Πώς λειτουργούν οι ισχυρές βιομηχανικές ανεμογεννήτριες
Η φυσική αντίδραση της ατμόσφαιρας στην ανομοιόμορφη θέρμανση των διαφορετικών στρωμάτων της είναι ο άνεμος. Οι προκύπτουσες πτώσεις στην ατμοσφαιρική πίεση προκαλούν τον άνεμο να φυσά από περιοχές υψηλής πίεσης σε περιοχές χαμηλής πίεσης και όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά πίεσης, τόσο ισχυρότερος είναι ο άνεμος - τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητά του. Θεωρητικά, υπολογίζεται ότι έως και 2% της ηλιακής ακτινοβολίας μετατρέπεται σε μηχανική αιολική ενέργεια λόγω της φυσικής κίνησης του αέρα στην ατμόσφαιρα.
Είναι γνωστό ότι η τοπογραφία μιας συγκεκριμένης περιοχής μπορεί είτε να ενισχύσει τον άνεμο είτε να περιορίσει τη ροή του αέρα. Έτσι, σε περιοχές οροσειρών, περάσματα, κοντά σε φαράγγια ποταμών, οι συνθήκες για την εγκατάσταση ανεμογεννητριών είναι πραγματικά ιδανικές. Και αν θυμηθούμε ότι η ισχύς που μπορεί να ληφθεί από τον άνεμο είναι ανάλογη με τη μάζα του αέρα που διέρχεται από τον στρόβιλο και τον κύβο της ταχύτητάς του, τότε είναι εύκολο να κατανοήσουμε τις προοπτικές που ανοίγονται γρήγορα προς αυτήν την κατεύθυνση.
Ο άνεμος είναι αναμφίβολα μια από τις πιο υποσχόμενες ανανεώσιμες πηγές φυσικής ενέργειας.Δεν είναι καθόλου τυχαίο ότι σε πολλές χώρες, χρόνο με το χρόνο, κατασκευάζονται όλο και περισσότερα αιολικά πάρκα, αιολικά πάρκα, ιδιαίτερα στα παράκτια μέρη των θαλασσών, των ωκεανών και των πεδιάδων.
Η θυελλώδης φύση του ανέμου δεν συμβάλλει στη σταθερή παροχή ηλεκτρικών δικτύων, επομένως η συσσώρευση ενέργειας για τον σκοπό της περαιτέρω χρήσης του καθίσταται σημαντικό έργο. Αλλά αυτό το έργο επιλύεται - κατασκευάζονται βιομηχανικά και ιδιωτικά συστήματα αποθήκευσης μπαταριών, λαμβάνονται μέτρα για την εξασφάλιση αδιάλειπτης παροχής ρεύματος.
Και τώρα μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι μια ισχυρή βιομηχανική ανεμογεννήτρια (όπως η Enercon E-126) με ισχύ 6-8 MW, ενσωματωμένη στο σύστημα τροφοδοσίας μιας μικρής πόλης, θα είναι σε θέση να ικανοποιήσει τις ανάγκες των κατοίκων της και τις ανάγκες της ηλεκτροδοτούμενης υποδομής.
Ωστόσο, ας φτάσουμε στο θέμα και ας δούμε τη συσκευή μιας βιομηχανικής ανεμογεννήτριας. Εξάλλου, κάθε ανεμογεννήτρια είναι προϊόν σχολαστικής μηχανικής σκέψης, αποτέλεσμα ακριβών υπολογισμών και μακροχρόνιου σχεδιασμού για την απόκτηση ενός αποδοτικού και αξιόπιστου μετατροπέα της αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια, γι' αυτό κάθε λεπτομέρεια μιας τεράστιας κατασκευής δεν είναι καθόλου τυχαία. . Για παράδειγμα, θα αναφερθούμε στον σχεδιασμό της ανεμογεννήτριας Enercon E-126 και θα δούμε τα κύρια μέρη της.
Πύργος
Ο πύργος (7), ύψους δεκάδων μέτρων, αποτελεί το στήριγμα μιας βιομηχανικής ανεμογεννήτριας. Κατασκευάζεται εξ ολοκλήρου από οπλισμένο σκυρόδεμα με διαδοχική χύτευση στον ξυλότυπο ή συναρμολογείται από βραχείς δακτυλίους από οπλισμένο σκυρόδεμα που είναι τοποθετημένοι διαδοχικά ο ένας πάνω στον άλλο και συνδέονται τραβώντας τα καλώδια του πλαισίου μέσω αυτών.Το οπλισμένο σκυρόδεμα είναι αρκετά ισχυρό ώστε να συγκρατεί μια βαριά τουρμπίνα και ατράκτο ψηλά, καθώς και να αντέχει το φορτίο που προκύπτει από τη λειτουργία της ανεμογεννήτριας, αποτρέποντας την ανατροπή της κατασκευής.
Η βάση του πύργου στηρίζεται σε βάση από οπλισμένο σκυρόδεμα (8), το βάρος της οποίας είναι ανάλογο με το βάρος του ίδιου του πύργου. Για παράδειγμα, η ανεμογεννήτρια Enercon E-126 έχει συνολικό βάρος περίπου 6.000 τόνους. Το στήριγμα δεν έχει κυλινδρικό σχήμα, έχει σχήμα πιο κοντά σε κόλουρο κώνο παρά σε κύλινδρο. Διευρυμένος στη βάση, ο πύργος συγκρατεί με ασφάλεια ολόκληρη τη δομή στη σωστή θέση.
Λεπίδες και ρότορας
Τα πτερύγια (6) και ο ρότορας (5) μιας βιομηχανικής ανεμογεννήτριας είναι κατασκευασμένα από ειδική σύνθετη ίνα με βάση το χάλυβα Τα πτερύγια συναρμολογούνται από ξεχωριστά τμήματα ή κατασκευάζονται ως μονόλιθος, ανάλογα με το εύρος τους. Κατά κανόνα, τα μπουλόνια και μια πλήμνη χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση των λεπίδων στον ρότορα. Τα ίδια τα πτερύγια είναι προσαρτημένα στην πλήμνη και η πλήμνη συνδέεται απευθείας στον ρότορα της γεννήτριας.
Περιστροφή της τουρμπίνας γύρω από τον πύργο
Για να περιστρέψετε τον στρόβιλο γύρω από τον πύργο, α ασύγχρονος κινητήρας (3) συνδεδεμένο με γρανάζι με τον δακτύλιο στη βάση της ατράκτου. Ανάλογα με το μέγεθος της ανεμογεννήτριας και την ισχύ της, μπορεί να υπάρχουν από έναν έως τρεις τέτοιους κινητήρες.
Γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος
Εάν προηγούμενες μονάδες παρόμοιες στο σχεδιασμό με τις τυπικές σύγχρονες γεννήτριες χρησιμοποιήθηκαν ως γεννήτριες για ανεμογεννήτριες, τότε στις αρχές της δεκαετίας του 2000 εμφανίστηκε μια τέτοια καινοτομία όπως μια γεννήτρια δακτυλίου (1). Εδώ ο ρότορας του στροβίλου που συνδέεται με την πλήμνη είναι επίσης ο ρότορας της γεννήτριας.
Οι ανεξάρτητες περιελίξεις διέγερσης βρίσκονται στον δακτυλιοειδή ρότορα, σχηματίζοντας μαγνητικούς πόλους, και αντίστοιχα στον στάτορα της περιέλιξης του στάτορα. Η περιέλιξη του στάτορα χωρίζεται σε μέρη (στην περίπτωση του Enercon E -126 — σε τέσσερα μέρη), καθένα από τα οποία συνδέεται σε ξεχωριστό ανορθωτή. Ο ελεγκτής της γεννήτριας βρίσκεται στο μηχανοστάσιο (2) της ατράκτου.
Αντιστροφέας
Μετά την ανόρθωση, τροφοδοτείται απευθείας τάση 400 βολτ στον μετατροπέα (4) που είναι εγκατεστημένος στη βάση του πύργου, όπου η ενέργεια μετατρέπεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα και μετά τον μετασχηματισμό τροφοδοτείται στη γραμμή ισχύος.
Εξετάσαμε τα βασικά εξαρτήματα μιας σύγχρονης βιομηχανικής ανεμογεννήτριας χρησιμοποιώντας το παράδειγμα του μοντέλου Enercon E-126, που εγκαταστάθηκε για πρώτη φορά κοντά στη γερμανική πόλη Emden το 2007. Η ισχύς της γεννήτριας είναι επί του παρόντος 7,58 MW, η οποία είναι αρκετή για να τροφοδοτήσει 4.500 βίλες με ηλεκτρική ενέργεια όλο το χρόνο.
Μέχρι σήμερα, η Enercon έχει κατασκευάσει περισσότερες από 13.000 τέτοιες ανεμογεννήτριες παγκοσμίως, με τη συνολική εγκατεστημένη ισχύ τους ήδη το 2010 να ξεπερνά τα 2.846 MW.