風力タービンの動作原理

風力タービンの仕組み

十分な高さの支持塔の上部に大型のブレードが付いた空気タービンがあります。風がタービンのブレードに当たると、ローターブレードの設計と配置によりタービンが回転します。タービンのシャフトは電気発電機と結合されており、発電機からの出力は電力ケーブルを通じて収集されます。

風力タービンの動作

風がローターブレードに当たると、ブレードが回転し始めます。タービンローターは高速ギアボックスに接続されています。ギアボックスはローターの回転を低速から高速に変換します。ギアボックスからの高速シャフトは発電機のローターと結合され、発電機はより高速で動作します。励磁器が必要で、これは発電機のフィールドシステムの磁石コイルに必要な励磁を与えるためです。これにより、必要な電力を生成することができます。交流発電機の出力端子での生成された電圧は、発電機の速度とフィールドフローに比例します。速度は制御不能な風力によって制御されます。そのため、交流発電機からの出力電力を一定に保つために、励磁は自然風力の可用性に応じて制御する必要があります。励磁器の電流は、風速を感知するタービンコントローラーによって制御されます。その後、電気発電機（交流発電機）の出力電圧は整流器に与えられ、ここで交流発電機の出力が直流に整流されます。この整流された直流出力は、安定した交流出力に変換するためにラインコンバータユニットに与えられ、最終的に昇圧トランスを使用して電力伝送網または送電網に供給されます。風力タービン（モーターやバッテリーなど）の内部補助装置に電力を供給するための追加ユニットがあり、これが内部供給ユニットと呼ばれます。
現代の大規模な風力タービンには、他の2つの制御機構が付いています。

• タービンブレードの向きの制御。

• タービン面の向きの制御。

タービンブレードの向きは、ブレードの基部ハブから制御されます。ブレードは、ギアと小さな電動機または油圧回転システムを通じて中央のハブに接続されています。システムはその設計に応じて電気的または機械的に制御できます。ブレードは風速に応じて旋回します。この技術はピッチ制御と呼ばれ、風の方向に対して最適なタービンブレードの向きを提供することで最適な風力を得ることができます。

ナセルまたはタービン全体の向きは、風の方向の変化に従って最大限の機械エネルギーを収穫するように調整されます。風の方向と速度は、ナセルの後部上部に取り付けられた風向計（自動速度測定装置）によって感知されます。信号は電子マイクロプロセッサベースの制御システムにフィードバックされ、ヨーモーターがギアリングアレンジメントを通じてナセル全体を風の方向に向けるように制御します。
風力タービンの内部ブロック図