El Windkraftanlage Es handelt sich um ein Gerät, das die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umwandelt und diese dann in umwandelt elektrische leistung. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Strom zu erzeugen, ohne schädliche Gase auszustoßen, handelt es sich um eine der effektivsten und nachhaltigsten Technologien im Bereich der erneuerbaren Energien.
Was ist eine Windkraftanlage?
Un Windkraftanlage Dabei handelt es sich um eine Art Flugmotor, der Windenergie, also die Kraft des Windes, nutzt, um diese in Elektrizität umzuwandeln. Sie funktioniert ähnlich wie herkömmliche Windmühlen, aber anstatt Energie zum Mahlen von Getreide oder zum Pumpen von Wasser zu verwenden, erzeugt sie elektrische Energie.
Die erzeugte Energie hängt von der Stärke des Windes und der Größe der Windkraftanlage ab. Typischerweise werden diese Geräte in Windparks an Land oder auf See installiert, wo die Winde stärker und konstanter sind.
Hauptteile einer Windkraftanlage
Die Windräder Sie bestehen aus mehreren für ihren Betrieb wesentlichen Teilen. Als nächstes werden wir jeden von ihnen beschreiben:
1. Rotor
Der Rotor ist der mobiles Element Verantwortlich dafür, die kinetische Energie des Windes einzufangen und in mechanische Energie umzuwandeln. Es besteht aus den Messern und der Buchse, die die Messer mit der Maschinenwelle verbindet. Er Rotor Es kann eine feste Steigung oder eine variable Steigung sein, je nachdem, ob die Rotorblätter fest sind oder sich um ihre eigene Achse drehen können, um sich an die Windgeschwindigkeit anzupassen.
Bei größeren Windkraftanlagen hat der Rotor meist einen Durchmesser, der bei Offshore-Prototypen mehr als 160 Meter erreichen kann, was eine Produktion von bis zu 5 MW (Megawatt) ermöglicht. Die Drehzahl dieser großen Windkraftanlagen liegt zwischen 20 und 50 U/min (Umdrehungen pro Minute), während kleinere mehr als 300 U/min erreichen können.
2. Die Klingen
Die Schaufeln Sie sind für den Betrieb der Windkraftanlage von entscheidender Bedeutung, da sie für die Erfassung der Windkraft verantwortlich sind. Insbesondere an den Kanten der Rotorblätter sind sie starken aerodynamischen Belastungen ausgesetzt, die bis an die Grenzen der Materialfestigkeit reichen können. Aus diesem Grund werden die Klingen aus hergestellt leichte und widerstandsfähige MaterialienMaterialien wie Glasfaser oder Carbon, die extremen Wetterbedingungen standhalten.
Abhängig von der Anzahl der Rotorblätter können Windkraftanlagen ein-, zwei-, drei- oder mehrflügelig sein, wobei dies am häufigsten der Fall ist Tripala, da sie ein Gleichgewicht zwischen Effizienz und Stabilität bieten. Dreiflügelige Windkraftanlagen ermöglichen einen Wirkungsgrad von nahezu 40 % und werden am häufigsten in Hochleistungsanlagen eingesetzt.
3. Multiplikator
Der Multiplikator hat eine sehr wichtige Funktion: Passen Sie die niedrige Drehzahl des Rotors an mit höherer Drehzahl, damit der elektrische Generator effizient arbeitet. Dieser Vorgang wird über eine Reihe von Zahnrädern durchgeführt, die die Welle mit niedriger Drehzahl mit der Welle mit hoher Drehzahl verbinden. In einigen modernen Modellen wird dieses System durch ersetzt elektronische Elemente die die gleiche Funktion erfüllen, ohne dass ein Getriebe erforderlich ist.
4. Elektrischer Generator
El elektrischer Generator Es ist die Komponente, die für die Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie verantwortlich ist. Generatoren können unterschiedlicher Bauart sein: synchron oder asynchron, je nach Bauart der Windkraftanlage. Bei den modernsten Windkraftanlagen besteht das Ziel darin, das Verhältnis zwischen dem Generator und anderen Elementen wie dem Multiplikator oder dem Getriebe zu optimieren, um die Leistung zu verbessern.
5. Gondel
La Gondel Es ist das Gehäuse, das die Hauptkomponenten der Windkraftanlage enthält, wie zum Beispiel den Generator, das Getriebe und die Steuerungssysteme. Es wird oben auf dem Turm montiert und ist extremen Wetterbedingungen ausgesetzt. Daher besteht es aus starken, aber leichten Materialien (im Allgemeinen Glasfaser und Stahl). Darüber hinaus kann sich die Gondel drehen, um sich basierend auf den von der Schaufel und dem Anemometer gesammelten Daten automatisch in Windrichtung auszurichten.
6. Turm
Der Turm ist die Struktur, die die Rotorblätter und die Gondel auf eine ausreichende Höhe anhebt, um den Wind besser zu nutzen. Je höher der Turm, desto stärker der Wind, was die Energieproduktion steigert. Türme bestehen im Allgemeinen aus Stahlrohr und kann in großen Windkraftanlagen Höhen von bis zu 150 Metern und mehr erreichen.
Betrieb einer Windkraftanlage
Der Betrieb einer Windkraftanlage basiert auf der Umwandlung der kinetischen Energie des Windes in elektrische Energie, und zwar durch einen Prozess, der mehrere Schritte umfasst:
- Der Wind bewegt die Rotorblätter und erzeugt so mechanische Energie.
- Die Drehung des Rotors wird auf die Hauptwelle übertragen, die mit dem Drehzahlvervielfacher verbunden ist.
- Der Multiplikator erhöht die Drehzahl der langsamen Welle, um sie an den elektrischen Generator anzupassen.
- Der Generator wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um.
- Der erzeugte Strom wird über das Evakuierungssystem an das Stromnetz übertragen oder zur späteren Verwendung gespeichert.
Die Leistung der Windkraftanlage hängt von mehreren Faktoren ab, beispielsweise der Windgeschwindigkeit, dem Rotordurchmesser und der Turmhöhe. Darüber hinaus verfügen moderne Modelle über Sicherheitsmechanismen wie Scheibenbremsen und automatische Stoppsysteme bei zu starkem Wind.
Welche Art von Windkraftanlagen werden üblicherweise eingesetzt?
Die häufigsten Windkraftanlagen sind diese horizontale Achse und drei Klingen, da sie im Vergleich zu anderen Designs die beste Leistung und Stabilität bieten. Diese Windkraftanlagen werden sowohl in kleinen isolierten Anlagen als auch in großen Windparks an Land oder auf See eingesetzt.
Darüber hinaus gibt es Turbinen vertikale Achse, obwohl seine Verwendung aufgrund seiner geringeren Effizienz eingeschränkter ist. Es werden jedoch neue Technologien und Materialien untersucht, um ihre Leistung zu verbessern, insbesondere in städtischen Gebieten, in denen die Windverhältnisse unregelmäßiger sein können.
Materialien, die in Windkraftanlagen verwendet werden
Moderne Windkraftanlagen werden mit einer Kombination aus gebaut widerstandsfähige und leichte Materialien Dadurch kann es extremen Wetterbedingungen standhalten und gleichzeitig das Gewicht der Komponenten minimieren, um die Leistung zu verbessern:
- Die Klingen bestehen hauptsächlich aus Fiberglas verstärkt mit Carbon oder Polyester, was sie extrem leicht und gleichzeitig sehr widerstandsfähig macht.
- Die Türme sind normalerweise Stahlrohr, obwohl mit einigen moderneren Versionen experimentiert wird Kohlenstofffaser und andere Verbundwerkstoffe.
- Die Gondel und andere Strukturelemente bestehen aus verstärktem Stahl und sind mit korrosionsbeständigen Materialien beschichtet, um eine langfristige Haltbarkeit auch in Meeresumgebungen zu gewährleisten.
Rentabilität von Windkraftanlagen
La Windkraft Es ist heute eine der profitabelsten und wettbewerbsfähigsten Energieformen. Jüngsten Berichten zufolge sind die Kosten für die Stromerzeugung mit Windkraftanlagen deutlich niedriger als bei nicht erneuerbaren Energien, beispielsweise fossilen Brennstoffen. Es hat sich sogar gezeigt, dass sie wettbewerbsfähiger ist als andere erneuerbare Energien, wie zum Beispiel die Solarenergie.
In Spanien beispielsweise kann ein 20-MW-Windpark etwa XNUMX Euro erzeugen 40 GWh pro Jahr, was ausreichen würde, um ca 15.000 Haushalte.
Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, dass Windkraftanlagen eine viel geringere Umweltbelastung als andere Energieerzeugungstechnologien haben, da sie keine umweltschädlichen Gase ausstoßen und für ihren Betrieb keine fossilen Brennstoffe erforderlich sind. Allerdings müssen Faktoren wie Lärm, visuelle Beeinträchtigung und einige Auswirkungen auf Vögel und Fledermäuse in nahegelegenen Gebieten berücksichtigt werden.
Kurz gesagt: Windkraftanlagen sind eine Schlüsseltechnologie für die Entwicklung erneuerbarer Energien und spielen eine grundlegende Rolle beim Übergang zu einem saubereren und nachhaltigeren Energiesystem.