Kühlsystem
Der Generator muss während des Betriebs gekühlt werden. Bei den meisten Windenergieanlagen befindet sich der Generator im Rohr und ein großer Lüfter dient zur Luftkühlung. Einige Hersteller verwenden Wasserkühlung. Wassergekühlte Generatoren sind kleiner und effizienter, aber dieser Ansatz erfordert einen Kühlkörper in der Kabine, um die vom Flüssigkeitskühlsystem erzeugte Wärme zu entfernen.
Starten und stoppen Sie den Generator
Wenn Sie eine große Windenergieanlage durch Absprung eines normalen Schalters an das Netz anschließen oder abwickeln, können Generator, Getriebe und das angrenzende Netz beschädigt werden.
Generatorgitter Design
Windenergieanlagen können synchrone oder asynchrone Generatoren verwenden und den Generator direkt oder indirekt mit dem Netz verbinden. Direkte Netzanbindung bezieht sich auf die direkte Verbindung des Generators mit dem Wechselstromnetz. Indirekter Netzanschluss bedeutet, dass der Strom der Windkraftanlage durch eine Reihe von elektrischen Geräten geleitet wird, die an das Netz angepasst sind. Bei einem Asynchrongenerator wird dieser Abgleichvorgang automatisch durchgeführt.
Rotorblatt
Rotorblattprofil (Querschnitt)
Windräder von Windturbinen sehen aus wie die Flügel eines Flugzeugs. Tatsächlich konstruieren Rotorblattdesigner typischerweise den Querschnitt des am weitesten distalen Abschnitts des Blatts so, dass sie dem Flügel eines orthodoxen Flugzeugs ähneln. Das dicke Profil des inneren Schaufelendes ist jedoch normalerweise speziell für Windkraftanlagen ausgelegt. Das Auswählen von Konturen für Rotorblätter erfordert viele Kompromisse, wie zuverlässigen Betrieb und Verzögerungseigenschaften. Die Kontur der Klinge ist so ausgelegt, dass sie auch bei Verschmutzungen gut funktioniert.
Rotorblattmaterial
Die meisten Rotorblätter großer Windkraftanlagen bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Die Verwendung von Kohlefaser oder Aramid als Verstärkungsmaterial ist eine weitere Option, jedoch sind solche Schaufeln für große Windkraftanlagen nicht wirtschaftlich. Holz, Epoxidholz oder Epoxidharzfaserverbundstoffe sind auf dem Markt für Rotorblätter noch nicht erschienen, obwohl sie sich in diesem Bereich weiterentwickelt haben. Stahl- und Aluminiumlegierungen haben Probleme wie Gewicht und Metallermüdung und werden derzeit nur bei kleinen Windkraftanlagen eingesetzt.
Windturbinengetriebe
Warum ein Getriebe verwenden?
Die durch die Rotation des Rotors der Windenergieanlage erzeugte Energie wird über die Hauptwelle, das Getriebe und die Hochgeschwindigkeitswelle zum Generator übertragen.
Warum ein Getriebe verwenden? Warum können wir den Generator nicht direkt durch die Spindel fahren?
Wenn wir einen normalen Generator und zwei, vier oder sechs Elektroden verwenden, die direkt an ein Drehstromnetz mit 50 Hz Wechselstrom angeschlossen sind, müssen wir eine Windkraftanlage mit einer Drehzahl von 1000 bis 3000 U / min verwenden. Für Windenergieanlagen mit einem Rotordurchmesser von 43 m bedeutet dies, dass die Drehzahl am Rotorende höher ist als die doppelte Schallgeschwindigkeit. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Generator mit vielen Elektroden zu bauen. Wenn Sie den Generator jedoch direkt an das Stromnetz anschließen möchten, müssen Sie einen Generator mit 200 Elektroden verwenden, um 30 Umdrehungen pro Minute zu erhalten. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Masse des Generatorrotors proportional zum Drehmoment sein muss. Daher kann ein direkt angetriebener Generator sehr schwer sein.
Geringeres Drehmoment, höhere Geschwindigkeit
Mit dem Getriebe können Sie die niedrigere Drehzahl und das höhere Drehmoment am Rotor der Windenergieanlage in eine höhere Drehzahl und ein niedrigeres Drehmoment für den Generator umwandeln. Getriebe in Windenergieanlagen haben typischerweise ein einziges Übersetzungsverhältnis zwischen Rotor- und Generatordrehzahl. Bei einer 600 kW oder 750 kW Maschine beträgt die Getriebeübersetzung ungefähr 1 bis 50.
Gezeigt ist ein 1,5-MW-Getriebe für Windkraftanlagen. Dieses Getriebe ist etwas ungewöhnlich, da Flansche an den beiden Generatoren mit hoher Geschwindigkeit montiert werden. Die orange-gelbe Befestigung an der rechten Seite des Generators ist eine hydraulisch angetriebene Notscheibenbremse. Im Hintergrund sehen Sie den unteren Teil der Gondel einer 1,5-MW-Windenergieanlage
Windmotor Giervorrichtung
Die Windmotor-Wippvorrichtung wird verwendet, um den Rotor der Windkraftanlage in Windrichtung zu drehen.
Gierfehler
Wenn der Rotor nicht senkrecht zur Windrichtung ist, hat der Windmotor einen Gierfehler. Der Gierfehler bedeutet, dass nur ein kleiner Teil der Energie im Wind im Rotorbereich fließen kann. Wenn dies nur der Fall ist, ist die Giersteuerung eine hervorragende Möglichkeit, die Leistungszufuhr zum Rotor der Windkraftanlage zu steuern. Der Abschnitt des Rotors, der sich in der Nähe der Windquelle befindet, wird jedoch mehr Kraft ausgesetzt als die anderen Teile. Dies bedeutet zum einen, dass der Rotor wie der Fall bei Aufwind- oder Windturbinen dazu neigt, sich automatisch gegen den Wind abzulenken. Auf der anderen Seite bedeutet dies, dass sich die Klinge bei jeder Drehung des Rotors in Richtung der Kraft hin und her bewegt. Eine Windkraftanlage mit Gierfehler hält einer größeren Ermüdungslast stand als eine Windkraftanlage, die senkrecht zur Windrichtung giert.
Giermechanismus
Windkraftanlagen auf fast allen horizontalen Achsen zwingen zu Gieren. Das heißt, ein Mechanismus mit einem Motor und einem Getriebe wird verwendet, um die Windkraftanlage gegen den Wind gebogen zu halten. Diese Abbildung zeigt den Giermechanismus einer 750 kW-Windkraftanlage. Wir können das Gierlager an der Außenkante sowie den internen Giermotor und das Gierrad sehen. Fast alle Hersteller von Upwind-Geräten halten den Giermechanismus gerne an, wenn er nicht benötigt wird. Der Giermechanismus wird durch eine elektronische Steuerung aktiviert.
Kabel-Drehzähler
Das Kabel dient zur Stromübertragung von der Windenergieanlage zur Unterseite des Turms. Wenn sich die Windkraftanlage jedoch zu lange in eine Richtung auslenkt, wird das Kabel immer mehr verzerrt. Die Windenergieanlage ist daher mit einem Kabeldrehzähler ausgestattet, um den Bediener daran zu erinnern, dass das Kabel gelöst werden muss. Ähnlich wie bei allen Sicherheitsmechanismen bei Windkraftanlagen ist das System redundant. Die Windkraftanlage ist außerdem mit einem Zugschalter ausgestattet, der aktiviert wird, wenn das Kabel zu stark verdreht wird.
