Jak działa nowoczesna turbina wiatrowa

Elektrownie wiatrowe przekształcają energię mechaniczną wiatru w energię elektryczną.

Elektrownię wiatrową tworzy kilka turbin wiatrowych. Każda z turbin ma zwykle dwie do trzech łopat, które połączone są z wirnikiem turbiny.

Turbina

Piastę i łopaty wirnika elektrowni wiatrowej, inaczej prądnicy napędzanej silnikiem wiatrowym, nazywamy turbiną (lub wirnikiem). Za turbiną, w gondoli (części z silnikiem) znajdują się pozostałe urządzenia elektryczne oraz mechanizm (zobacz: rysunek z przekrojem poprzecznym). Gondola jest zamontowana na wieży, co umożliwia swobodny przepływ wiatru przez turbinę i dlatego, że siła wiatru znacząco wzrasta wraz ze wzrostem wysokości liczonej od ziemi. W większości gondol turbin wiatrowych zamontowany jest zębaty mechanizm ustawienia łopat, dzięki któremu turbina ustawia się automatycznie pod wiatr. Łopaty wirnika zmniejszają prędkość wiatru i odzyskują część jego energii kinetycznej. Turbina elektrowni wiatrowych w Horns Rev 1 (Morskim Parku Wiatrowym Horns Reef 1) ma 80 metrów średnicy, a powierzchnia obrotowa / obszar obrotów wirnika wynosi 5 024 m2, co oznacza, że obszar ten jest równy powierzchni boiska do piłki nożnej. Co sekundę, przy prędkości wiatru równej 10 m/s, przez powierzchnię obrotową przechodzi około 70 ton powietrza. Jest to ilość równa dwóm w pełni załadowanym zbiornikowcom. Łopaty wirnika wykonane są z materiałów zespolonych, dzięki czemu są bardzo wytrzymałe. Wyposażone są także w integralny, złożony system ochrony odgromowej, który chroni elektrownię przed uszkodzeniami spowodowanymi przez uderzenia pioruna. Ciężar na łopatach wirnika zwykle przekracza 10 ton. Większość wież wyprodukowana jest ze stali i mierzy 60 – 100 metrów wysokości. Waga wież waha się od 125 do 200 ton. Jednak „w rurociągu” możemy także znaleźć większe elektrownie i łopaty.

Sposób wykorzystywania wiatru

Wiejący wiatr powoduje różnicę ciśnień przed i za łopatami, sprawiając, że łopaty – oraz oś turbiny lub wał – zaczynają się obracać. Obracający się wirnik turbiny napędza generator, który wytwarza energię elektryczną. Generator umieszczony jest w obudowie na szczycie wieży. Prąd przesyłany jest przewodami do sieci energetycznej. Zasada działania turbiny wiatrowej przypomina staromodne dynamo w rowerze.

Generator

Wał turbiny łączy się z generatorem, który umieszczony jest w obudowie silnika elektrowni. Zazwyczaj, między turbiną a generatorem, zamontowana jest skrzynia przekładniowa, za pomocą której przetwarzana jest mała prędkość turbiny, np. 6 – 16 obr/min w 1 500 obr/min generatora, który wytwarza energię elektryczną przesyłaną przez sieć energetyczną w kraju.

Siła wiatru a wytwarzanie energii elektrycznej

Przy małej prędkości wiatru lub w przypadku jego braku, elektrownia znajduje się w trybie „czuwania”, jest zatrzymana i gotowa do pracy. Gdy prędkość wiatru jest wystarczająca (około 4 m/s), wytwarzanie energii elektrycznej zaczyna się automatycznie. Elektrownia osiąga pełne moce produkcyjne przy wietrze wiejącym z prędkością 12 – 14 m/s. Przy prędkości wiatru równej mniej więcej 25 m/s, wskutek potężnych przeciążeń mechanicznych, elektrownia zatrzymuje się automatycznie, aby uniknąć niepotrzebnego zużycia jej elementów.