強力な産業用風力タービンの仕組み
さまざまな層の不均一な加熱に対する大気の自然な反応が風です。その結果、気圧が低下し、気圧の高いところから低いところへ風が吹き、気圧差が大きいほど風は強くなり、風速も速くなります。理論的には、大気中の空気の自然な動きにより、太陽放射の最大 2% が機械風エネルギーに変換されると推定されています。
特定の地域の地形によって風が増幅されたり、空気の流れが制限されたりする可能性があることが知られています。したがって、山脈、峠、渓谷の近くの地域では、風力タービンを設置するのに理想的な条件が整っています。風から得られる力は、タービンを通過する空気の質量とその速度の 3 乗に比例することを思い出せば、この方向に急速に開かれつつある展望を理解するのは簡単です。
風力は間違いなく、最も有望な再生可能自然エネルギー源の 1 つです。多くの国で年々、風力発電所、特に海、海洋、平野の沿岸部に風力発電所が建設されているのは当然のことです。
風の強さは電力網の安定供給に寄与しないため、さらなる利用を目的としたエネルギーの蓄積が重要な課題となっている。しかし、この課題は解決されつつあり、産業用および民間の蓄電池システムが構築され、無停電電源を確保するための対策が講じられています。
そして今、小さな都市の電力供給システムに統合された6～8MWの強力な産業用風力発電機（Enercon E-126など）が住民のニーズを満たすことができると自信を持って言えます。そして電化インフラのニーズ。
しかし、本題に入り、産業用風力発電機の装置を見てみましょう。結局のところ、それぞれの風力発電機は、綿密な工学的思考の産物であり、風力エネルギーを電気エネルギーに効率的かつ信頼性高く変換するための正確な計算と長期にわたる設計の結果であるため、巨大な構造物のあらゆる細部は決して偶然ではありません。 。たとえば、Enercon E-126 風力発電機の設計を参照し、その主要部品を見ていきます。
タワー
タワー (7) は高さ数十メートルで、産業用風力発電機を支えています。これは、型枠内で連続的に鋳造することによって完全に鉄筋コンクリートで作られるか、または短い鉄筋コンクリートリングを互いに重ねて取り付け、フレームケーブルを引っ張って接続することで組み立てられます。鉄筋コンクリートは、重いタービンとナセルを高所に保持するのに十分な強度を備えているだけでなく、風力タービンの動作によって生じる荷重に耐え、構造物の転倒を防ぎます。
塔の基部は鉄筋コンクリート基部 (8) 上にあり、その重量は塔自体の重量に比例します。たとえば、Enercon E-126 風力タービンの総重量は約 6,000 トンです。支持体の形状は円筒形ではなく、円筒というよりは円錐台に近い形状をしている。基部が拡張されたタワーは、構造全体を正しい位置にしっかりと保持します。
ブレードとローター
産業用風力タービンのブレード (6) とローター (5) は、スチールをベースとした特殊な複合繊維で作られており、ブレードは、その範囲に応じて、別個のセグメントから組み立てられるか、モノリスとして作られます。通常、ブレードをローターに取り付けるにはボルトとハブが使用されます。ブレード自体はハブに取り付けられており、ハブは発電機のローターに直接取り付けられています。
タワーを中心としたタービンの回転
タービンをタワーの周りで回転させるには、 非同期エンジン (3) ナセル基部のリングにギアで接続されています。風力発電機のサイズとその出力に応じて、そのようなエンジンは 1 ～ 3 基あります。
発電機
標準的な同期発電機と設計が似ている初期のユニットが風力タービンの発電機として使用されていた場合、2000 年代初頭にはリング発電機 (1) のような革新的な技術が登場しました。ここで、ハブに接続されたタービンローターは発電機ローターでもあります。
独立した励磁巻線はリングロータ上に配置されて磁極を形成し、それぞれステータ巻線のステータ上に配置されます。固定子巻線は複数の部分 (Enercon E -126 の場合は 4 つの部分) に分割され、それぞれが別個の整流器に接続されます。発電機コントローラーはナセルのエンジン ルーム (2) にあります。
インバータ
整流後の400ボルトの直流電圧は塔の基部に設置されたインバータ(4)に供給され、そこで交流に変換され、変圧後の電力線に供給される。
私たちは、2007 年にドイツのエムデン市近くに初めて設置された Enercon E-126 モデルの例を使用して、現代の産業用風力タービンの主要コンポーネントを検討しました。発電機の容量は現在 7.58 MW で、これは 4,500 の別荘に電力を供給するのに十分です。一年中電気が流れます。
現在までに、エネルコンは世界中でこのような風力タービンを 13,000 基以上建設しており、2010 年の総設置容量はすでに 2,846 MW を超えています。