Come funzionano le potenti turbine eoliche industriali

La reazione naturale dell'atmosfera al riscaldamento irregolare dei suoi diversi strati è il vento. Le conseguenti cadute della pressione atmosferica fanno sì che il vento soffi da aree di alta pressione a aree di bassa pressione, e maggiore è la differenza di pressione, più forte è il vento, maggiore è la sua velocità. Teoricamente, si stima che fino al 2% della radiazione solare venga convertita in energia eolica meccanica a causa del movimento naturale dell'aria nell'atmosfera.

È noto che la topografia di una certa area può amplificare il vento o limitare il flusso d'aria. Quindi, nelle zone di catene montuose, passi, vicino ai canyon fluviali, le condizioni per l'installazione di turbine eoliche sono davvero ideali. E se ricordiamo che la potenza ottenibile dal vento è proporzionale alla massa d'aria che attraversa la turbina e al cubo della sua velocità, allora è facile comprendere le prospettive che si stanno rapidamente aprendo in questa direzione.

Il vento è senza dubbio una delle fonti rinnovabili di energia naturale più promettenti.Non per niente in molti paesi, anno dopo anno, vengono costruiti sempre più parchi eolici, in particolare nelle zone costiere dei mari, degli oceani e delle pianure.

La natura rafficata del vento non contribuisce alla fornitura stabile delle reti elettriche, pertanto l'accumulo di energia ai fini del suo ulteriore utilizzo diventa un compito importante. Ma questo compito viene risolto: vengono costruiti sistemi di accumulo di batterie industriali e privati, vengono prese misure per garantire un'alimentazione ininterrotta.

E ora possiamo affermare con sicurezza che un potente generatore eolico industriale (come Enercon E-126) con una capacità di 6-8 MW, integrato nel sistema di alimentazione di una piccola città, sarà in grado di soddisfare le esigenze dei suoi residenti e le esigenze dell'infrastruttura elettrificata.

Ma andiamo al punto e guardiamo al dispositivo di un generatore eolico industriale. Dopotutto, ogni generatore eolico è il prodotto di un meticoloso pensiero ingegneristico, frutto di precisi calcoli e di una lunga progettazione per ottenere un efficiente e affidabile convertitore di energia eolica in energia elettrica, motivo per cui ogni dettaglio di una struttura enorme non è affatto casuale . Ad esempio, faremo riferimento al design del generatore eolico Enercon E-126 e ne esamineremo le parti principali.

Torre

La torre (7), alta decine di metri, è il supporto di un generatore eolico industriale. È realizzato interamente in cemento armato mediante getto sequenziale nella cassaforma o assemblato da brevi anelli in cemento armato che sono montati in sequenza uno sopra l'altro e collegati tirando attraverso di essi i cavi del telaio.Il cemento armato è abbastanza resistente da sostenere in alto una turbina e una navicella pesanti, oltre a sopportare il carico derivante dal funzionamento della turbina eolica, impedendo il ribaltamento della struttura.

La base della torre poggia su un basamento in cemento armato (8), il cui peso è proporzionale al peso della torre stessa. Ad esempio, la turbina eolica Enercon E-126 ha un peso complessivo di circa 6.000 tonnellate. Il supporto non è di forma cilindrica, avendo una forma più simile a un tronco di cono che a un cilindro. Espansa alla base, la torre mantiene saldamente l'intera struttura nella posizione corretta.

Pale e rotore

Le pale (6) e il rotore (5) di una turbina eolica industriale sono realizzati in una speciale fibra composita a base di acciaio e sono assemblati da segmenti separati o realizzati come un monolite, a seconda della loro portata. Di norma, vengono utilizzati bulloni e un mozzo per fissare le pale al rotore. Le pale stesse sono attaccate al mozzo e il mozzo è attaccato direttamente al rotore del generatore.

Rotazione della turbina attorno alla torre

Per far ruotare la turbina attorno alla torre, a motore asincrono (3) collegato da un ingranaggio all'anello alla base della navicella. A seconda delle dimensioni del generatore eolico e della sua potenza, possono esserci da uno a tre di questi motori.

Generatore di corrente

Se unità precedenti simili nel design ai generatori sincroni standard venivano utilizzate come generatori per turbine eoliche, all'inizio degli anni 2000 apparve un'innovazione come un generatore ad anello (1). Qui il rotore della turbina collegato al mozzo è anche il rotore del generatore.

Gli avvolgimenti di eccitazione indipendenti si trovano sul rotore ad anello, formando poli magnetici, e rispettivamente sullo statore dell'avvolgimento dello statore. L'avvolgimento dello statore è diviso in parti (nel caso dell'Enercon E -126 — in quattro parti), ciascuna delle quali è collegata a un raddrizzatore separato. Il controller del generatore si trova nella sala macchine (2) della navicella.

Invertitore

Dopo la rettifica, viene fornita una tensione continua di 400 volt all'inverter (4) installato alla base della torre, dove l'energia viene convertita in corrente alternata e dopo la trasformazione viene fornita alla linea elettrica.

Abbiamo esaminato i componenti chiave di una moderna turbina eolica industriale utilizzando l'esempio del modello Enercon E-126, installato per la prima volta vicino alla città tedesca di Emden nel 2007. La capacità del generatore è attualmente di 7,58 MW, sufficiente per alimentare 4.500 ville con elettricità tutto l'anno.

Ad oggi, Enercon ha costruito più di 13.000 turbine eoliche di questo tipo in tutto il mondo, con una capacità installata totale già nel 2010 superiore a 2.846 MW.