Seit Bauern im ganzen Land im 19. Jahrhundert damit begannen, Windturbinen zum Pumpen von Wasser zu verwenden, haben die Amerikaner die Vorteile der Windkraft verstanden. Die Energiekrisen der 1970er Jahre haben die Bedeutung der Windkraft als billige, saubere und erneuerbare Energiequelle unterstrichen, und das Energiepolitikgesetz von 1992 hat Schritte unternommen, um ihre Entwicklung voranzutreiben. Windkraftanlagen sind nicht schwer zu verstehen, und sie werden immer effizienter, leistungsfähiger und allgegenwärtiger.
Stromerzeugung durch Induktion
Das Prinzip der Stromerzeugung in einer Windkraftanlage ist im Grunde das gleiche wie bei Wasserkraft, fossilen Brennstoffen und sogar Kernenergie. Das Herz der Turbine ist eine magnetische Induktionsspule, die Wechselstrom erzeugt, wenn sich ein magnetisierter Rotor um oder in einem stationären Stator dreht. Bei einer Windkraftanlage liefert der Wind die Energie, um den Rotor zu drehen. Der vom Generator erzeugte Strom fließt über Übertragungsleitungen, um entweder direkt vom Eigentümer der Turbine verwendet zu werden oder in ein Netz zur Verteilung an Versorgungskunden einzuspeisen.
Komponenten einer Turbine
Der Hauptkörper einer Windkraftanlage ist der Gondel, in dem die Generator sowie eine Reihe von Antriebsräder. Das Klingen hängen an der Welle, und die Gondel sitzt oben auf einem Turm das ist so hoch wie möglich, damit die Blätter den maximalen Wind aufnehmen können. Die Gondel beherbergt auch a Regler das empfängt Daten von einem Windmesser, das die Windgeschwindigkeit misst, und a Schaufel, die die Windrichtung misst. Der Controller kann die Turbine starten und stoppen sowie Anpassungen vornehmen, um die Windgeschwindigkeit zu kompensieren. Die Gondel beherbergt auch eine mechanische Bremse das verriegelt die Klingen und a Pitch-Antrieb die den Blattwinkel anpasst, um den Auftrieb bei starkem Wind zu minimieren.
Die Funktion der Zahnräder
Wenn der Wind weht, richtet der Controller die Gondel darauf aus und die speziell geformten Blätter beginnen sich langsam zu drehen. Es ist kaum zu glauben, wenn man vom Boden aus beobachtet, dass eine so langsame Rotation -- ca. 20 U/min auf Industrieanlagen -- kann Strom erzeugen, aber die Zahnräder in der Gondel beschleunigen die Rotation Drehzahl der Generatorrotorwelle auf 1.200 bis 1.800 U/min, was ausreicht, um zu erzeugen Elektrizität. Es ist nicht wichtig, dass sich die Klingen schnell drehen – tatsächlich stellen sie eine Gefahr für Vögel und Menschen am Boden dar, wenn sie sich zu schnell drehen. Die Blätter sind fein ausbalanciert, um auch bei schwachem Wind Kraft zu erzeugen, und der Pitch-Antrieb und die Steuerung verlangsamen sie bei starkem Wind.
Sich entwickelnde Designs
Kleinere Wohnwindturbinen enthalten oft vertikale Achse Rotorblattsysteme -- diese wandeln Windenergie nach dem gleichen Prinzip wie Turbinen mit horizontaler Achse in Strom um und können klein genug sein, um auf dem Dach eines Hauses montiert zu werden. Die Verfeinerung des Rotorblattdesigns, um den Wind besser einzufangen, ist eine wichtige laufende Entwicklung sowohl für Industrie- als auch für Wohnanlagen mit horizontaler Achse. Darüber hinaus produzieren Hersteller längere Rotorblätter und höhere Türme, damit Turbinen schnellere Winde in größeren Höhen nutzen können. Die meisten Turbinen sind heute mit Schwingungsdämpfern zur Geräuschreduzierung und aktiven Pitch-Steuerungen ausgestattet, um sicherzustellen, dass die Turbinen auch bei starkem Wind sicher weiterdrehen und Strom erzeugen können.