Las principales partes de la turbina de viento
Torre de la Turbina de Viento
La torre es una parte muy crucial de turbina de viento que soporta todas las demás partes. No sólo apoya la turbina, sino que la eleva a una altura suficiente para que las puntas de sus palas estén a una altura segura durante la rotación. No sólo eso, tenemos que mantener la altura de la torre, para que pueda obtener un viento suficientemente fuerte. La altura de la torre depende en última instancia de la capacidad de potencia de las turbinas eólicas. La torre de las turbinas en las plantas de energía eólica comerciales suele oscilar entre 40 y 100 metros. Estas torres pueden ser de acero tubular, de celosía o de hormigón. Utilizamos una torre de acero tubular para una gran turbina de viento. Normalmente se fabrican en una sección de 30 a 40 metros de longitud.
Cada sección tiene bridas con agujeros. Estas secciones se unen con pernos de tuerca en el sitio para formar una torre completa. La torre completa tiene una ligera forma cónica para proporcionar una mejor estabilidad mecánica. Montamos una torre de celosía por diferentes miembros de acero o ángulos o tubos GI. Todos los miembros están atornillados o soldados para formar una torre completa de la altura deseada. El coste de estas torres es mucho menor que el de la torre tubular de acero, pero estéticamente no tiene el mismo aspecto que la torre tubular de acero. Aunque el transporte, el montaje y el mantenimiento son bastante fáciles, el uso de la torre de celosía se evita en las modernas plantas de turbinas eólicas debido a su aspecto estético. Hay otro tipo de torre que se utiliza para las pequeñas turbinas de viento, y esta es la torre de poste con tirantes. La torre de poste atirantado es un único poste vertical soportado por un cable atirantado de diferentes lados. Debido a la cantidad de cables atirantados, es difícil acceder al área de la base de la torre. Por eso, evitamos este tipo de torre en el campo de la agricultura.
Hay otro tipo de torre de turbina de viento que se utiliza para plantas pequeñas, y esta es una torre de tipo híbrido. La torre de tipo híbrido también es una torre de tipo guyed, pero la única diferencia es que en lugar de usar un solo poste en el medio utiliza una torre de tipo celosía fina y alta. La torre de tipo híbrido es un híbrido de ambas, la de celosía y la de tirante.
Nacela de la turbina de viento
La barquilla es una gran caja o quiosco que se sienta en la torre y alberga todos los componentes de una turbina eólica. Alberga un generador eléctrico, un convertidor de potencia, una caja de cambios, un controlador de turbina, cables, una unidad de guiñada.
Las palas del rotor de la turbina eólica
Las palas son las principales partes mecánicas de una turbina eólica. Las aspas convierten la energía del viento en energía mecánica utilizable. Cuando el viento golpea las aspas, éstas giran. Esta rotación transfiere su energía mecánica al eje. Diseñamos las aspas como las alas de un avión. Las palas de la turbina eólica pueden tener de 40 a 90 metros de largo. Las aspas deben ser mecánicamente lo suficientemente fuertes para soportar un viento fuerte, incluso durante la tormenta. Al mismo tiempo, las aspas de la turbina eólica deben ser lo más ligeras posible para facilitar la rotación suave de las palas. Para ello, hacemos las palas con capas de fibra de vidrio y fibra de carbono sobre un refuerzo sintético.
En una turbina moderna, normalmente tres palas idénticas se ajustan a un cubo central mediante tornillos de tuerca. Cada uno de los álabes idénticos están alineados a 120o …el uno al otro. El proceso hace una mejor distribución de la masa y le da al sistema una rotación más suave.
Eje de la turbina de viento
El eje directamente conectado al centro es un eje de baja velocidad. Cuando las aspas giran, este eje gira con las mismas rpm que el cubo giratorio. Acoplamos este eje directamente al generador eléctrico en el caso de un generador de baja velocidad. Pero en la mayoría de los casos, el eje principal de baja velocidad se engrana con un eje de alta velocidad a través de una caja de engranajes. De esta manera, las palas del rotor transfieren su energía mecánica al eje que finalmente entra en un generador eléctrico.
Caja de cambios
La turbina de viento no gira a alta velocidad, sino que gira suavemente a baja velocidad. Pero la mayoría de los generadores eléctricos requieren una rotación de alta velocidad, para generar electricidad a un nivel de voltaje deseado. Así que debe haber algún tipo de disposición de multiplicación de velocidad para lograr la alta velocidad del eje del generador. La caja de engranajes de la turbina eólica hace esto. La caja de engranajes aumenta la velocidad a un valor mucho mayor. Por ejemplo, si la relación de la caja de engranajes es 1:80 y si las rpm de un eje principal de baja velocidad son 15, la caja de engranajes aumentará la velocidad del eje del generador a 15 80 = 1200 rpm.
Generador
El generador es un dispositivo eléctrico que convierte la energía mecánica recibida del eje en energía eléctrica. Normalmente, utilizamos generadores de inducción en las modernas turbinas de viento. Anteriormente, los generadores síncronos eran populares para este propósito. El generador de CC de imanes permanentes también se utiliza en algunas turbinas de viento. La velocidad del eje se puede hacer alta usando el ensamblaje de la caja de engranajes, pero no podemos hacer que la velocidad del eje sea constante. Puede haber una fluctuación en la velocidad del eje, ya que depende de la velocidad del viento. Por lo tanto, la velocidad del rotor también varía. Esta variación afecta a la frecuencia, al voltaje de la energía eléctrica generada. Para superar estos problemas, normalmente utilizamos un generador de inducción para este fin.
Porque el generador de inducción siempre produce energía eléctrica sincronizada con la red conectada, independientemente de la velocidad del rotor. Si utilizamos el generador síncrono trifásico, primero rectificamos la potencia de salida a DC y luego la convertimos a AC del voltaje y frecuencia deseados utilizando un circuito inversor. Debido a que la potencia alterna generada por el generador síncrono no es constante en voltaje y frecuencia, sino que varía con la velocidad del rotor. Porque, por la misma razón, en algunos casos, utilizamos un generador de CC para este fin. En estos casos, la potencia CC de salida del generador se invierte a CA de voltaje y frecuencia deseados, antes de alimentarlo a la red.
Conversor de energía
Porque el viento no siempre es constante, así que el potencial eléctrico generado por un generador no es constante, pero necesitamos un voltaje muy estable para alimentar la red. Un convertidor de energía es un dispositivo eléctrico que estabiliza el voltaje de salida alterno transferido a la red.
Controlador de la turbina
El controlador de la turbina es un ordenador (PLC) que controla toda la turbina. Arranca y para la turbina y hace un autodiagnóstico en caso de cualquier error en la turbina.
Anemómetro
Mide la velocidad del viento y pasa la información de velocidad al PLC para controlar la potencia de la turbina.
Veleta de viento
Detecta la dirección del viento y pasa la dirección al PLC, entonces el PLC se enfrenta a las palas de tal manera que corta el máximo de viento.
Pitch Drive
Los motores de pitch drive controlan el ángulo de las aspas cuando el viento cambia, giran el ángulo de las aspas para cortar el viento máximo, lo que se llama pitching de las aspas.
Yaw Drive
Las palas y otros componentes de la turbina eólica están alojados en una góndola, siempre que se produce un cambio en la dirección del viento, la góndola tiene que mirar en la dirección del viento para extraer la máxima energía del mismo. Para ello se utiliza un motor para hacer girar la góndola. Está controlado por un PLC que utiliza la información de la veleta para detectar la dirección del viento.
