Elektrownie wiatrowe - opis

Po kilkunastu latach pracy nad udoskonaleniem najbardziej areodynamicznej konstrukcji opracowaliśmy modyfikacje wirnika typu "Savonius".

Pomysł owego wirnika powstał z połączenia dwóch typów wiatraka :
a) wiatraka perskiego i

b) wiatraka śródziemnomorskiego

Opracowana przez naszych specjalistów elektryka odbioru energii z generatora, daje maksymalne wykorzystanie nawet krótkotrwałych podmuchów wiatru skuteczność (90%). A dzięki pracy buforowej z akumulatorów i inwerterem napięcia stałego na przemienne zapewnia stałe parametry wytwarzanego prądu, niezależnie od prędkości wiatru. Możliwa jest praca równoległa kilku zespołów mini - elektrowni co daje zwiększenie mocy użytkowej.

Tak zmodyfikowana turbina przy prędkości wiatru 1,5 - 4 m/s ma większą o ok. 40% moc od klasycznego wiatraka o tej samej powierzchni zatoczenia łopat, co ma istotne znaczenie w przypadku warunków meteorologicznych panujących w Polsce, gdzie średnia prędkość wiatru wynosi 3,7 m/s w miesiącach letnich i 4,9 m/s zimą (dane IMGW z lat 1965 - 1992)

W zależności od mocy elektrowni wymiary elementu wirującego turbiny są następujące:

• wysokość od 800 mm do 3000 mm

• średnica od 500 mm do 1500 mm.

Zalety turbin o poziomej osi obrotu :

• jednakowa praca niezależna od kierunku wiatru, nie wymagają mechanizmu "ustawiania na wiatr"

• pionowa oś obrotu i niewielka średnica umożliwia łatwy montaż na obiektach nie jest konieczne budowanie wysokich masztów - w sprzyjających warunkach, na otwartym terenie wystarczy wysokość ok. 2 - 4 m nad poziom gruntu

• możliwość montażu na dachach budynków, słupach, istniejących konstrukcjach masztów, itp.

• cicha praca nawet przy maksymalnej prędkości obrotowej

• odporność na silny wiatr - nie wymaga zatrzymania nawet przy wietrze o prędkości 40 m/s - kształt wirnika zapewnia aerodynamiczne ograniczenie obrotów

• odporność w warunkach zimowych na pokrycie sadzią, szronem czy lepkim śniegiem - dzięki niewielkiej średnicy i niskim obrotom, nie wyważenie wirnika z tego powodu nie powoduje dużych niebezpiecznych drgań

• bezobsługowa praca zespołu prądotwórczego - brak elementów szybko zużywających się

• możliwa jest konstrukcja przenośna dzięki łatwemu montażowi i demontażowi w kilka godzin

• estetyczny wygląd - podczas pracy wrażenie cyklicznej zmiany kształtu, daje nowe możliwości umieszczenia reklam czy też wykorzystania jako element scenografii krajobrazu

• stosunkowo niska cena w porównaniu z klasycznym wiatrakiem poziomym układzie osi obrotu

• mała prędkość obwodowa wirnika i jego obły kształt zapewniają bezpieczeństwo dla zwierząt i ptaków - nie zabija i nie kaleczy ptaków w przeciwieństwie do klasycznego wiatraka.

Układ sterowania - zasilania.
Uwaga !
Układ działa również bez akumlatorów jak również bez przetwornicy inwertera 220V dzięki czemu jest możliwe ogrzewanie wody bez dużych strat.

Pojedyncza elektrownia wiatrowa może mieć różne przeznaczenie i zastosowanie:

• produkcja energii elektrycznej na potrzeby własne i na sprzedaż do sieci państwowej;

• praca na sieć wydzieloną - oświetlenie, ogrzewanie pomieszczeń mieszkalnych, przemysłowych i rolniczych (domy mieszkalne, kościoły, jednostki wojskowe, porty, schroniska, zabudowania rolnicze);

• rolnictwo, zasilanie elektryczne maszyn i urządzeń gospodarczych;

• zasilanie pomp melioracyjnych (nawadnianie, odwadnianie);

• hodowla ryb, zasilanie urządzeń do napowietrzania i rekultywacji zbiorników wodnych (jeziora, stawy), podgrzewanie wody;

• oczyszczalnie ścieków - zasilanie urządzeń elektrycznych oraz dotlenianie osadników;

• rzemiosło - zasilanie elektryczne silników maszyn i urządzeń ogrodnictwo - oświetlenie i ogrzewanie elektryczne w produkcji szklarniowej;

• zasilanie elektryczne (małych) skupisk ludzkich w strefach odosobnionych lub ekologicznie chronionych (stacje meteo, klasztory, latarnie morskie, stacje naukowe, jednostki wojskowe, farmy hodowlane).

Energetyka wiatrowa zaczęła rozwijać się w Polsce dopiero na początku lat 90. Głównie na wybrzeżu Morza Bałtyckiego. Dzisiaj działa 14 sieciowych farm energetycznych o łącznej mocy zainstalowanej 3,5 MW. Ponadto czynnych jest około 50 małych autonomicznych siłowni wiatrowych. W trakcie realizacji znajduje się 10 inwestycji o łącznej mocy 0,6 MW.

Ilość energii zawartej w ruchomych masach powietrza przepływającego co roku nad Polską szacuje się na 1400 - 2000 TWh. W Polsce w wielu okolicach użyteczne wiatry o prędkości 3-10 m/s wieją przez ponad 300 dni w roku. Miejsca o średniej rocznej prędkości wiatru 5-6 m/s uznaje się za granicę strefy, w której budowanie elektrowni wiatrowych jest opłacalne, nawet gdy jest możliwość korzystania z normalnej elektrycznej sieci energetycznej. W miejscach odosobnionych granica ta obniża się do 3 m/s.

Według danych zachodnich w rejonach gdzie wiatr wieje ze średnią roczną prędkością 8 m/s wielkość oszczędności paliwa dzięki wykorzystaniu izolacji złożonej ze stu siłowni o łącznej mocy 300 MW jest równa zużyciu paliwa w tradycyjnej elektrowni cieplnej o mocy 200 MW przy jej wykorzystaniu w ciągu 5500 h rocznie, oszczędność zwiększa się o 20-30%.

Wiatraki nie budzą entuzjazmu wśród ekologów. Poza zmianą krajobrazu stanowią one zagrożenie dla ptaków, zwłaszcza jeżeli instalowane są na trasach ich przelotów. Ponadto obracające się śmigła są źródłem hałasu nie pozostającego bez znaczenia dla ekosystemu wokół elektrowni wiatrowej i samego człowieka.

 Schemat budowy elektrowni wiatrowej

	Uproszczony schemat budowy typowej siłowni wiatrowej dla energetyki zawodowej. Elektrownia wiatrowa składa się z wirnika i gondoli umieszczonych na wieży. Najważniejszą częścią elektrowni wiatrowej jest wirnik, w którym dokonuje się zamiana energii wiatru na energię mechaniczną. Osadzony jest on na wale, poprzez który napędzany jest generator. Wirnik obraca się najczęściej z prędkością 15-20 obr/min, natomiast typowy generator asynchroniczny wytwarza energię elektryczną przy prędkości ponad 1500 obr/min. W związku z tym niezbędne jest użycie skrzyni przekładniowej, w której dokonuje się zwiększenie prędkości obrotowej. Najczęściej spotyka się wirniki trójpłatowe, zbudowane z włókna szklanego wzmocnionego poliestrem. W piaście wirnika umieszczony jest serwomechanizm pozwalający na ustawienie kąta nachylenia łopat (skoku). Gondola musi mieć możliwość obracania się o 360 stopni, aby zawsze można ustawić ją pod wiatr. W związku z tym na szczycie wieży zainstalowany jest silnik, który poprzez przekładnię zębatą może ją obracać. W elektrowniach małej mocy, gdzie masa gondoli jest stosunkowo mała, jej ustawienie pod wiatr zapewnia ster kierunkowy zintegrowany z gondolą. Pracą mechanizmu ustawienia łopat, i kierunkowania elektrowni zarządza układ mikroprocesorowy na podstawie danych wejściowych (np. prędkości i kierunku wiatru). Ponadto w gondoli znajdują się: transformator, łożyska, układy smarowania oraz hamulec zapewniający zatrzymanie wirnika w sytuacjach awaryjnych. Elektrownia wiatrowa Vestas V80 (2 MW) 1) sterownik piasty 2) cylinder systemu sterowania łopatami 3) oś główna 4) chłodnica oleju 5) skrzynia przekładniowa 6) sterownik VIP z konwerterem 7) hamulec postojowy 8) dźwig serwisowy 9) transformator 10) piasta wirnika 11) łożysko łopaty 12) łopata 13) układ blokowania wirnika 14) układ hydrauliczny 15) tarcza hydraulicznego układu hamowania wirnika 16) pierścień układu kierunkowania 17) rama 18) koła zębate układu kierunkowania 19) generator 20) chłodnica generatora.

Aerodynamika wirnika

Siła nośna. Nowoczesne elektrownie wiatrowe wykorzystują zaawansowane technologie, niektóre znane z przemysłu lotniczego, ponieważ muszą pracować w bardzo różnym środowisku, przy zmiennych prędkościach i kierunkach wiatru.

Powstawanie siły nośnej. Powietrze opływające górną część skrzydła ma większą drogę do pokonania, a więc porusza się szybciej, dzięki czemu ciśnienie jest mniejsze niż na dolnej części skrzydła.

Na rysunku powyżej pokazany jest przekrój profilu skrzydła samolotu. Jego specyficzny kształt powoduje, że powietrze ślizgające się wzdłuż górnej powierzchni porusza się szybciej niż wzdłuż powierzchni dolnej. Oznacza to, że ciśnienie na górnej powierzchni będzie niższe niż na dolnej. Tworzy to siłę nośną, która działając na skrzydło utrzymuje samolot w powietrzu. Jest ona prostopadła do kierunku wiatru.

Ta sama siła, która utrzymuje w powietrzu samolot powoduje, że wirnik elektrowni wiatrowej obraca się na wietrze.

Przeciągnięcie. Rozważmy teraz sytuacje, gdy pochylimy skrzydło do tyłu. Okaże się wtedy, że szybkość strumienia powietrza na górze skrzydła wzrośnie, co spowoduje wzrost siły nośnej. Jednak po przekroczeniu pewnego kąta natarcia (umowny kąt zawarty między osią podłużną skrzydła, a kierunkiem strumienia powietrza), zwanego krytycznym, nastąpi oderwanie strug powietrza na górnej części skrzydła, co prowadzi do zaniku siły nośnej. Zjawisko to nosi nazwę przeciągnięcia (stall), czasami używa się też określenia "utknięcie".

Zjawisko przeciągnięcia. Kiedy kąt natarcia staje się zbyt duży dochodzi do oderwania strug powietrza na grzbiecie płata i zaniku siły nośnej.

Przeciągnięcie może zostać wywołane, kiedy powierzchnia skrzydła samolotu, albo łopaty wirnika turbiny wiatrowej, nie jest wystarczająco równomierna i gładka. Wgłębienie w skrzydle albo łopacie wirników, albo kawałek samoprzylepnej taśmy może wystarczyć, by wywołać turbulencję na grzbiecie skrzydła nawet, jeśli kąt natarcia jest dość mały.

Wielkość siły nośnej. Wypadkowa siła aerodynamiczna ma dwie składowe. Składowa nośna Pz jest prostopadła do wypadkowego kierunku wiatru, natomiast składowa oporowa Px tworzy opór równoległy do wypadkowego kierunku wiatru. Wielkości siły nośnej oraz siły oporu wynoszą:

Pz = 0,5(Cz S rho v²)

Px = 0,5(Cx S rho v²)

gdzie S - powierzchnia łopaty, rho - gęstość powietrza, v - prędkość wiatru. Współczynniki siły nośnej Cz i oporowej Cx zależą od kształtu profilu i są funkcją kąta natarcia wiatru na łopaty.

Zależność współczynników siły nośnej i oporowej od kąta natarcia.

Przepływ powietrza przez łopaty wirnika. Wypadkowy kierunek powietrza uderzający w łopaty jest inny niż kierunek wiatru w terenie, za wyjątkiem sytuacji, gdy wirnik jest nieruchomy. Dzieje się tak, ponieważ łopaty same się poruszają. Większość turbin pracuje ze stałą prędkością obrotową,. Typowa szybkość, z jaką końcówki łopaty przecinają powietrze wynosi 64 m/s, podczas gdy prędkość w środku piasty wynosi zero. W jednej czwartej długości łopaty, prędkość ta będzie wynosić około 16 m/s. Jeżeli łopatę wirnika przyjmiemy za nasz punkt odniesienia, to idąc wzdłuż niej od środka aż do końcówki, zaobserwujemy, że wiatr będzie opływał płat pod coraz większym kątem. Dlatego łopata wirnika musi być skręcona, aby utrzymać optymalne kąty natarcia na całej jej długości.

Generatory

Generator w elektrowni wiatrowej ma za zadanie zamienić energię mechaniczną w elektryczną. Jego konstrukcja nieco odbiega od typowych prądnic. Jednym z powodów jest to, że źródło mocy (wirnik turbiny wiatrowej) dostarcza zmieniający się, w zależności od warunków wiatrowych, moment napędowy.

Elektrownie wiatrowe wykorzystują moc wiatru w zakresie jego prędkości od 4 do 25 m/s. Przy prędkości wiatru mniejszej od 4 m/s moc wiatru jest niewielka, a przy prędkościach powyżej 25 m/s ze względów bezpieczeństwa elektrownia jest zatrzymywana.

Generatory do elektrowni wiatrowych powinny spełniać następujące wymagania i zalecenia:

• konstrukcja generatora powinna zapewnić długotrwała pracę bez wymiany i konserwacji podzespołów,

• dla efektywniejszego wykorzystania energii wiatru korzystniejszy jest wariant generatora pracującego ze zmienną prędkością wirowania,

• współczynnik mocy powinien być bliski jedności (należy unikać pobierania mocy biernej przez generator),

• należy zmniejszyć do minimum udział wyższych harmonicznych prądu dostarczanego do sieci,

• należy utrzymywać parametry sieci.

W dużych elektrowniach (o mocy większej niż 100-150 kW), stosuje się trójfazowe prądnice prądu przemiennego, zwykle o napięciu 690 V. Energia jest przesyłana do transformatora obok turbiny (lub w wieży), który podnosi napięcie do wartości wymaganej przez sieć, na którą pracuje. Liczący się producenci dostarczają turbiny w dwóch wersjach: z generatorami 60 Hz przystosowanymi dla sieci w Ameryce i 50 Hz dla reszty świata.

Stosowane w elektrowniach wiatrowych generatory elektryczne przetwarzają energię mechaniczną silnika wiatrowego w energię elektryczną, przy stałej lub zmiennej prędkości obrotowej.

Przykładowa rodzina charakterystyk silnika wiatrowego o mocy 1000 kW, o średnicy zewnętrznej łopat 56 m. przy prędkości wiatru zmiennej parametrycznie. Moc znamionową osiąga przy prędkości wiatru 11,5 m/s. Aby w zakresie prędkości wiatru od 4 m/s do 11,5 m/s silnik pracował z maksymalną mocą jego prędkość powinna zmieniać się zgodnie z charakterystyką PW = f(n).

Ze stała prędkością wirowania, lub zmienną skokowo pracują generatory indukcyjne (asynchroniczne), jedno lub dwubiegowe. Nie są one szeroko używane poza energetyką wiatrową, i małymi hydroelektrowniami. Jest kilka powodów, dla których stosuje się prądnice asynchroniczne w energetyce wiatrowej. Maszyna ta jest bardzo niezawodna, stosunkowo tania i odporna na przeciążenia. Niezwykle pożyteczne jest też zjawisko poślizgu. Dzięki niemu prądnica nieznacznie zwiększa lub zmniejsza prędkość, jeśli zmienia się moment napędowy. Stosowane są również rozwiązania generatorów indukcyjnych z powiększonym poślizgiem, realizowanym przez zwiększenie rezystancji wirnika w układzie zewnętrznym lub wewnętrznym. Pozwala to powiększyć poślizg do ok. 10 procent. Oznacza to mniejsze zużycie i podatność na awarie skrzyni biegów. I to jest największą zaletą w stosunku do prądnicy synchronicznej.

Firma WEIER Electric w zakresie generatorów dla elektrowni wiatrowych oferuje generatory indukcyjne ze zmiennym poślizgiem realizowanym poprzez regulację prądów wirnika, tzw. system RCC (Rotor Current Control) bez układu pierścieni. Polega on na zabudowaniu wewnątrz wirnika tranzystorów mocy IGBT oraz rezystorów. Regulacja i sterowanie systemem RCC odbywa się za pomocą programowalnego sterownika z 16 bitowym procesorem. System RCC, oprócz zadań regulacyjnych, nadzoruje wszystkie parametry ruchowe i diagnostyczne. Komunikacja do i od wirującego wirnika z systemem RCC odbywa się poprzez seryjny interfejs z wirującym optycznym sprzęgłem. Do komunikacji generatorów z nadrzędnym sterownikiem zarządzającym całą elektrownią służy odpowiedni protokół.

Wadą generatorów asynchronicznych jest konieczność zasilenia uzwojenia stojana (namagnesowania) przed rozpoczęciem pracy. Jest ona istotna w przypadku, gdy elektrownia ma produkować energię na sieć wydzieloną. Potrzebne wtedy będzie urządzenie, które dostarczy prąd magnesujący przed rozpoczęciem pracy (kondensatory, akumulator).

Jak wynika z charakterystyki powyżej, zastosowanie stałej prędkości obrotowej uniemożliwia optymalne wykorzystanie energii wiatru. Częściowo problem ten rozwiązuje się stosując generatory dwubiegowe. Przy słabym wietrze mogą one pracować z mniejszą prędkością obrotową. Można spotkać także rozwiązanie w postaci dwóch osobnych prądnic w jednej gondoli dla różnych prędkości wiatru.

Zastosowanie zmiennej prędkości obrotowej w elektrowniach wiatrowych umożliwia optymalne wykorzystanie energii wiatru i daje większy uzysk energii. Wymagane jest jednak sterownie kątem natarcia łopat. Do przetwarzania energii w tych elektrowniach najczęściej stosowane są generatory indukcyjne pierścieniowe z tzw. podwójnym zasilaniem. Stojan jest przyłączony bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej, natomiast wirnik jest dołączony do tej samej sieci poprzez przekształtnik energoelektroniczny - jest to tzw. kaskada nadsynchroniczna.

Innym rozwiązaniem stosowanym w elektrowniach wiatrowych są generatory synchroniczne wolnoobrotowe bez przekładni bądź generatory synchroniczne wysokoobrotowe z przekładnią mechaniczną. Obydwa rozwiązania ze względu na zmienną częstotliwość napięcia wymagają stosowania przekształtników energoelektronicznych w obwodzie stojana oraz układu regulacji wzbudzenia w obwodzie wirnika. W najnowszych rozwiązaniach generatorów synchronicznych preferuje się stosowanie wzbudzenia od magnesów trwałych - eliminuje to układ do regulacji prądu wzbudzenia oraz pierścienie ślizgowe wraz z układem szczotek.

Generatory podczas pracy wymagają chłodzenia. W większości turbin używa się do tego powietrza, tłoczonego przez wentylator, ale można także spotkać chłodzenie wodą. Zaletą takiego rozwiązania jest bardziej zwarta budowa prądnicy, ale wymaga ono umieszczenia radiatora w gondoli, celem pozbycia się nadmiaru ciepła z układu chłodzenia.

Generatory w europejskich elektrowniach wiatrowych wg mocy i rodzaju rozwiązania

Większość sterowników w elektrowniach wiatrowych jest tak zaprogramowana, że przy niskich prędkościach wiatru odłącza prądnice od sieci (inaczej maszyna pracowałaby jako silnik). Kiedy wiatr staje się na tyle silny, że elektrownia możne oddawać energię do sieci, ważny jest moment jego podłączenia. Nieprawidłowa procedura startowa mogłaby doprowadzić do rozbiegania się układu. Bezpośrednie włączenie generatora do sieci mogłoby spowodować odczuwalny spadek napięcia, co wpływa niekorzystnie na pracę innych odbiorników zasilanych z tej linii. Przyczyną jest pobór dużego prądu magnesującego w czasie rozruchu. Innym niekorzystnym zjawiskiem byłoby przeciążenie mechaniczne wirnika i przekładni. Aby temu zapobiec, łączenia i rozłączanie odbywa się poprzez specjalne łączniki tyrystorowe (softstart).

W elektrowniach wiatrowych stosuje się wiele typów układów konwersji energii. Rodzaj zastosowanego układu zależy od przeznaczenia siłowni (praca na sieć wydzieloną lub sztywną) oraz jej mocy.

Najpopularniejsze schematy układów konwersji w elektrowniach wiatrowych pracujących na sieć wydzieloną z prądnicami prądu stałego.

Układ a z rysunku powyżej jest stosunkowo prosty, ale ze względu na rodzaj energii na wyjściu (energia prądu stałego) mało uniwersalny. Problem ten rozwiązano w układzie b za pomocą falownika, w którym energia prądu stałego jest zamieniana na energię prądu przemiennego. Falownik umożliwia bardzo dokładne dopasowanie częstotliwości i amplitudy napięcia, dzięki czemu energia pochodząca z siłowni może być użyta przez zwykłe odbiorniki sieciowe.

Najpopularniejsze schematy układów konwersji w elektrowniach wiatrowych pracujących na sieć wydzieloną z prądnicami prądu przemiennego.

Na rysunku powyżej pokazano układy z prądnicami prądu przemiennego. I w tym wypadku dla uzyskania parametrów energii zgodnych z sieciowymi konieczne było użycie falownika a napięcie z generatora musiało być uprzednio wyprostowane. Powyższe układy łączy stosunkowo mała moc oraz to, że uzyskana energia zasila odbiorniki autonomiczne (sieć wydzielona). Przy takiej konfiguracji, aby zapewnić ciągłość dostaw energii wymagane jest użycie baterii akumulatorów. Energetyka wiatrowa to jednak przede wszystkim elektrownie pracujące w systemie elektroenergetycznym.

Schematy najczęściej stosowanych układów w energetyce zawodowej.

Łopaty wirnika

Projektowanie łopaty jest zadaniem niezwykle skomplikowanym. Płat musi posiadać następujące cechy: odpowiednią sztywność (aby przy mocniejszych podmuchach nie doszło do zderzenia łopat z wieżą), możliwie niską masę, trwałość (powinien wytrzymać cały cykl życia siłowni a więc minimum 20 lat), niski poziom generowanego hałasu (decydujące znaczenie ma kształt końcówki płata, gdyż ona porusza się najszybciej), odporność na zabrudzenia i oblodzenie (łopaty projektuje się tak, aby wytrzymały ewentualny dodatkowy ciężar wynikający z tych czynników lub dodaje się instalacje przeciwoblodzeniową), kształt zapewniający odpowiednie własności aerodynamiczne, odporność na wyładowania atmosferyczne. Większość nowoczesnych łopat w elektrowniach wiatrowych zrobiona jest z włókna szklanego wzmocnionego poliestrem lub żywicą epoksydową. Jako wzmocnienie używa się też włókien węglowych lub kevlaru, ale takie rozwiązanie jest bardzo kosztowne, szczególnie przy większych łopatach. Dostępne są też rozwiązania polegające na wykorzystaniem drewna wzmocnionego żywicą epoksydową lub innymi tworzywami sztucznymi, ale jak dotąd nie zdobyły one większej popularności. W bardzo małych turbinach stosuje się też łopaty stalowe i aluminiowe. Są one jednak bardzo ciężkie i podatne na zmęczenie materiału. Elektrownie wiatrowe ze względu na swoją wysokość stanowią naturalny cel dla wyładowań atmosferycznych. Szczególnie narażone na takie zdarzenia są końcówki łopat. Generalnie łopaty są elementami bardzo delikatnymi i podatnymi na uszkodzenia i gdyby nie posiadały instalacji odgromowej każde wyładowanie mogłoby oznaczać ich zniszczenie. Dlatego w każdej większej siłowni wymaga się jej stosowania. Instalacja odgromowa instalowana standardowo w łopatach duńskiej firmy LM Glasfiber A/S (światowy lider w produkcji łopat dla elektrowni wiatrowych). Na najbardziej narażonej na uderzenia końcówce montuje się wykonany ze stali nierdzewnej specjalny receptor, który przejmuje uderzenie pioruna. Prąd odprowadzany jest przez miedziany przewód do piasty, a następnie do ziemi. Producent podaje, że instalacja może odprowadzać prądy dochodzące do 200 000 amperów. Ciekawym elementem instalacji jest karta rejestrująca parametry wyładowania, która posłuży producentowi do celów badawczych. Łopaty współczesnych siłowni wiatrowych osiągają rozmiary kilkudziesięciu metrów. Oznacza to poważne problemy techniczne i logistyczne przy organizowaniu ich transportu na miejsce montażu elektrowni. Ze względu na technologię produkcji łopat nie jest możliwe rozkładanie ich na części i muszą być transportowane w całości. Zadanie to powierza się wyspecjalizowanym firmom, dysponującym odpowiednimi, wielokołowymi naczepami. producent model moc znamionowa długość łopaty Enercon E-112 4,5 MW 56 m GE Wind Energy GE 3.6 3,6 MW 52 m Vestas V90 3,0 MW 45 m Nordex AG N90 2,3 MW 40 m DeWind D8 2,0 MW 40 m REpower Systems AG MM70 2,0 MW 35 m Długości łopat wirników największych elektrowni wiatrowych. Transport łopaty na miejsce montażu siłowni.

Skrzynia biegów

Moc z wirnika jest przekazywana do generatora za pomocą wału wolnoobrotowego (głównego), skrzyni biegów i wału szybkoobrotowego. Pominięcie tego układu przy tradycyjnym generatorze dwu, cztero lub sześciobiegunowym nie wchodzi w grę, gdyż prędkość wirnika musiałaby wtedy wynosić 1000 - 3000 obr/min (średnio prędkość ta wynosi 22 obr/min ). Przy wirniku o średnicy 43 metry, jego końcówka poruszałaby się dwa razy szybciej od dźwięku. Można ominąć ten problem budując wolnoobrotowy generator wielobiegunowy. Aby uzyskać rozsądną prędkość wirnika 30 obr/min, maszyna taka musiałaby jednak mieć 100 par biegunów (przy sieci 50 Hz). Pociągnęłoby to za sobą wzrost masy wirnika, a więc i wzrost momentu obrotowego potrzebnego do jego napędzania, nie wspominając o większych kosztach. Dlatego bardzo praktycznym rozwiązaniem, znanym z przemysłu motoryzacyjnego, jest zastosowanie skrzyni biegów. Mając skrzynie biegów możemy wybrać między niską prędkością obrotową i wysokim momentem napędowym otrzymywanym od wirnika a wysoką prędkością obrotową i niskim momentem napędowym. Skrzynia biegów w turbinie pracuje przy jednym, stałym przełożeniu. Przykładowo dla elektrowni o mocy 600 kW jest to zazwyczaj przełożenie 1:50.

Skrzynia biegów elektrowni wiatrowej.

Skrzynie biegów komplikują budowę elektrowni wiatrowej, zwiększają jej masę, utrudniają czynności serwisowe i naprawcze. Dlatego, szczególnie w turbinach dużej mocy, popularność zdobyła koncepcja z wolnoobrotowym generatorem synchronicznym, w której o wartość częstotliwości wyjściowej dba układ energoelektroniczny.

Siłownia wiatrowa bez przekładni głównej. Można ją poznać na pierwszy rzut oka po bardzo zwartej sylwetce gondoli.

---