Comment fonctionnent les puissantes éoliennes industrielles

La réaction naturelle de l'atmosphère au réchauffement inégal de ses différentes couches est le vent. Les chutes de pression atmosphérique qui en résultent font souffler le vent des zones de haute pression vers les zones de basse pression, et plus la différence de pression est grande, plus le vent est fort, plus sa vitesse est élevée. Théoriquement, on estime que jusqu'à 2 % du rayonnement solaire est converti en énergie éolienne mécanique en raison du mouvement naturel de l'air dans l'atmosphère.

On sait que la topographie d'une certaine zone peut soit amplifier le vent, soit restreindre le flux d'air. Ainsi, dans les zones de massifs montagneux, de cols, à proximité des canyons fluviaux, les conditions d'implantation des éoliennes sont vraiment idéales. Et si l'on se rappelle que la puissance que l'on peut obtenir du vent est proportionnelle à la masse d'air traversant la turbine et au cube de sa vitesse, alors il est aisé de comprendre les perspectives qui s'ouvrent rapidement dans cette direction.

Le vent est sans aucun doute l'une des sources d'énergie renouvelable les plus prometteuses.Ce n'est pas pour rien que dans de nombreux pays, année après année, de plus en plus de parcs éoliens sont construits, des parcs éoliens, en particulier, sur les parties côtières des mers, des océans et dans les plaines.

La nature en rafales du vent ne contribue pas à l'approvisionnement stable des réseaux électriques, par conséquent l'accumulation d'énergie en vue de son utilisation ultérieure devient une tâche importante. Mais cette tâche est en train d'être résolue - des systèmes de stockage de batteries industriels et privés sont en cours de construction, des mesures sont prises pour assurer une alimentation électrique ininterrompue.

Et maintenant, nous pouvons affirmer avec confiance qu'une puissante éolienne industrielle (telle que Enercon E-126) d'une capacité de 6 à 8 MW, intégrée au système d'alimentation électrique d'une petite ville, sera en mesure de satisfaire les besoins de ses habitants et les besoins de l'infrastructure électrifiée.

Cependant, venons-en au fait et regardons le dispositif d'une éolienne industrielle. Après tout, chaque éolienne est le produit d'une réflexion technique méticuleuse, le résultat de calculs précis et d'une longue conception pour obtenir un convertisseur efficace et fiable de l'énergie éolienne en énergie électrique, c'est pourquoi chaque détail d'une immense structure n'est en aucun cas accidentel. . Par exemple, nous nous référerons à la conception de l'éolienne Enercon E-126 et examinerons ses principales parties.

La tour

La tour (7), haute de plusieurs dizaines de mètres, est le support d'une éolienne industrielle. Il est entièrement réalisé en béton armé par coulage séquentiel dans le coffrage ou assemblé à partir de courts anneaux en béton armé qui sont montés séquentiellement les uns sur les autres et reliés en tirant des câbles de châssis à travers eux.Le béton armé est suffisamment solide pour supporter une turbine lourde et une nacelle en l'air, ainsi que pour supporter la charge résultant du fonctionnement de l'éolienne, empêchant la structure de se renverser.

La base de la tour repose sur un socle en béton armé (8) dont le poids est proportionnel au poids de la tour elle-même. Par exemple, l'éolienne Enercon E-126 a un poids total d'environ 6 000 tonnes. Le support n'est pas de forme cylindrique, ayant une forme plus proche d'un tronc de cône que d'un cylindre. Élargie à la base, la tour maintient solidement toute la structure dans la bonne position.

Pales et rotor

Les pales (6) et le rotor (5) d'une éolienne industrielle sont constitués d'une fibre composite spéciale à base d'acier.Les pales sont assemblées à partir de segments séparés ou réalisées sous forme de monolithe, selon leur envergure. En règle générale, des boulons et un moyeu sont utilisés pour fixer les pales au rotor. Les pales elles-mêmes sont fixées au moyeu, et le moyeu est fixé directement au rotor du générateur.

Rotation de la turbine autour de la tour

Pour faire tourner la turbine autour de la tour, un moteur asynchrone (3) reliée par un engrenage à la couronne à la base de la nacelle. Selon la taille de l'éolienne et sa puissance, il peut y avoir de un à trois moteurs de ce type.

Générateur de courant

Si des unités antérieures de conception similaire aux générateurs synchrones standard étaient utilisées comme générateurs pour éoliennes, une innovation telle qu'un générateur en anneau (1) est apparue au début des années 2000. Ici, le rotor de la turbine relié au moyeu est également le rotor de la génératrice.

Des enroulements d'excitation indépendants sont situés sur le rotor annulaire, formant des pôles magnétiques, et respectivement sur le stator de l'enroulement du stator. L'enroulement du stator est divisé en parties (dans le cas de l'Enercon E -126 - en quatre parties), chacune étant connectée à un redresseur séparé. Le contrôleur du générateur est situé dans la salle des machines (2) de la nacelle.

Onduleur

Après redressement, une tension continue de 400 volts est fournie à l'onduleur (4) installé à la base de la tour, où l'énergie est convertie en courant alternatif et après transformation est fournie à la ligne électrique.

Nous avons examiné les composants clés d'une éolienne industrielle moderne en utilisant l'exemple du modèle Enercon E-126, installé pour la première fois près de la ville allemande d'Emden en 2007. La capacité du générateur est actuellement de 7,58 MW, ce qui est suffisant pour alimenter 4 500 villas avec électricité toute l'année.

À ce jour, Enercon a construit plus de 13 000 éoliennes de ce type dans le monde, leur capacité totale installée dépassant déjà en 2010 2 846 MW.