Mekaniken för att omvandla vind till elektrisk energi

Moderna vindturbiner använder den kinetiska energin från rörlig luft för att generera elektricitet genom en rad mekaniska och elektromagnetiska steg. Denna process bygger på aerodynamiska principer och komponenter i industriell skala som är utformade för att fånga energi på höga höjder.

Sekventiell drift av ett vindturbin

Luftflödet passerar över de aerodynamiska turbinbladen och skapar en tryckskillnad som genererar lyft.
Denna lyftkraft gör att bladen roterar det centrala navet som de är fästa vid.
Det roterande navet vrider en låghastighets huvudaxel inuti gondolen.
En växellåda förbinder låghastighetsaxeln med en höghastighetsaxel, vilket ökar rotationshastigheten avsevärt.
Höghastighetsaxeln roterar en generator och flyttar magneter förbi stationära trådspolar för att producera en växelström (AC).
En intern eller intilliggande transformator ökar spänningen på elen för effektiv överföring genom elnätet.

Primära strukturella komponenter

Kniv: Stora, böjda strukturer utformade för att fånga maximal vindenergi och omvandla den till roterande rörelse.
Nacelle: Det skyddande höljet på toppen av tornet som innehåller växellådan, generatorn och styrelektroniken.
Torn: En hög, rörformad stål- eller betongkonstruktion som placerar bladen i högre, mer konsekventa vindströmmar.
Anemometer: En sensor som mäter vindhastighet och överför data till turbinens styrsystem.
Yaw Mechanism: Ett automatiserat motorsystem som roterar gondolen för att säkerställa att bladen alltid är vända rakt mot vinden.
Pitch System: En mekanism som justerar vinkeln på bladen för att kontrollera rotationshastigheten och förhindra skador i kraftiga vindar.

Turbinprestanda baserad på vindhastighet

Driftsfas	Typisk vindhastighet (m/s)	Systemstatus
Inkopplingshastighet	3 - 5	Klad börjar rotera och genererar användbar kraft.
Nominell uthastighet	12 - 15	Systemet når sin maximala elproduktionskapacitet.
Utkopplingshastighet	25 eller högre	Automatisk bromsning aktiveras för att förhindra mekaniska fel eller strukturella skador.