Como as poderosas turbinas eólicas industriais funcionam

A reação natural da atmosfera ao aquecimento desigual de suas diferentes camadas é o vento. As quedas resultantes na pressão atmosférica fazem com que o vento sopre de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão, e quanto maior a diferença de pressão, mais forte o vento – maior sua velocidade. Teoricamente, estima-se que até 2% da radiação solar seja convertida em energia eólica mecânica devido ao movimento natural do ar na atmosfera.

Sabe-se que a topografia de uma determinada área pode amplificar o vento ou restringir o fluxo de ar. Assim, em zonas de serras, desfiladeiros, perto de desfiladeiros de rios, as condições para a instalação de aerogeradores são realmente ideais. E se lembrarmos que a potência que se pode obter do vento é proporcional à massa de ar que passa pela turbina e ao cubo de sua velocidade, fica fácil entender as perspectivas que se abrem rapidamente nessa direção.

O vento é, sem dúvida, uma das fontes renováveis ​​mais promissoras de energia natural.Não é à toa que em muitos países, ano após ano, estão sendo construídos cada vez mais parques eólicos, especialmente parques eólicos nas partes costeiras dos mares, oceanos e nas planícies.

A natureza rajada do vento não contribui para o fornecimento estável de redes elétricas, portanto, o acúmulo de energia para fins de seu uso posterior torna-se uma tarefa importante. Mas esta tarefa está sendo resolvida - sistemas de armazenamento de baterias industriais e particulares estão sendo construídos, medidas estão sendo tomadas para garantir o fornecimento ininterrupto de energia.

E agora podemos dizer com segurança que um poderoso gerador eólico industrial (como o Enercon E-126) com capacidade de 6-8 MW, integrado ao sistema de fornecimento de energia de uma pequena cidade, será capaz de atender às necessidades de seus residentes e as necessidades da infraestrutura eletrificada.

No entanto, vamos direto ao ponto e examinamos o dispositivo de um gerador eólico industrial. Afinal, cada gerador eólico é produto de meticuloso pensamento de engenharia, resultado de cálculos precisos e longo projeto para obter um conversor eficiente e confiável de energia eólica em energia elétrica, por isso cada detalhe de uma enorme estrutura não é de forma alguma acidental . Por exemplo, nos referiremos ao projeto do gerador eólico Enercon E-126 e veremos suas partes principais.

Torre

A torre (7), com dezenas de metros de altura, é o suporte de um gerador eólico industrial. É feito inteiramente de concreto armado por vazamento sequencial na fôrma ou montado a partir de pequenos anéis de concreto armado que são montados sequencialmente uns sobre os outros e conectados puxando cabos de armação através deles.O concreto armado é forte o suficiente para suportar uma turbina pesada e uma nacela no ar, bem como suportar a carga resultante da operação da turbina eólica, evitando que a estrutura tombe.

A base da torre assenta sobre uma base de betão armado (8), cujo peso é proporcional ao peso da própria torre. Por exemplo, a turbina eólica Enercon E-126 tem um peso total de cerca de 6.000 toneladas. O suporte não tem forma cilíndrica, tendo uma forma mais próxima de um cone truncado do que de um cilindro. Expandida na base, a torre segura toda a estrutura na posição correta.

Lâminas e rotor

As pás (6) e o rotor (5) de uma turbina eólica industrial são feitos de um composto especial de fibra à base de aço.As pás são montadas a partir de segmentos separados ou feitas como um monólito, dependendo do seu escopo. Como regra, parafusos e um cubo são usados ​​para prender as pás ao rotor. As próprias pás são conectadas ao cubo e o cubo é conectado diretamente ao rotor do gerador.

Rotação da turbina em torno da torre

Para girar a turbina em torno da torre, um motor assíncrono (3) conectado por uma engrenagem ao anel na base da nacele. Dependendo do tamanho do gerador eólico e de sua potência, pode haver de um a três desses motores.

Gerador de energia

Se unidades anteriores semelhantes em design aos geradores síncronos padrão fossem usadas como geradores para turbinas eólicas, então, no início dos anos 2000, surgiu uma inovação como um gerador de anel (1). Aqui, o rotor da turbina conectado ao cubo também é o rotor do gerador.

Os enrolamentos de excitação independentes estão localizados no rotor do anel, formando pólos magnéticos e, respectivamente, no estator do enrolamento do estator. O enrolamento do estator é dividido em partes (no caso do Enercon E -126 - em quatro partes), cada uma conectada a um retificador separado. O controlador do gerador está localizado na casa das máquinas (2) da nacele.

Inversor

Após a retificação, uma tensão contínua de 400 volts é fornecida ao inversor (4) instalado na base da torre, onde a energia é convertida em corrente alternada e após a transformação é fornecida à rede elétrica.

Vimos os principais componentes de uma moderna turbina eólica industrial usando o exemplo do modelo Enercon E-126, instalado pela primeira vez perto da cidade alemã de Emden em 2007. A capacidade do gerador é atualmente de 7,58 MW, o que é suficiente para abastecer 4.500 vilas com eletricidade o ano todo.

Até o momento, a Enercon construiu mais de 13.000 aerogeradores em todo o mundo, com sua capacidade total instalada já em 2010 superior a 2.846 MW.