Wie leistungsstarke industrielle Windkraftanlagen funktionieren

Die natürliche Reaktion der Atmosphäre auf die ungleichmäßige Erwärmung ihrer verschiedenen Schichten ist Wind. Der daraus resultierende Abfall des Luftdrucks führt dazu, dass der Wind von Gebieten mit hohem Druck in Gebiete mit niedrigem Druck weht. Je größer der Druckunterschied, desto stärker und schneller der Wind. Theoretisch wird geschätzt, dass durch die natürliche Luftbewegung in der Atmosphäre bis zu 2 % der Sonnenstrahlung in mechanische Windenergie umgewandelt werden.

Es ist bekannt, dass die Topographie eines bestimmten Gebiets entweder den Wind verstärken oder den Luftstrom einschränken kann. In Gebieten mit Gebirgszügen, Pässen und in der Nähe von Flussschluchten sind die Bedingungen für die Installation von Windkraftanlagen also wirklich ideal. Und wenn wir bedenken, dass die Leistung, die aus dem Wind gewonnen werden kann, proportional zur Luftmasse ist, die durch die Turbine strömt, und zur Potenz ihrer Geschwindigkeit, dann ist es leicht zu verstehen, welche Perspektiven sich in dieser Richtung schnell eröffnen.

Wind ist zweifellos eine der vielversprechendsten erneuerbaren natürlichen Energiequellen.Nicht umsonst werden in vielen Ländern Jahr für Jahr immer mehr Windparks gebaut, insbesondere an den Küstenabschnitten der Meere, Ozeane und in den Ebenen.

Die böige Natur des Windes trägt nicht zur stabilen Versorgung der Stromnetze bei, daher wird die Akkumulation von Energie zum Zweck ihrer weiteren Nutzung zu einer wichtigen Aufgabe. Aber diese Aufgabe wird gelöst – es werden industrielle und private Batteriespeichersysteme gebaut, Maßnahmen ergriffen, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sicherzustellen.

Und jetzt können wir mit Zuversicht sagen, dass ein leistungsstarker industrieller Windgenerator (wie Enercon E-126) mit einer Leistung von 6-8 MW, integriert in das Stromversorgungssystem einer Kleinstadt, die Bedürfnisse seiner Bewohner befriedigen kann und die Bedürfnisse der elektrifizierten Infrastruktur.

Doch kommen wir zur Sache und schauen uns das Gerät eines industriellen Windgenerators an. Schließlich ist jeder Windgenerator das Produkt akribischer technischer Überlegungen, das Ergebnis präziser Berechnungen und einer langen Planung, um einen effizienten und zuverlässigen Konverter von Windenergie in elektrische Energie zu erhalten, weshalb jedes Detail einer riesigen Struktur keineswegs zufällig ist . Wir beziehen uns beispielsweise auf das Design des Windgenerators Enercon E-126 und betrachten seine Hauptbestandteile.

Turm

Der mehrere Dutzend Meter hohe Turm (7) ist die Stütze eines industriellen Windgenerators. Es wird vollständig aus Stahlbeton durch sequenzielles Eingießen in die Schalung hergestellt oder aus kurzen Stahlbetonringen zusammengesetzt, die sequenziell übereinander montiert und durch Durchziehen von Rahmenkabeln verbunden werden.Der Stahlbeton ist stark genug, um eine schwere Turbine und Gondel in der Luft zu halten und der Belastung durch den Betrieb der Windkraftanlage standzuhalten, sodass ein Umkippen der Struktur verhindert wird.

Die Basis des Turms ruht auf einem Stahlbetonsockel (8), dessen Gewicht proportional zum Gewicht des Turms selbst ist. Beispielsweise hat die Windkraftanlage Enercon E-126 ein Gesamtgewicht von etwa 6.000 Tonnen. Der Träger hat keine zylindrische Form, sondern ähnelt eher einem Kegelstumpf als einem Zylinder. Der an der Basis verbreiterte Turm hält die gesamte Struktur sicher in der richtigen Position.

Blätter und Rotor

Die Flügel (6) und der Rotor (5) einer industriellen Windkraftanlage bestehen aus einer speziellen Verbundfaser auf Stahlbasis. Je nach Umfang sind die Flügel aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt oder als Monolith gefertigt. Zur Befestigung der Rotorblätter am Rotor werden in der Regel Bolzen und eine Nabe verwendet. Die Rotorblätter selbst sind an der Nabe befestigt, und die Nabe ist direkt am Generatorrotor befestigt.

Drehung der Turbine um den Turm

Um die Turbine um den Turm zu drehen, a Asynchronmotor (3) über ein Zahnrad mit dem Ring an der Basis der Gondel verbunden. Abhängig von der Größe des Windgenerators und seiner Leistung können ein bis drei solcher Motoren vorhanden sein.

Stromgenerator

Wurden früher als Generatoren für Windkraftanlagen Aggregate eingesetzt, deren Bauart den Standard-Synchrongeneratoren ähnelte, so entstand Anfang der 2000er Jahre eine Innovation wie der Ringgenerator (1). Dabei ist der mit der Nabe verbundene Turbinenrotor zugleich Generatorrotor.

Auf dem Ringrotor befinden sich unabhängige Erregerwicklungen, die Magnetpole bilden, bzw. auf dem Stator der Statorwicklung. Die Statorwicklung ist in Teile unterteilt (im Fall des Enercon E-126 in vier Teile), von denen jeder mit einem separaten Gleichrichter verbunden ist. Die Generatorsteuerung befindet sich im Maschinenraum (2) der Gondel.

Wandler

Nach der Gleichrichtung wird dem am Fuß des Turms installierten Wechselrichter (4) eine Gleichspannung von 400 Volt zugeführt, wo die Energie in Wechselstrom umgewandelt und nach der Umwandlung in die Stromleitung eingespeist wird.

Wir haben uns die Schlüsselkomponenten einer modernen industriellen Windkraftanlage am Beispiel des Modells Enercon E-126 angesehen, das 2007 erstmals in der Nähe der deutschen Stadt Emden installiert wurde. Die Leistung des Generators beträgt derzeit 7,58 MW, was ausreicht, um 4.500 Villen mit Strom zu versorgen Strom das ganze Jahr über.

Bis heute hat Enercon weltweit mehr als 13.000 solcher Windenergieanlagen gebaut, deren gesamte installierte Leistung im Jahr 2010 bereits 2.846 MW überstieg.