Windturbine begrijpen

In de Verenigde Staten is een windturbine tegenwoordig een van de meest voorkomende en schoonste manieren om energie op te wekken. Deze stroomopwekking vindt plaats van een enorm windpark tot kleine turbines die een enkel huis van stroom voorzien. Windturbines over de hele wereld produceren schone elektriciteit die in verschillende stroombehoeften kan voorzien.

Vandaag maak je kennis met de definitie, toepassingen, functie, componenten, schema, typen en werking van een windturbine. Ook leer je de voor- en nadelen van dit soort windturbines kennen.

Wat is een windturbine?

Een windturbine is een machine die kinetische energie uit de wind omzet in schone elektriciteit. Het kan ook worden gezien als een apparaat dat de kinetische energie van wind omzet in schone, hernieuwbare elektrische energie.

De turbine heeft bladen die tussen de 13 en 20 omwentelingen per minuut draaien, hoewel dit afhankelijk is van hun technologie. Dit kan te wijten zijn aan een constante of variabele snelheid, dat wil zeggen dat de snelheid van de rotor verschilt in verhouding tot de snelheid van de wind. Dit helpt vaak om een ​​grotere efficiëntie te bereiken.

Windturbines zijn ontworpen om een ​​gemiddelde levensduur van meer dan 25 jaar te hebben. De snelle evolutie van windtechnologie heeft geleid tot een toename van de duurzaamheid en bruikbaarheid van windturbines.

Windturbines hebben een breed scala aan maten en typen, zowel horizontale als verticale assen. Ze kunnen windparken worden genoemd waar honderdduizenden grote turbines staan ​​opgesteld. Ze genereren meer dan 650 gigawatt aan stroom, waaraan jaarlijks 60 GW wordt toegevoegd, waardoor ze een steeds belangrijkere bron van intermitterende hernieuwbare energie worden. De meeste landen gebruiken windturbines om de energiekosten te verlagen en het gebruik van fossiele brandstoffen te verminderen.

Toepassingen van windturbine

De toepassingen van een windturbine zijn zo enorm, aangezien energie nodig is in bijna alle verschijnselen van de mens. Sinds het vroege gebruik van windenergie wordt het gebruikt om mechanische energie op te wekken. Al in 5000 voor Christus maken Egyptenaren gebruik van windenergie om boten langs de rivier de Nijl voort te stuwen. Amerikaanse kolonisten gebruiken het systeem om water te pompen, graan te malen en hout te hakken bij zagerijen.

Tegenwoordig worden kleinere windturbines gebruikt voor toepassingen zoals waarschuwingsborden voor stroomverkeer, het opladen van batterijen voor hulpstroom voor boten of caravans. De grotere turbines zijn ontworpen om bij te dragen aan een huishoudelijke stroomvoorziening, aangezien de ongebruikte stroom via het elektriciteitsnet wordt terugverkocht aan de energieleverancier.

Bovendien zijn hun toepassingen op grote turbines om stroom aan het net te leveren, variërend van 100 kilowatt tot enkele megawatt. Deze turbines op utiliteitsschaal zijn vaak gegroepeerd in windparken, zodat een grotere hoeveelheid elektriciteit kan worden geproduceerd. Genoeg geproduceerde stroom zal tienduizenden huishoudens van stroom kunnen voorzien.

In kleine windturbines bevinden ze zich meestal dicht bij de toepassingen die stroom zullen leveren, bijvoorbeeld in de buurt van waterpompstations, huizen, telecommunicatieschotels, enz. Het genereert tot 100 kilowatt. Deze turbine is soms aangesloten op dieselgeneratoren, batterijen en fotovoltaïsche systemen. Het wordt ook wel een hybride windsysteem genoemd.

Ten slotte zijn de offshore windturbines meestal massief en groter. Ze kunnen krachtige oceaanwinden opvangen en een enorme hoeveelheid energie opwekken van ongeveer 4.000 gigawatt aan elektriciteit. Het wordt in veel landen vaak gebruikt om sterke energie te benutten.

Opmerking :de primaire functie van een windturbine is om stroom op te wekken of direct te gebruiken voor mechanische energie.

Onderdelen van een windturbine

Windturbines zetten windenergie om in elektrische energie voor distributie. Hieronder staan ​​de componenten van conventionele turbines met horizontale as.

• De rotor - het kostte ongeveer 20% van de kosten van het apparaat, inclusief de bladen die de windenergie omzetten in rotatie-energie bij lage snelheid.
• Generator - het kostte ongeveer 34% van de kosten van de windturbine, inclusief de elektrische generator, besturingselektronica en hoogstwaarschijnlijk versnellingsbak (bijv. Planetaire versnellingsbak), aandrijving met instelbare snelheid of continu variabele transmissie. Deze windturbinecomponenten zijn verantwoordelijk voor het omzetten van de inkomende rotatie met lage snelheid naar rotatie met hoge snelheid die geschikt is voor het opwekken van elektriciteit.
• Omringende structuur - het is ongeveer 15% van de kosten van de windturbine, inclusief het toren- en rotorgiermechanisme.

Diagram van een windturbinesysteem:

Typen windturbines

Er zijn in principe twee soorten windturbines:de horizontale as en de verticale as.

Horizontale as windturbines:

Het meeste gebruik van windturbines is tegenwoordig de horizontale as, wat betekent dat de propeller-achtige bladen zijn ontworpen om rond een horizontale as te draaien. Dit soort windturbines is ofwel tegen de wind in, dat wil zeggen, de wind raakt de wieken voor de toren. Downwind is het andere type, waarbij de wind de toren raakt voor de wieken.

De upwind gebruikt een gieraandrijving en motor, componenten die de gondel draaien om de rotor naar de wind te houden wanneer de richting van zijn verandering. Dit wordt bereikt met behulp van een windsensor die op het giersysteem is gemonteerd voor grotere turbines. Kleine turbines zijn gericht op een eenvoudige windvaan.

Een windturbine met horizontale as wordt afgekort als HAWT. Het is tegenwoordig gebruikelijk dat grote driebladige windturbines met horizontale assen en de wieken boven de wind van de toren de overgrote meerderheid van de windenergie in de wereld produceren.

De windturbinetypes werden gebouwd om een ​​extra mechanisme te elimineren om ze in lijn met de wind te houden. De bladen zijn ontworpen om te buigen bij harde wind, wat hun slagoppervlak en dus hun windweerstand vermindert.

Ondanks de voordelen die de downwind-aanbiedingen bieden, hebben upwind-ontwerpen nog steeds de voorkeur. Dit komt omdat verandering in belasting door de wind als elk blad achter de ondersteunende toren passeert, de turbine kan beschadigen.

Verticale as windturbines:

De windturbines met verticale as of VAWT's hebben hun hoofdrotoras verticaal opgesteld. Het doel van deze opstelling is dat het niet nodig is dat de turbine de wind richt voor effectiviteit. Dit is een voordeel voor locaties waar de windrichting zeer variabel is. Het is ook een voordeel wanneer de turbine in een gebouw is geïntegreerd, omdat deze inherent minder stuurbaar is.

Bij dit type windturbines kunnen de generator en tandwielkast dicht bij de grond worden geplaatst door middel van een directe aandrijving van het rotorsamenstel naar de tandwielkast op de grond. Dit verbetert de bereikbaarheid voor onderhoud. Deze ontwerpen bieden echter gemiddeld veel minder energie over de tijd, wat een groot nadeel is.

De verticale turbinetypes hebben een veel lager rendement dan de horizontale ontwerpen. Een relatief laag toerental met als gevolg een hoger koppel en hogere kosten van de aandrijflijn heeft ook invloed op het systeem. Dit type windturbines valt uiteen in twee hoofdontwerpen:

Drag-gebaseerde of Savonius-turbine – ze hebben over het algemeen rotoren met massieve schoepen die rond een verticale as draaien.

Op een lift gebaseerde of Darrieus-turbine - hebben een lange, verticale vleugelstijl, hoewel sommige de vorm van een eierklopper lijken te hebben. Een windspits is een soort op lift gebaseerde turbine, hoewel deze nog steeds onafhankelijk wordt getest.

Werken van een windturbine

De werking van een windturbine is minder complex en gemakkelijk te begrijpen. De meeste windturbines bestaan ​​uit drie bladen, hoewel die met twee bladen gebruikelijk zijn. Deze bladen zijn gemonteerd op een toren van stalen buis. De turbine maakt gebruik van hogere windsnelheden die op grotere hoogte worden gevonden, aangezien de toren zich op 30 meter of meer boven de grond bevindt.

De energie van de wind wordt opgevangen met de propellerachtige bladen, die eruitzien als een vliegtuigvleugel. Dus wanneer de wind waait, vormt zich een zak met lagedruklucht aan één kant van het blad. Deze lagedrukluchtzak trekt vervolgens het blad naar zich toe, waardoor de rotor draait. Dit staat bekend als liften. De kracht van links is veel sterker dan de kracht van de wind tegen de voorkant van het blad, die weerstand wordt genoemd. De combinatie van de lift en de weerstand zorgt ervoor dat de rotor draait als een propeller.

Een reeks tandwielen wordt gebruikt om de rotatie van de rotor te verhogen van ongeveer 18 omwentelingen per minuut. Dit is ongeveer 1800 omwentelingen per minuut, waardoor de generator van de turbine wisselstroom kan produceren.

Zoals eerder vermeld, is de gondel een onderdeel waarin enkele belangrijke turbinecomponenten zijn ondergebracht. Deze omvatten rotoren, tandwielen en generatoren, gemonteerd bovenop de turbinetoren. Deze gondels zijn groot genoeg. Een ander belangrijk onderdeel is de turbinecontroller, die ervoor zorgt dat de rotorsnelheden niet hoger zijn dan 55 mph. Dit helpt het systeem te beschermen tegen harde wind.

Een anemometer wordt gebruikt in een systeem om continu de windsnelheid te meten en de gegevens naar de controller te sturen. De gondel bevat ook een rem die de rotor mechanisch, elektrisch of hydraulisch stopt in geval van nood.

Bekijk de video hieronder voor meer informatie over de werking van windturbines:

Voor- en nadelen van windturbines

Voordelen:

Hieronder vindt u de voordelen van windturbines in hun verschillende toepassingen:

• HAWT met een hoge toren, basis geeft toegang tot een sterkere wind op locaties met windschering.
• Hoge efficiëntie, omdat de bladen loodrecht op de wind bewegen en tijdens de hele rotatie stroom ontvangen in HAWT.

Voor VAWT

• Ze produceren elektriciteit in elke windrichting
• Lage productiekosten in vergelijking met windturbines met horizontale as.
• Een sterke ondersteunende toren is niet vereist
• Gemakkelijk te vervoeren van de ene plaats naar de andere
• Lage onderhoudskosten.
• Kan in stedelijke gebieden worden geïnstalleerd.

Nadelen

Ondanks de goede voordelen van dit soort windturbines, zijn er toch enkele beperkingen. Hieronder staan ​​de nadelen van een windturbine.

Voor HAWT:

• Massieve torenconstructie is vereist.
• Componenten zoals versnellingsbak, rotoras en remeenheid worden op hun plaats getild.
• Varen met de wind mee hebben last van vermoeidheid en constructief falen.

Voor VAWT:

• Efficiëntie is erg laag in vergelijking met HAWT.
• Er wordt een hoge trilling ervaren.
• Er ontstaat geluidsoverlast.
• Door trillingen neemt de slijtage van de lagers toe, wat resulteert in hoge onderhoudskosten.
• De eerste druk om te starten is vereist.

Conclusie

Windturbines zijn machines die kinetische energie uit de wind omzetten in schone elektriciteit. Het is van twee soorten, die worden afgekort als HAWT en VAWT. Het hele werk anders en biedt een ander voordeel. Dat is alles voor dit artikel, waar we de definitie, toepassingen, functie, componenten, diagram, typen en werking van een windturbine hebben uitgelegd. Ook zetten we de voor- en nadelen van deze windturbines op een rij.

Ik hoop dat je veel aan dit bericht hebt gehad, zo ja, deel het dan met andere studenten. Bedankt voor het lezen. Tot de volgende keer!