Turbiny wiatrowe

1. Zastosowanie silnika wiatrowego

 


Silniki wiatrowe są to urządzenia, które bazują na wykorzystaniu energii kinetycznej powietrza atmosferycznego będącego w ruchu (wiatru) w inny rodzaj energii, najczęściej energię mechaniczną a nastepnie elektryczną.
Specyfiką wiatru, czyli poziomego ruchu powietrza powstającego z różnicy ciśnień jest to, że wieje on z różnym natężeniem i ze zmiennym kierunkiem. Ogranicza to znacznie stosowanie silników wiatrowych, bo na jednym terenie wiatr może wiać bardzo często, a na innym bardzo rzadko. Tereny, gdzie wiatr wieje stale lub często są potencjalnymi lokalizacjami pod budowę elektrowni wiatrowych. Najprostsze silniki wiatrowe są stosunkowo nieskomplikowane w konstrukcji i dają tanią energię, dlatego często stosuje się je w miejscach, gdzie nie ma linii elektrycznej lub występują problemy z uzyskaniem energii innymi drogami.
animacja :pochodzi z : https://www.eere.energy.gov/
2. Budowa ogólna prostej turbiny wiatrowej.

Najprostsza turbina wiatrowa zwana często wiatrakiem zbudowany jest z koła wiatraka w skład którego wchodzą skrzydła, zwane łopatami umieszczone na poziomym wale. Wał wraz ze skrzydłami podczas podmuchu wiatru obraca się w łożyskach umieszczonych w obudowie. W obudowie znajduje się także przekładnia zębata przenosząca ruch wału poziomego na kolejny wał - wał pionowy. To właśnie wał pionowy jest elementem napędzającym maszynę roboczą, najczęściej prądnicę. Ster kierunkowy umieszczony razem z wałem i kołem wiatraka umożliwia obrót względem pionowej osi wieży wiatraka, co stanowi najprostszy system nakierowywania na wiatr. W nowoczesnych turbinach stosuje się najczęściej automatykę sterowania.

Typowa siłownia wiatrowa, niezależnie od modelu i producenta składa się z 4 podstawowych modułów : wirnika, gondoli , wieży + fundamentu oraz układu sterowania .

3. Zasada działania silnika wiatrowego.

Skrzydła wiatraka są ustawione pod pewnym kątem zwanym kątem natarcia. Powstała na skrzydle w wyniku działania wiatru siła aerodynamiczna powoduje ruch skrzydła wiatraka wokół osi. Powietrze jakie przepływa przez pole skrzydeł wiatraka z pewną prędkością może teoretycznie wykonać pracę równą jego energii kinetycznej. Cała energia kinetyczna jednak nie jest wykorzystywana. Stosunek energii kinetycznej wykorzystanej w wiatraku do pełnej energii nazywa się współczynnikiem wykorzystania wiatru i wynosi średnio on od 0,3 do 0,4, maksymalna jego wartość to 0,6.

Każda turbina jest tak zaprojektowana, by zamieniać energię aerodynamiczną wiatru na moment, który to spowoduje obracanie się wału. W wiatraku perskim wiatr popychał łopatkę w kierunku wiatru
poprzez wykorzystanie oporu aerodynamicznego. Łatwo możemy wykorzystać opór aerodynamiczny, ale niestety jego sprawność jest niewielka, bo większość energii wiatru ulega zmniejszeniu podczas przejścia przez wirnik.

Energia w elektrowni wiatrowej jest wytwarzana według następującego sposób :
- podczas obrotu wirnika turbiny wytwarza się moment obrotowy;
- skrzynia przekładniowa zwiększa liczbę obrotów a wał w skrzyni przekładniowej napędza generator;
- generowana energia elektryczna przepływa przez sterownik i przełączniki automatyczne;
- napięcie jest podnoszone do wartości pośredniej w transformatorze;
- za pomocą systemu sterowania okablowanie turbiny przekazuje energię elektryczną do transformatora
- w transformatorze napięcie ulega dostosowaniu do wartości stosowanej w sieciach energetycznych na jakie pracuje dana elektrownia.
- energia kinetyczna wiatru została zamieniona na energię mechaniczną a ta z kolei na użyteczną energię elektryczną , która może siecią być przesłana do miejsca docelowego


 

 
energetyka wiatrowa 2007