Sinds boeren in het hele land in de jaren 1800 windturbines begonnen te gebruiken om water te pompen, hebben Amerikanen de voordelen van windenergie begrepen. De energiecrises van de jaren zeventig onderstreepten het belang van windenergie als goedkope, schone en hernieuwbare energiebron, en de Energy Policy Act van 1992 ondernam stappen om de ontwikkeling ervan te stimuleren. Windturbines zijn niet moeilijk te begrijpen en ze worden steeds efficiënter, krachtiger en alomtegenwoordig.
Elektriciteit opwekken door inductie
Het principe achter stroomopwekking in een windturbine is in principe hetzelfde als dat achter waterkracht, fossiele brandstoffen en zelfs kernenergie. Het hart van de turbine is een magnetische inductiespoel die wisselstroom genereert als een gemagnetiseerde rotor rond of in een stationaire stator draait. In het geval van een windturbine is het de wind die de energie levert om de rotor te laten draaien. De elektriciteit die de generator produceert, reist langs transmissielijnen om ofwel rechtstreeks te worden gebruikt door de eigenaar van de turbine, ofwel om in een net te worden gedistribueerd voor distributie aan nutsklanten.
Onderdelen van een turbine
Het hoofdlichaam van een windturbine is de gondel, waarin de generator evenals een reeks van aandrijftandwielen. De messen zijn gehecht aan de schachten de gondel zit bovenop een toren die zo hoog mogelijk is om de wieken zoveel mogelijk wind te laten vangen. De gondel herbergt ook een controleur die gegevens ontvangt van een anemometer, die de windsnelheid meet, en a vaan, die de windrichting meet. De controller kan de turbine starten en stoppen en aanpassingen maken om de windsnelheid te compenseren. De gondel herbergt ook een mechanische rem die de messen vergrendelt en een pitch drive die de bladhoek aanpast om de lift bij harde wind te minimaliseren.
De functie van de versnellingen
Wanneer de wind waait, oriënteert de controller de gondel naar de gondel en beginnen de speciaal gevormde bladen langzaam te draaien. Het is moeilijk te geloven als je vanaf de grond observeert dat zo'n langzame rotatie -- ongeveer 20 toeren op industriële eenheden -- kan elektriciteit produceren, maar de tandwielen in de gondel versnellen de rotatie toerental van de rotoras van de generator tot tussen 1.200 en 1.800 tpm, wat voldoende is om te genereren elektriciteit. Het is niet belangrijk dat de messen snel draaien - ze vormen zelfs een gevaar voor vogels en mensen op de grond als ze te snel draaien. De bladen zijn fijn uitgebalanceerd om zelfs bij lichte wind kracht te genereren, en de pitch drive en controller vertragen ze wanneer de wind sterk is.
Evoluerende ontwerpen
Kleinere residentiële windturbines bevatten vaak: verticale as bladsystemen -- deze zetten windenergie om in elektriciteit volgens hetzelfde principe als turbines met horizontale as, en ze kunnen klein genoeg zijn om op het dak van een huis te monteren. Verfijning van het bladontwerp om de wind beter op te vangen is een belangrijke voortdurende ontwikkeling voor zowel industriële als residentiële turbines met horizontale as. Bovendien produceren fabrikanten langere bladen en hogere torens, zodat turbines kunnen profiteren van snellere wind op grotere hoogten. De meeste turbines zijn nu voorzien van trillingsdempers om het geluid te verminderen en actieve pitchcontrols om ervoor te zorgen dat de turbines veilig kunnen blijven draaien en zelfs bij harde wind elektriciteit kunnen opwekken.