كيف تعمل الرياح الهوائية الكهرباء
إن تراويح الرياح تحول الطاقة الحركية لنقل الهواء إلى دوران ثم إلى كهرباء. ولا يمكنها أن تلتقط كل طاقة الرياح: فبعض الهواء لابد أن يستمر في التدفق عبر الدوار.
في 60 ثانية: كيف يعمل
وتنقل الرياح النُزُل، وتتحول النُزُل إلى مولد، والإلكترونيات والمحول تطابق القوة مع الشبكة.
- تدفع الرياح على الشفرات، التي تشكل مثل أجنحة الطائرات، حتى أنها ترفع جانبية وتدور دوران.
- في معظم التوربينات، يسرع صندوق التروس الدوران.
- المولّد يحوّل الدوران إلى كهرباء
- فالإلكترونيات الكهربائية تحول تلك الكهرباء إلى تردد دقيق وتُجهّز احتياجات الشبكة.
- المحولات ترفع الجهد بحيث تستطيع الطاقة الانتقال عبر الكابلات إلى الشبكة
هل تريد تفاصيل الهندسة؟ استكشف 3D نموذجثم تُقرأ (المذكرات الهندسية) and من أنواع و/.
م محطات الطاقة الكهربائية على نطاق العالم :: تم تحديث القراءة ذات الصلة · التمهيد والعرض- أمثلة تعليمية؛ لا يطلب إجراء استعراض مستقل للأقران الهندسية.
تم اختبار المعدات في 3D
دوران المعدات، تتبع تدفقات الطاقة، وفحص كل عنصر، اقرأ الخطوات الواردة أدناه في أي وقت.
Choose a step to read the process. Activate the 3D model or start a guided tour to use the animation controls.
تربينات أفقية محورية مع مولد مغناطيسي دائم ومحولات كاملة التقييم من الخلف إلى الخلف. The nacelle, gearbox, generator and converter cabinets are educational cutaways. The simplified 12:1 ratio, dimensions and efficiencies are illustrative; direct-drive and doubly fed machines are different architectures. يتم إبطاء الحركة للتفتيش. المخطوطات الملونة تكشف عن تدفق من خلال المعدات المغلقة؛ البقول الذهبية تظهر صافي نقل الطاقة الكهربائية، وليس الإلكترونات الفردية.
كيف يعمل
- Moving air
- رفع الشفرة ودرار الرفع
- Generator rotation
- Electrical conversion
- محول وشبكة
تُستخدم الطاقة من الهواء المتحرك في التوربينات الريحية. تُطور شفرات الهواء التي هي بمثابة الهواء رافعة، مما يخلق دوران حول عمود الدوار. المحرك الرئيسي يدعم الحمولات الدوارة؛ محرك محرك يحمل قوة التحول إلى مولد. في التوربين الموضح، يقوم بتكييف الزيادة في سرعة الدوران قبل المولد. أما الآلات الأخرى فيربط الدوار مباشرة بمولد مصمم لبطء الدوران. لا يوجد ترتيبان للطاقة الإضافية: الخسائر الميكانيكية والكهربائية تقلل الطاقة المتاحة للتصدير.
التربينة هي آلة مراقبة نشطة. ياو يستدير في اتجاه الرياح، بينما يُغير النصل التحميل الأيرودينامي. المولد والإلكترونيات التي تعمل بالطاقة تنظم الناتج الكهربائي، والمحول يربط التوربينة بشبكة الجمع. يتفاوت الناتج مع الرياح المتاحة وحدود التشغيل. وبالتالي لا ينبغي أن تُقرأ الشفرات المتحركة كوعد بالجيل الثابت. مزرعة الرياح تجمع بين العديد من التوربينات مع الكابلات، والتحكمات، ووصلة الشبكة المشتركة.
من الرياح من التقاط الهواء إلى تكييف
يظهر النموذج تربيناً واحداً متماسكاً، وليس كل بنية من هواء - توربين. استخدم زر مرحلة أو معدّات انقر في رؤية 3D المُنشّطة لتفتيش نفس المرحلة. انتقِ منتقى مرحلة لا يغيّر سوى التفسير والكاميرا.
المرحلة المختارة: لمحة عامة عن النظام الكامل
تفسير بسيط
رفع على الشفرات الملتوية يخلق دوران في المرفأ. الملامح المائلة تدور كل شفرة لتنظيم التقاطها. المنافذ و لوحة السرير تدعم الأحمال من خلال الحجاب والبرج و الأساس؛ المواسير والعتاد و الإقلاع تحمل العكارات إلى المولد. هذه مسارات مختلفة. ]الجر1]
المولد المغنطيسي الدائم ينتج AC بينما يتناوب مغاينه على عمليات تهويث الاحصائيات الثابتة السابقة. المحولات الكاملة التقييم تحمل كل طاقة المولد: المحولات ذات المصدر الفولطي ذات جانب المولد (VSC) o معدّل السعة - المكثف - المجهزة بوصلة DC o link link- netwide- spide VSC. النبض - النسق - التحكم في التحول. يمكن لتردد المولد أن يختلف بينما تبقى الشبكة المختارة عند 50 هرتز. ]الجر2]
المرشّح مُسبق aC مفتاح مفتاح ، برج القاعدة ، و شبكة الـ تحويل و تحويل هو حرّ و تشحيم و تبريد هو a قصير المدى a قصير المدى a كهرباء عازل ليس a مصدر طاقة أو a ريح مزرعة ليس a طارِد ليس من مُنتقى هو مُنتقى. ]الجر1] ]الجر2]
تفاصيل هن
المساواة في المساواة وافتراضات نقاط تحكم
Uniform steady inflow supplies P_air = ½ρAv³; rotor capture is P_aero = CₚP_air; tip-speed ratio is λ = ωR/v for v > 0. Here ρ is air density (kg/m³), A = πR² is swept area (m²), v is wind speed (m/s), R is tip radius (m), ω is rotor angular speed (rad/s), and Cₚ and λ are dimensionless. ]الجر2]
Our original teaching curve is Cₚ(λ, β) = 0.46 max(0, x(2 − x)) cos³β, with x = λ/7 and β the collective pitch angle in radians. This constructed curve is not from the books or a manufacturer. Below rating, ω = 7v/R; above rating, ω is capped and inverse pitch reduces shaft input to its limit. Parked states use zero speed, zero capture and 90° feather pitch. This does not model aerodynamic forces, inertia, startup, braking or controller stability.
In the fixed-ring planetary stage, (1 + N_r/N_s)ω_c = ω_s + (N_r/N_s)ω_r. N denotes tooth count; subscripts s, r and c mean sun, ring and carrier. With N_s = 24, N_r = 72 and ω_r = 0, the sun turns at 4ω_c. Each 24-tooth planet turns at −3ω_c relative to its moving carrier, or −2ω_c absolutely. The 36:12 external pair then gives generator speed −12ω_c. Negative signs indicate relative rotation, not negative exported power. ]الجر5]
Revolutions per minute (rpm) are n = 60ω/(2π). For the illustrative 16-pole PMSG, generator fundamental frequency f_gen = 8|n_gen|/60 (Hz), using eight magnetic pole pairs. ]الجر6] ويحافظ محوِّل جانب الشبكة على الوصلة الشبكية بصورة مستقلة؛ ولا تُحسب عمليات التحويل التموجية، وضوابط التموجات الموجية، والتحكم في الطاقة التفاعلية.
Each stage uses P_out = ηP_in and P_loss = P_in − P_out, where η is its assumed efficiency. Rotor torque magnitude is T_rotor = P_aero/ω; generator input torque is gearbox output divided by |12ω|. These steady-state torque identities are evaluated only while rotating. Net export equals the final collection output minus modeled auxiliaries.
الافتراضات التوضيحية والمثال المثبت
Not a real turbine specification: R = 68.4 m, ρ = 1.225 kg/m³, peak Cₚ = 0.46, optimum λ = 7, net rating = 5.000 MW; gearbox and generator efficiencies each 0.96; both converters each 0.98; transformer plus collector 0.99; producing auxiliaries 20 kW. The 12:1 overall ratio is simplified for teaching and is not a commercial gearbox rating.
At the reset example v = 8 m/s: 4.609 MW available wind → 2.120 MW rotor input → 1.838 MW net export. Losses/use total 0.282 MW. The checked balance is 2.120 = 1.838 + 0.282 MW (display values rounded). Physical rotor speed is 7.818 دورة دورة -93.818 rpm, λ = 7, pitch 0°, and generator fundamental 12.509 HZ.
والرياح المستعجلة هي: 11.142 m/s, using P_shaft,rated = (P_grid,rated + P_aux)/∏η and v_rated = [P_shaft,rated/(½ρACₚ,max)]⅓. The region definitions follow the books, but our 3 m/s cut-in, 25 m/s cut-out and every numerical setting above are illustrative. No hysteresis or real-turbine standby import is included. ]الجر1] ]الجر2]
ما لا يثبته القص ما لا يثبت
ويتسع النطاق بنحو 10 أمتار لكل وحدة مشهد، وتتوسع المكونات لقابلية القراءة؛ وتضغط مسافات المحطة؛ وتحظى المساكن المفتوحة وأسنان المعدات المبسطة بآراء تعليمية، ويبالغ عمداً في تقدير حجم الدورة الدوارة التي تبلغ 8.6 أمتار لإبقاء علامات الدرع الموسعة خالية من اللوحة الداعمة. ويتحقق النموذج الجامد من التطهير الهندسي، وليس من خلال اللون، أو الإجهاد، أو التعب، أو السلامة الأساسية، أو القدرة على التبريد، أو الامتثال للمعايير. وتوفر التوربينات الخلفية السياق؛ ولا تصف الحسابات إلا التوربين المختار.
- صندوق توجيه يزيد السرعة ويخفض الدوران؛ لا يضاهي القوة.
- ويتغير في فولت AC المحول؛ ولا يستطيع أداء تحويل AC/DC.
- الحركة، واختيار الكاميرا وكثافة الجسيمات ليست قياسات كهربائية. البقول الذهبية تظهر اتجاه الطاقة، وليس سرعة الإلكترون.
- هذا نموذج تعليمي ثابت ومقيد، وليس محاكاة مصادق عليها لعمليات تشغيل النبات.
المراجع
- [W1] J. F. Manwell, J. G. McGowan and A. L. Rogers. تفسيرات الطاقة الريحية: النظرية والتصميم والتطبيق, 2nd ed., Wiley, 2009. ISBN 9780470015001; DOI 10.1002/9781119994367. Checked Chapter 1, §§1.1–1.1.2, printed pp. 2–7 in the lawful publisher excerpt.
- ([W2]) أ. أنايا - لارا، و ن. توليد الطاقة الريح, 1st ed., Wiley, 2009. ISBN 9780470714331. Checked Chapter 1, pp. 4–5, equations (1.1)–(1.4), and §1.2.2.2, pp. 9–10 in the lawful publisher excerpt.
- [W3] R. W. Erickson and D. Maksimović. Fundamentals of Power Electronics, 3rd ed., Springer, 2020. DOI 10.1007/978-3-030-43881-4ولم يتم التحقق من الفصول التفصيلية من التقرير العملي المدمج/الدليل المقلوب إلا من الخلاصات الاستهلالية العامة، ولم يتم التحقق من صحة مزيد من القراءة؛ وتوفر W2 قاعدة الكتب التي يمكن الوصول إليها بالنسبة للطوبولوجيا المختارة.
- [W6] H. H. Woodson and J. R. Melcher. الديناميات الكهربائية الميكانيكية، الجزء الأولWiley, 1968; مشروع MITM OpenCourseWare Rere re reconre Resure, 2009, checed § 4.1.8, المعادلة (4.1.95), in the MIT-hosted chapter لعلاقة التردد الميكانيكي/الكهربائي المتزامنة.
المصادر التقنية التكميلية
- [W4] وزارة الطاقة في الولايات المتحدة، How Do Wind Turbines Work?: لمحة عامة عن المعدات التكميلية.
- [W5] MathWorks, Planetary Gear: ideal gear constraints and ratios: معادلات حركية، وليس شهادة قوة الأسنان.
تم التحقق من مروريات ومصادر ● عدم وجود استعراض مستقل للأقران الهندسية، أو التحقق من المعدات التجارية أو الموافقة على التصميم، ولم تستعرض الفصول الهوائية الكاملة، وفصول التحكم في التحول، ورسومات الصانعين.
داخل الـ
اتبعوا الآلات، السوائل العاملة، و الوصلات الكهربائية.
ميكانيكي
يتطور ارتفاع النوافذ ذات الشفق الشفق الملتوي. يحمل الحاوي الرئيسي حمولات دوارة، بينما يقوم الطواف المنخفض السرعة، والعجلات الفضائية، والعبور العالي السرعة بنقل العوادم إلى المولد. ويحمل البرج هذه الحمولات إلى أساسه.
(الحرارة و المادة
لا يوجد احتراق، لا تزال المواضع والمعدات تتطلب الترطيب والتبريد: فالاحتكاك والخسارة الكهربائية تصبحان حرارة، وتحكم النبضة في التحكم في الطاقة، بما في ذلك الحد من الأحمال في الرياح القوية.
Electrical
مولّد 16 تغذّي متغير تردد ثلاث مراحل من ثلاث مراحل إلى محول مصدر فولط من جانب مولدات PWM، وسككات وكثافة مُزوجة من طراز DC، ثم محول و مرشح من جانب الشبكة PWM. كلّ طاقة المولد تُحول هذا المحوّل الكامل، مع عدم وجود مرحلة منفصلة من DC/DC. الواجهة المختارة هي 50 هرتز. كابلات البرج، ومحولات، ومحولات، وشبكة الجمع تحمل الناتج إلى الأمام.
الأنواع والأنواع والأنواع
يظهر النموذج تربينة محور أفقية موجهة. محركات القيادة والموقع اختياران منفصلان: يمكن لتوربين على الشاطئ أو على الشاطئ أن يستخدم مولداً موجهاً أو محركاً مباشراً. تتغير القاعدة مع الموقع.
مُعَدّد
يقبل صندوق التروس دوران الدوارة البطيء نسبياً ودوران الدوران العالي، ثم يقود عمود مولد أسرع. حيث تغير نسبة سرعة الدوران في الاتجاهين المعاكسين. أما المناورات، والأسنان، والترميز، فتحمل الأحمال وتزيل الحرارة الاحتكاكية؛ ولا يضاعف صندوق التروس القوة الميكانيكية المتاحة.
التغييرات في الممارسة
ويمكن أن يكون المولد الأسرع أكثر انكماشا، ولكن صندوق الأدوات يضيف عناصر للتفتيش والصيانة، ويجب النظر في حجم المولدات وصيانة محركات القطارات معا.
مولد الدفع الدفع
يقوم الدوار بقيادة مولد منخفض السرعة بدون صندوق توجيه سريع وسريع. المولد يجب أن ينتج الطاقة الكهربائية بينما يعمل ببطء، لذا فإن بناءه يختلف عن آلة عالية السرعة. يوجد المغناطيس الدائم والتصميمات المتحمسة كهربائيا؛ محرك الدفع المباشر يصف الاتصال الميكانيكي، بدلا من تحديد أحد المغنطيسات أو تكنولوجيا الرياح.
التغييرات في الممارسة
كما أن إزالة صندوق التروس يقلل من مصدر واحد من أجزاء متحركة، كما أنه يغير كتلة المولدات، وتصميم النسيلة، والاحتياجات من المواد، وبالتالي فهو مقايضة هندسية وليس تحسيناً عالمياً.
ريح
ويحول التربين البري الدوار والأبراج إلى أساس في الأرض، وقد تزود التربينات مستعملا قريبا أو تشكل مزرعة رياح متصلة بالشبكة الأوسع، ويظل تحويل الطاقة هو الرفع الدينامي الهوائي، ودوران الأعمدة، وتوليدها، بغض النظر عن حجم التركيبة.
التغييرات في الممارسة
الموقع و اتصال الشبكة يميزان مشروع محلي موزع من مزرعة رياح ذات فائدة. لا يوجد أي من العلامتين اللتين تذكران ما إذا كانت الآلة لديها صندوق تروس.
الرياح
فالتركيبة الأحادية أو السترة أو أي هيكل ثابت آخر تدعم التوربينة من قاع البحر، وهي مؤسسة انبوبية كبيرة؛ والسترة تستخدم إطاراً ثابتاً. ويستجيب اختيار المؤسسة لظروف قاع البحر والتحميل الهيكلي، في حين أن التوربينة المذكورة أعلاه لا تزال تحول التناوب الذي تحركه الرياح إلى كهرباء.
التغييرات في الممارسة
وهيكل الدعم جزء رئيسي من المصنع البحري، ويمكن لأساليب التركيب وظروف قاع البحار أن تغير الأساس المناسب حتى لو كانت التربينات المماثلة في غير ذلك.
الرياح التي تُطرِف
إن منصة الطفوّة تدعم التربينات وخطوط المراسي تقيدها بالنسبة للمراسيم في قاع البحر، فترتيبات الترطيب شبه المغاطس وساق التوتر تحقق الاستقرار بشكل مختلف. ويمكن للمنصة أن تتحرك، وبالتالي فإن المصممين ينظرون في الاستجابة المشتركة للتربينات الريحية، والهيكل العائم ونظام الرسو.
التغييرات في الممارسة
وأصبحت عمليات تشغيل الحركة والاحتفاظ بالمحطات مسائل هندسية إضافية تتجاوز المسائل المتعلقة بتربينة على أساس ثابت.
Worth knowing
- السعة المعدلة (MW) هي حد أقصى للناتج، وليس إنتاجاً مستمراً، وتحد السيطرة على المواد المطحونة من الطاقة والحمولات؛ وقد تتوقف التوربينات في الرياح القصوى أو قد يحد منها مشغلها.
- ويقوم مصنع التوربينات )مثل شركة فيستاس أو شركة Siemens Bamma أو Enercon( بتزويد المعدات؛ وعادة ما يكون مالك ومشغل مزرعة الرياح شركات مختلفة.
- وتستخدم التوربينات البحرية المبدأ نفسه، مع تثبيت الأسس في قاع البحار أو عائمة.
انظر الأمثلة الحقيقية
The atlas includes 10,568 wind records worldwide.
Show on the mapلا تحمل
المراجع
هذه الكتب هي قراءة أخرى، لا إثبات أن كل تفسير تم فحصه مقابل كل طبعة. (بثبت مراجع and استعراض فترة الاستعراض.
- Wind Energy Explained: Theory, Design and Application(الديموغرافيا الهوائية، حد (بيتز منحنىات الطاقة وتصميم التوربينات
- Wind Energy Handbookالحمولات، أنظمة التحكم، المواكب وهياكل الدعم في البحر.
المصادر
- EIA: Electricity generation from wind ↗
- EIA: Types of wind turbines ↗
- US DOE: Wind turbine aerodynamics and drivetrains ↗
- Manwell et al.: Wind Energy Explained, 2nd ed., checked Chapter 1 excerpt ↗
- Anaya-Lara et al.: Wind Energy Generation, checked Chapter 1 equations and full-converter topology ↗
- MathWorks: ideal planetary-gear constraints ↗
- المقاطع تكشف عن المعدات المغلقة، والتصاميم والأبعاد والمواد وسرعة الحركة هي أمثلة توضيحية، وهذا نموذج تعليمي، لا تصميم نباتي أو محاكاة حرارية.