Elektrownia wiatrowa: z przekładnią czy bez?

Twoja ocena

Ocena: 0
(ilość ocen: 0)

Najpopularniejsze elektrownie wiatrowe mają element przypominający śmigło samolotu. Wiruje ono ustawione pionowo. Oś, na której zamocowany jest wirnik usytuowana jest poziomo. Wirnik przyjmuje na siebie podmuchy wiatru i pod ich wpływem obraca się. Wraz z nim obraca się oś, na której jest osadzony. Wirnik jest przetwornikiem. Energia wiatru zmienia się na energię mechaniczną.

turbiny na farmie wiatrowejW dużych zespołach wirnik obraca się majestatycznie. Dla dużych elektrowni wiatrowych jest to około 4… 50 obrotów na minutę. Dla małych elektrowni wiatrowych jest to 100… 250 obrotów na minutę. Takie prędkości wymuszają prawa fizyki. Jeżeli łopata wirnika ma kilkanaście metrów długości, to trzeba ograniczać jej prędkość wirowania, aby siły działające na końcówki śmigła nie były destrukcyjne.

Energia wiatru, a wytwarzanie energii elektrycznej

Elektrownia wiatrowa to czarna skrzynka. Z jednej strony wchodzi do niej energia wiatru, a z drugiej wychodzi energia elektryczna. Czy do każdego zastosowania potrzebna jest energia elektryczna o takich parametrach jak w sieci? Czy bojka kołysząca się na falach lub oświetlenie przejścia dla pieszych muszą być zasilane z sieci o napięciu 220V i częstotliwości 50 Hz? Może porzucenie tego schematu myślenia pozwoli na uproszczenie konstrukcji elektrownia wiatrowej?

Możemy spotkać elektrownie wiatrowe pracujące w sieci wydzielonej oraz elektrownie wiatrowe przyłączone do sieci energetycznej. Rodzaj zastosowanego generatora zależy od wielkości elektrownia wiatrowej i celu jakiemu ma ona służyć. W elektrowniach pracujących na potrzeby sieci energetycznej najczęściej wykorzystywana jest prądnica prądu zmiennego.

Elektrownie wiatrowe z przekładnią

Elektrownie wiatrowe są budowane po to, aby energia wiatru zamieniana była na energię elektryczną. W elektrowni wiatrowej znajduje się prądnica prądu zmiennego. Wytwarza ona napięcie znamionowe przy prędkościach obrotowych rzędu 1500 obr/min. Wirnik i jego wał obracają jakieś dziesięć razy wolniej. Jak rozwiązano ten problem?Użyto przekładni, która zmienia wolny ruch obrotowy wirnika, na szybki ruch obrotowy wału generatora.

Przekładnie znamy z codziennego życia. Jest nią np. napęd roweru. Koło zębate, które znajduje się przy pedałach porusza się z niedużą prędkością. Połączone jest łańcuchem z kołem zębatym przymocowanym do koła roweru. Jeden obrót dużego koła zębatego powoduje kilka obrotów małego koła zębatego. Małe koło kręci się szybciej niż duże. Analogicznie działa przekładnia w elektrowni wiatrowej. Na wale wolnoobrotowego wirnika osadzone jest duże koło. Na wale generatora zamontowane jest małe koło zębate. Na jeden obrót wału wirnika przypada np. 100 obrotów wału generatora.

Problem uzyskania odpowiedniej prędkości obrotowej wirnika został rozwiązany. Stało się to kosztem dodania przekładni mechanicznej. Dodatkowy podzespół mechaniczny to: skomplikowanie konstrukcji, pogorszenie niezawodności, podniesienie kosztów, dodatkowe źródło hałasu.

Elektrownie wiatrowe z napędem bezpośrednim

Konieczność stosowania przekładni łączącej wał wirnika i generatora można wyeliminować. Najczęściej praktykowanym rozwiązaniem jest zamontowanie generatorów niskoobrotowych z magnesami trwałymi. Nazywane jest ono „direct drive” (napęd bezpośredni). Powoduje ono uproszczenie układu napędowego, a przy okazji pozwala na zmniejszenie wagi, podwyższenie niezawodności z powodu mniejszej ilości części i zredukowania czynności serwisowych. Najprostszym rozwiązaniem jest osadzenie na wale wirnika prądnicy prądu stałego. Taką rolę może pełnić… każdy silnik prądu stałego.

Generatory prądu pracujące w sieci wydzielonej są całkowicie niezależnymi źródłami energii. Mogą pracować przy zmiennej prędkości obrotowej. Aby ustabilizować poziom wytwarzanej energii elektrownia wiatrowa powinna zawierać akumulator, regulator napięcia – czyli przypominać elektryczną instalację samochodową. Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, aby do źródła napięcia stałego podłączyć falownik zmieniający napięcie stałe na zmienne. Gdzie znajdują zastosowanie elektrownie z generatorami prądu stałego? Używane są one do zasilania: grzałek, akumulatorów itp.

Elektrownia wiatrowa z przekładnią czy bez?

Elektrownia wiatrowa to pojęcie bardzo szerokie. Obejmuje ona zarówno „wiatraczek”, z którego korzystamy w domku ukrytym w leśnej głuszy, aby mieć wieczorem możliwość włączenia światła. Na drugim końcu skali są „wiatraki” do zastosowań komercyjnych, które muszą idealnie współpracować z siecią energetyczną. Wszystko zależy od celu, który chcemy osiągnąć. To zawęża obszar poszukiwań.

W drugiej kolejności należy przeanalizować oferty producentów. Prace nad udoskonalaniem przekładni prowadzone są stale, zatem może się okazać, że za pół roku od czasu, w którym robiliśmy rozeznanie rynku pojawiła się w sprzedaży elektrownia wiatrowa, która mimo większego skomplikowania konstrukcji bije na głowę prostsze rozwiązania. Na koniec jeszcze akapit do amatorów samodzielnych konstrukcji. Bardzo ważnym kryterium jest solidność i niezawodność konstrukcji. Wykonana z kiepskiej jakości materiałów elektrownia wiatrowa pod wpływem porywistego wiatru może zmienić w narzędzie siejące spustoszenie zarówno w martwej jak i żywej naturze. Zdarzały się wypadki, że łopata śmigła po oderwaniu od wirnika znajdowana zostawała kilkaset metrów od elektrowni wiatrowej.