Rodzaje konstrukcji elektrowni wiatrowych

Współczesna generacja turbin wiatrowych charakteryzuje się przede wszystkim aerodynamicznym kształtem łopat wykonanych z wysoko przetworzonych komponentów oraz najwyższym poziomem rozwiązań technicznych zastosowywanych w konstrukcjach układów mechanicznych siłowni oraz jej wyposażenia kontrolnego.

Proces produkcyjny turbin wiatrowych stał się niezwykle wysoko specjalistyczny, wyodrębniając, jako całkiem autonomiczna, produkcję łopat (np. LM Glasfiber), elektronicznych urządzeń kontrolujących, wież, czy też mechanizmów przekładniowych.

Wybór rozwiązania 3-łopatowego we współczesnej turbinie wiatrowej jest wyrazem kompromisu pomiędzy wyższa wydajnością urządzenia (konstrukcje wielołopatowe), a stabilnością i długim okresem funkcjonowania łopat (1 i 2 łopatowe).

Jednakże wielu producentów rozwija technologie dwułopatowych wirników (USA, Holandia), a nawet ciągle produkuje się turbiny 1-łopatowe (Włochy). Jedynie najprostsze elementy i etapy realizacji projektu mogą być wykonane przez lokalnych przedsiębiorców (jak np. fundament, zagospodarowanie placu budowy, podłączenie energetyczne, itp.).

Najczęściej spotykanym modelem turbiny jest turbina o 3 aerodynamicznych łopatach wykonanych z włókien szklanych lub węglowych, o długości 20-30 m, wieża natomiast 40-70 m wysokości wykonana najczęściej ze stali (tubularna lub rzadziej kratowa), ale także czasem jako konstrukcja żelbetowa. Łopaty są montowane na wale napędowym, który zazwyczaj połączony jest ze skrzynia biegów i generatorem w czaszy gondoli obracającej się tak, by jak najkorzystniej ustawić wirnik do kierunku wiatru.

Kształt łopaty wypracowany jest poprzez zaawansowane trójwymiarowe modelowanie z zadana prędkością wiatru oraz weryfikację podczas testów w wiatrowym tunelu.

Przy każdym z wybranych projektów łopat dokonywany jest pewien kompromis; maksymalna moc na zadanej prędkości oraz wysoka wydajność na prędkościach różnych od założonej prędkości preferencyjnej. Dlatego też w każdym przypadku przedsięwzięcia na polu aeroenergetyki ekstremalnie ważne są dwie rzeczy:

1. właściwe zdiagnozowanie zasobów wiatru na terenie przyszłej inwestycji (pomiar prędkości wiatru w okresie minimum 1 roku na poziomie osi wirnika lub przynajmniej 30 m),

2. właściwy dobór turbiny wiatrowej, odpowiadającej najczęściej spotykanym w danej lokalizacji wiatrom.Powyższe wymogi są często niedoceniane przez inwestorów, a każda różnica w wartościach średniej prędkości rocznej wiatru, nawet jeśli to jest 0,3 m/s daje olbrzymie dysproporcje w uzysku energii w skali wielolecia.

Nie jest możliwa zmiana profilu łopaty w danej siłowni, każda łopata może jednak w niektórych modelach turbin obracać się wokół własnej osi, tak ustawiając kat natarcia wiatru na swa powierzchnię, by okazał się on najbardziej korzystny w danym przedziale prędkości (pitch regulation). Większość producentów turbin wiatrowych nie zaadaptowała jednak tej technologii, z uwagi na fakt, iż znikoma jest wartość dodatkowego uzysku energii w porównaniu z kosztami produkcyjnymi zastosowania tej technologii, stosując profil niezmienny (stall regulation).

Przy niezmiennym profilu łopat (SR) całkowita moc turbiny po przekroczeniu prędkości nominalnej wiatru (najczęściej jest to ok. 14 m/s) osiąga swoje maksimum, często wyższe od wartości nominalnej, a następnie maleje. Inaczej dzieje się z turbinami o zmiennym kacie natarcia łopat (PR) - po osiągnięciu maksimum, pomimo wyższej wartości prędkości wiatru, moc nominalna pozostaje utrzymana aż do całkowitego wyłączenia turbin.

Wszelkie prawa zastrzeżone.
Created by Paweł Premicz 2000-2006 KVM