كيف يعمل توربين الرياح

جارٍ تحميل النموذج

لا يمكن عرض النموذج 3D على هذا الجهاز. يمكنك قراءة خطوات الدليل أدناه نصًّا.

1 / 8 توربين بقدرة 5 MW في حقلهذا هو التوربين المرجعي NREL 5 MW، وهو تصميم منشور للبحث العلمي. قطر الدوّار 126 m والصرّة على ارتفاع 90 m فوق الأرض. في رياح سرعتها 8 m/s يدور بسرعة 9.2 rpm ويعطي 1.78 MW. ويقف التوربين الثاني على بعد 630 m في اتجاه هبوب الرياح، أي خمسة أقطار للدوّار.

اسحب للتدوير. استخدم عجلة الفأرة أو إصبعين للتكبير.

01
توربين بقدرة 5 MW في حقل
هذا هو التوربين المرجعي NREL 5 MW، وهو تصميم منشور للبحث العلمي. قطر الدوّار 126 m والصرّة على ارتفاع 90 m فوق الأرض. في رياح سرعتها 8 m/s يدور بسرعة 9.2 rpm ويعطي 1.78 MW. ويقف التوربين الثاني على بعد 630 m في اتجاه هبوب الرياح، أي خمسة أقطار للدوّار.
02
شكل الشفرة والتواؤها
تحت 3 m/s ينتظر التوربين: تُدار الشفرات بحيث تواجه الرياح بحافتها ويبقى الدوّار متوقفًا. تبيّن المقاطع البرتقالية كيف تتغير الشفرة. قرب الصرّة هي أنبوب مستدير، ثم تصبح مقطعًا جنيحيًا سميكًا ثم رقيقًا، ويلتوي الوتر 13.3° من الجذر إلى الطرف.
03
لماذا يتحرك الطرف بهذه السرعة
عند 8 m/s يدور الدوّار 9.2 مرة في الدقيقة، ومع ذلك يتحرك طرفا الشفرات بسرعة 60 m/s. سرعة الطرف مقسومة على سرعة الرياح هي نسبة سرعة الطرف، وتساوي هنا 7.55. عند هذه النسبة يلتقط هذا الدوّار أكبر حصة من الرياح، 48.2 %.
04
داخل حجرة التوربين
يدور العمود الرئيسي ببطء الدوّار نفسه. ترفع علبة تروس من ثلاث مراحل السرعة 97 مرة، فتصبح 9.2 rpm نحو 890 rpm عند المولّد. تبيّن العلامة البرتقالية على قرص المكبح العمود السريع، وتبطئها الشاشة لتتمكن من متابعتها.
05
القدرة في الرياح
تزداد قدرة الرياح مع مكعب سرعتها: P = ½ ρ A v³. عند 11.4 m/s يمر عبر قرص الدوّار نحو 11.3 MW من الرياح. يأخذ الدوّار 46.8 % منها ويعطي المولّد 5 MW. لا يستطيع أي دوّار أخذ أكثر من 16/27، أي 59.3 %: هذا هو حد بيتز، المرسوم بالأزرق على المخطط.
06
الميل يثبّت القدرة عند 5 MW
عند 18 m/s تحمل الرياح 44.5 MW عبر الدوّار. يدير المتحكم الشفرات الثلاث 14.9° نحو الرياح، فتلاقيها بزاوية أصغر وتأخذ أقل. تبقى القدرة عند 5 MW. أوقف الميل التلقائي وثبّته عند 0°: سيحاول الدوّار إنتاج 9.8 MW ويحمّل المولّد فوق طاقته. فوق 25 m/s تدور الشفرات إلى 90° ويتوقف الدوّار.
07
الحجرة تستدير لتواجه الرياح
تحولت الرياح 30°. تستدير الدوّارة على السطح فورًا، لكن محركات الانعراج تدير الحجرة البالغ وزنها 240 طنًا بسرعة 0.3° في الثانية فقط، فيستغرق الدوران الحقيقي 100 s. تعرضه الشاشة أسرع 20 مرة. مع انحراف 30° يعطي الدوّار عند 8 m/s نسبة 65 % من قدرته.
08
الهواء البطيء في الخلف
كل واط يأخذه الدوّار يأتي من الهواء، لذلك تكون الرياح خلفه أبطأ. على بعد 630 m تكون سرعتها 7.3 m/s بدل 8، ويعطي التوربين الثاني 1.34 MW، أي 76 % مما يعطيه الأول. أدر الرياح 20° فيفوته الأثر.

1 من 8