Werkingsprincipe van windturbine

Hoe werkt een windturbine?

Er is een lucht turbine met grote bladen bevestigd aan de top van een ondersteunende toren van voldoende hoogte. Wanneer de wind de turbinebladen raakt, roteert de turbine door het ontwerp en de uitlijning van de rotorbladen. De as van de turbine is gekoppeld aan een elektrische generator. Het output van de generator wordt verzameld via elektrische kabels.

Werking van de windturbine

Wanneer de wind de rotorbladen raakt, beginnen de bladen te draaien. De turbine rotor is verbonden met een snelheidsverhogende versnelling. De versnelling transformeert de rotatie van de rotor van een lage naar een hoge snelheid. De hoge-snelheidsas van de versnelling is gekoppeld aan de rotor van de generator, waardoor de elektrische generator op een hogere snelheid draait. Een exciter is nodig om de benodigde opwekking te geven aan de magnetische spoel van het generatoren systeem, zodat deze de benodigde elektriciteit kan opwekken. De gegenereerde spanning bij de uitgangsterminals van de alternator is evenredig aan zowel de snelheid als de veldflux van de alternator. De snelheid wordt bepaald door de windkracht, die buiten controle is. Daarom moet de opwekking worden gereguleerd volgens de beschikbaarheid van de natuurlijke windkracht om de uniformiteit van de uitvoerkracht van de alternator te handhaven. De stroom van de exciter wordt gereguleerd door een turbiencontroller die de windsnelheid meet. Vervolgens wordt de uitgangsspanning van de elektrische generator (alternator) naar een rectifier geleid, waar de uitvoer van de alternator wordt gerektiliseerd tot DC. Deze gerektifieerde DC-uitvoer wordt vervolgens aan een lijnconverter-eenheid gegeven om het om te zetten in gestabiliseerde AC-uitvoer, die uiteindelijk wordt gevoed naar het elektrische transmissienetwerk of transmissiegrid met behulp van een spanningsverhogende transformatie. Een extra eenheid wordt gebruikt om stroom te geven aan interne auxiliaries van de windturbine (zoals motoren, batterijen, etc.), dit wordt de Interne Voedingseenheid genoemd.
Er zijn twee andere besturingmechanismen gekoppeld aan een moderne grote windturbine.

• Het beheren van de oriëntatie van de turbinebladen.

• Het beheren van de oriëntatie van de turbinekop.

De oriëntatie van de turbinebladen wordt bestuurd vanaf de basis van de bladen. De bladen zijn bevestigd aan de centrale hub met behulp van een draaiend mechanisme via tandwielen en een kleine elektromotor of hydraulisch rotatiesysteem. Het systeem kan elektronisch of mechanisch worden bestuurd, afhankelijk van het ontwerp. De bladen worden gedraaid afhankelijk van de snelheid van de wind. Deze techniek wordt pitch control genoemd. Het biedt de beste mogelijke oriëntatie van de turbinebladen in de richting van de wind om de optimale windkracht te verkrijgen.

De oriëntatie van de nacelle of het hele lichaam van de turbine kan de richting van de veranderende windvolgen om de mechanische energieopbrengst van de wind te maximaliseren. De richting van de wind, samen met de snelheid, wordt gemeten door een anemometer (automatische snelheidsmeetapparatuur) met windvangers bevestigd aan de bovenkant achter de nacelle. Het signaal wordt teruggestuurd naar een elektronisch microprocessor gebaseerd besturingssysteem dat de yaw motor bestuurt, die de hele nacelle met een tandwielmechanisme laat draaien om de lucht turbine in de richting van de wind te richten.
Een intern blokschema van een windturbine