Jak działa turbina wiatrowa nowej generacji.

Aby skorzystać z silnych wiatrów, które wieją nad oceanem, bezprzekładniowa turbina wykorzystuje ogromny pierścień z magnesami i niemal 54 metrowe łopatki wirnika.

Wzdłuż wybrzeży USA energia, która drzemie w wiejących wiatrach, mogła by zasilić czterokrotnie większe państwo. Wyścig na budowę jak najlepszych  przybrzeżnych turbin rozpoczął się. Producenci na całym świecie eksperymentują z dwiema technikami: coraz dłuższych łopatek, aby wykorzystać więcej podmuchów oraz nad upraszczaniem układów napędowych (w tym nowych generatorów), które zmniejszają potrzebę kosztownych napraw na morzu. Wchodząca w 2012 r. do sprzedaży maszyna GE, łączy obie techniki w jednej elektrowni.

GE stworzyła lekką, bardziej aerodynamiczną łopatkę wirnika, która jest o 40% dłuższa niż przeciętna. Łopatka jest dołączona do układu napędowego, z którego wyeliminowano wiele ruchomych części, w tym skrzynie biegów, która jest narażona na awarie oraz powoduje straty energii. Bezpośredni napęd mechanizmu zastępuje biegi, magnesy stałe zastępują elektromagnesy, które wymagają rozrusznika szczotek, cewki i mocy z sieci przy każdym włączeniu. Łopatki są obecnie testowane w Holandii, a układ napędowy w Norwegii. Po połączeniu, turbina powinna wytworzyć 25% więcej prądu niż konwencjonalne modele, tak więc 4MW to możliwa do wytworzenia siła.

Szczegóły projektu elektrowni wiatrowej

Prądnica: 90-tonowa prądnica składa się z prawie 6-metrowych pierścieni z magnesami, które obracając się, produkują prąd. Duża średnica pozwala mu tworzyć dużą ilość energii, podczas powolnego obracania się, z taką samą prędkością jak łopatki wirnika  8 do 20 obrotów na minutę, więc nie potrzebuje skrzyni biegów do obracania wirnikiem prędkością tysięcy obrotów na minutę, jak większość generatorów o mocy liczonej w MW. "Pozbądź się skrzyni biegów, a nie będzie trzeba zmieniać oleju," mówi inżynier GE Gary Mercer.

Obwody elektryczne: Konwertery skutecznie stabilizują rożne częstotliwości. Transformatory zwiększają napięcie od 690 V do ponad 22.000 V, więc prąd efektywnie może płynąć przez linie przesyłowe wysokiego napięcia.

Kontrola kąta: Aby uzyskać maksymalną siłę nacisku wiatru na skrzydło, kiedy prędkość wiatru się zmienia, administrator może automatycznie zmienić kąt ustawienia skrzydła w ciągu kilku sekund. Może również zatrzymać łopatki podczas niebezpiecznie silnych wiatrów, aby uniknąć przeciążeń zasilania lub uszkodzeń sprzętu.

Łopatki wirnika: Lekkie, sztywne włókno węglowe zastępuje włókno szklane w punktach krytycznych ostrza, więc tracą one kilogramy, a zyskują silniejsze wzmocnienia. Płaskie (a nie stożkowe) krawędzie dają im kształt, który zwiększa nacisk wiatru na skrzydło.

Jak uzyskać energię wykorzystując elektrownie wiatrową:

1. Pozycja łopatek wirnika 
Na podstawie danych z czujników kierunku wiatru, silnik ustawia gondolę naprzeciwko wiatru. Każdy kontroler nachylenia, obraca każdą łopatkę wokół łożyska i ustawia najlepszy kąt dla prędkości wiatru.

2. Łapanie wiatru
Trzy łopatki wirnika obracają się na wietrze z prędkością od 11 do 112 km/h, obracając się po powierzchni dwa razy większej od boiska do piłki nożnej. 7-metrowej długości stalowy wał wirnika i dwa łożyska toczne przekazują energię mechaniczną do generatora.

3. Przekształcanie wiatru w energię elektryczną
Wał obraca magnesy neodymowe, które są wewnątrz miedzianych cewek, indukując prąd w cewkach. Układ reguluje częstotliwość oraz napięcie prądu i wysyła go do sieci.

Wygięcia na łopatkach: im dłuższe są łopatki turbiny, tym większa siła wiatru naciska na nie i więcej energii elektrycznej powstaje. Teoretycznie można by zbudować nieskończenie długie łopatki, jednak problemem jest ich masa i elastyczność, która w połączeniu z mocą silnych wiatrów może je wygiąć lub nawet zniszczyć. Dlatego GE zaprojektowało tak łopatki, że są wygięte jak łuk. Są zakrzywione do tyłu o około 2,5m.

Nowa generacja morskich turbin wiatrowych GE: Średnica wirnika łopatek: 110m Wysokość wieży: 91,5m. Moc maksymalna: 4MW