi induktionsgeneratorer i moderna vindkraftverk. Tidigare var synkrona generatorer populära för detta ändamål. Permanentmagnetisk DC-generator används också i vissa vindkraftverk. Axelns hastighet kan höjas genom att använda växellådsmontage, men vi kan inte göra axelns hastighet konstant. Det kan finnas variationer i axelns hastighet eftersom den beror på vindhastighet. Så, rotorhastigheten varierar också. Denna variation påverkar frekvensen och spänningen på den genererade elektriska strömmen. För att övervinna dessa problem använder vi normalt en induktionsgenerator för ändamålet.
Eftersom induktionsgeneratoren alltid producerar elektrisk energi synkroniserad till den anslutna nätet oberoende av rotorns hastighet. Om vi använder en trefasig synkron generator, rektifierar vi först utmatningsströmmen till DC och sedan konverterar vi den till AC med önskat spänning och frekvens med hjälp av invertercircuit. Eftersom den alternerande strömmen som genereras av den synkrona generatorn inte är konstant i spänning och frekvens, snarare varierar den med rotorns hastighet. Av samma skäl använder vi ibland en DC-generator för ändamålet. I dessa fall inverteras utmatningsströmmen från generatorn till AC med önskat spänning och frekvens, innan den matas in i nätet.
Energikonverterare
Eftersom vind inte alltid är konstant, så är den elektriska potentialen som genereras av en generator inte konstant, men vi behöver en mycket stabil spänning för att mata nätet. En energikonverterare är en elektrisk enhet som stabiliserar den alternerande utmatningsspänningen som överförs till nätet.
Turbinregulator
