Tuuliturbin toimintaperiaate

Miten tuulivoimala toimii?

Tuulivoimalassa on suuria siipiä, jotka on kiinnitetty riittävän korkean tukitornin huipulle. Kun tuuli osuu voimalan siipeihin, siivet kiertävät siipien suunnittelun ja asentamisen ansiosta. Voimalan vaaka on yhdistetty sähkögeneraattoriin. Generaattorin tuotanto kerätään sähköjohtojen kautta.

Tuulivoimalan toiminta

Kun tuuli osuu rotorisiipeihin, ne alkavat kiertää. Tuulivoiman rotor on yhdistetty nopeuteen muuttavaan vaijeriin. Vaijeri muuttaa rotorin kiertoa matalasta nopeudesta korkeampaan nopeuteen. Nopeiden vaijerin kautta rotor on yhdistetty generaattorin rotoriin, joten sähkögeneraattori pyörii nopeammalla nopeudella. Jännitteeseen tarvitaan excitator, joka antaa tarvittavan jännityksen generaattorin magneettikenttäjärjestelmän kierrokselle, jotta se voi tuottaa tarvittavan sähkön. Alternatorin ulostulojännite on verrannollinen sekä alternatorin nopeuteen että kenttävirtaan. Nopeus ohjataan tuulen voimalla, joka on kontrollin ulkopuolella. Siksi, jotta voidaan ylläpitää alternatorin tuotannon tasaisuutta, excitointia on ohjattava luonnon tuulen saatavuuden mukaan. Excitatorin virta ohjataan turbiinin ohjaimeen, joka havaitsee tuulen nopeuden. Sitten sähkögeneraattori(alternator) tuottama jännite annetaan suodattimelle, jossa alternatorin tuotanto muutetaan DC-virraksi. Tämä suodatettu DC-virta annetaan sitten linjakonversioyksikölle, joka muuttaa sen vakautetuksi AC-virraksi, joka lopulta syötetään joko sähköverkkoon tai askelmuuntimen avulla sähköverkkoon. Lisäyksikköä käytetään tuomaan sähköä tuulivoimalan sisäisiin apuvälineisiin (kuten moottori, akku jne.), tämä kutsutaan sisäiseksi toimitusyksiköksi.
Modernissa isossa tuulivoimalassa on kaksi muuta ohjausmekanismia.

• Turbiinin siipien suunnan ohjaaminen.

• Turbiinin kasvon suunnan ohjaaminen.

Turbiinisivujen suunta ohjataan siipien pohjapystyssä. Siivet on kiinnitetty keskuspyörään pienellä sähkömoottorilla tai hydraulisella pyöreällä järjestelmällä. Järjestelmä voidaan ohjata sähköisesti tai mekaanisesti sen suunnitelman mukaan. Siivet kiertävät tuulen nopeuden mukaan. Tekniikkaa kutsutaan pitch-ohjaukseksi. Se tarjoaa parhaan mahdollisen suunnan turbiinisivuille tuulen suunnassa saadakseen optimoituja tuulivoimatehoja.

Nacellen tai koko turbiinin rungon suunta voi seurata muuttuvan tuulen suuntaa maksimoimaan mekaanisen energian noutamista tuulesta. Tuulen suunta ja nopeus havaitaan anemometrin (automaattinen nopeuden mittauslaitteet) ja tuulilaudan avulla, jotka on kiinnitetty nacellen takaperin olevaan päähän. Signaali palautetaan sähköiseen mikroprosessoripohjaiseen ohjausjärjestelmään, joka ohjaa yaw-moottoria, joka pyörittää koko nacellen vakiokomponenttijärjestelmän avulla tuulen suuntaan.
Tuulivoimalan sisäinen lohkodiagrammi