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1 / 8 Eine 5-MW-Anlage auf dem Feld Das ist die NREL-5-MW-Referenzanlage, ein offener Entwurf für die Forschung. Der Rotor misst 126 m, die Nabe sitzt 90 m über dem Boden. Bei 8 m/s Wind dreht sie mit 9,2 rpm und liefert 1,78 MW. Die zweite Anlage steht 630 m windabwärts, fünf Rotordurchmesser entfernt.
Ziehen zum Drehen. Mausrad oder zwei Finger zum Zoomen.
Rundgang Teile Steuerung
01 Eine 5-MW-Anlage auf dem Feld Das ist die NREL-5-MW-Referenzanlage, ein offener Entwurf für die Forschung. Der Rotor misst 126 m, die Nabe sitzt 90 m über dem Boden. Bei 8 m/s Wind dreht sie mit 9,2 rpm und liefert 1,78 MW. Die zweite Anlage steht 630 m windabwärts, fünf Rotordurchmesser entfernt.
02 Blattform und Verwindung Unter 3 m/s wartet die Anlage: Die Blätter stehen mit der Kante zum Wind, der Rotor ist geparkt. Die orangen Schnitte zeigen, wie sich das Blatt verändert. Nahe der Nabe ist es ein rundes Rohr, weiter außen wird es zu einem dicken und dann zu einem dünnen Profil, und die Profilsehne verdreht sich von der Wurzel bis zur Spitze um 13,3°.
03 Warum die Spitze so schnell ist Bei 8 m/s dreht sich der Rotor 9,2-mal pro Minute, doch die Blattspitzen bewegen sich mit 60 m/s. Spitzengeschwindigkeit geteilt durch Windgeschwindigkeit ergibt die Schnelllaufzahl, hier 7,55. Bei diesem Wert holt dieser Rotor den größten Anteil aus dem Wind, 48,2 %.
04 In der Gondel Die Hauptwelle dreht so langsam wie der Rotor. Ein dreistufiges Getriebe erhöht die Drehzahl um das 97-Fache, sodass aus 9,2 rpm am Generator etwa 890 rpm werden. Die orange Markierung auf der Bremsscheibe zeigt die schnelle Welle; der Bildschirm bremst sie ab, damit Sie ihr folgen können.
05 Die Leistung im Wind Die Leistung des Windes wächst mit der dritten Potenz seiner Geschwindigkeit: P = ½ ρ A v³. Bei 11,4 m/s strömen etwa 11,3 MW Windleistung durch die Rotorfläche. Der Rotor nimmt 46,8 % davon, der Generator liefert 5 MW. Kein Rotor kann mehr als 16/27 nehmen, also 59,3 %: Das ist die Betz-Grenze, im Diagramm blau eingezeichnet.
06 Der Blattwinkel hält 5 MW Bei 18 m/s trägt der Wind 44,5 MW durch den Rotor. Die Steuerung dreht alle drei Blätter um 14,9° in den Wind, sodass sie ihn unter kleinerem Winkel treffen und weniger entnehmen. Die Leistung bleibt bei 5 MW. Schalten Sie den automatischen Blattwinkel aus und halten Sie ihn bei 0°: Der Rotor würde 9,8 MW liefern wollen und den Generator überlasten. Über 25 m/s drehen die Blätter auf 90° und der Rotor steht still.
07 Die Gondel dreht sich in den Wind Der Wind hat um 30° gedreht. Die Windfahne auf dem Dach folgt sofort, aber die Azimutantriebe bewegen die 240 Tonnen schwere Gondel nur mit 0,3° pro Sekunde, die echte Drehung dauert also 100 s. Der Bildschirm zeigt sie 20-mal schneller. Mit 30° Fehlstellung liefert der Rotor bei 8 m/s 65 % seiner Leistung.
08 Die langsame Luft dahinter Jedes Watt, das der Rotor entnimmt, stammt aus der Luft, deshalb ist der Wind dahinter langsamer. Nach 630 m weht er noch mit 7,3 m/s statt 8, und die zweite Anlage liefert 1,34 MW, 76 % der ersten. Drehen Sie den Wind um 20°, verfehlt der Nachlauf sie.
Rotorblätter Drei Blätter aus Glasfaser, je 61,5 m lang. Die Profilsehne misst an der breitesten Stelle, 15,85 m vom Zentrum, 4,65 m und nahe der Spitze 1,42 m. Das rote Band an der Spitze ist für den Flugverkehr. Blattschnitte (Profile) Die orangen Ringe sind Schnitte bei 15,85 m, 28,15 m und 47,25 m. Die Blattwurzel ist ein rundes Rohr, die Mitte trägt dicke DU-Profile, das äußere Drittel ein dünnes NACA-64-Profil. Die schwarzen Linien sind Profilsehnen: Die Sehne bei 47,25 m liegt 8,9° flacher als die bei 15,85 m. Nabe und Spinner Eine Gussnabe mit 3 m Durchmesser hält die Wurzeln der drei Blätter. Die weiße Haube davor, der Spinner, hält den Regen ab. Blattlager und Pitchantriebe Jedes Blatt sitzt auf einem großen Ringlager (gelb) und wird von einem eigenen Motor gedreht. Der orange Zahn am Innenring zeigt, wie weit das Blatt gedreht ist. Das Modell begrenzt sie auf 8° pro Sekunde. Gondel Das Gehäuse oben auf dem Turm, etwa 14 m lang. Mit dem Triebstrang wiegt es rund 240 Tonnen. Auf dem Dach sitzt ein Kühler. Hauptwelle Eine dicke Stahlwelle leitet die Drehkraft des Rotors in die Gondel. Sie dreht sich mit Rotordrehzahl, höchstens 12,1 rpm, und überträgt bei Nennleistung etwa 4,2 Millionen Newtonmeter. Die orange Passfeder dreht sich mit. Hauptlager und Maschinenträger Das Hauptlager hält die Welle direkt hinter der Nabe und trägt das Gewicht des 110 Tonnen schweren Rotors. Der Maschinenträger darunter trägt den ganzen Triebstrang und sitzt auf dem Azimutlager. Getriebe und Bremse Drei Getriebestufen erhöhen die Drehzahl um das 97-Fache, von 12,1 rpm auf 1173,7 rpm. Die Drehmomentstützen an beiden Seiten leiten die Reaktion in den Maschinenträger. Bremse und schnelle Welle Die schnelle Welle verlässt das Getriebe mit bis zu 1173,7 rpm. Die Scheibe darauf und der rote Bremssattel bilden die Haltebremse, die den Rotor bei Wartungsarbeiten festhält. Generator Wandelt die Arbeit der schnellen Welle in Strom um. Im Modell setzt er 94,4 % der Wellenleistung um; bei Nenndrehzahl liefert er 5 MW. Kühler Ein Kühler auf dem Dach führt die Wärme des Getriebeöls und des Generators ab. Bei 5 MW sind allein die 5,6 % Verlust im Generator etwa 300 kW Wärme. Azimutlager und -antriebe Ein Ringlager oben im Turm und vier Azimutantriebe drehen die ganze Gondel in den Wind, an der echten Anlage mit 0,3° pro Sekunde. Windfahne und Anemometer Auf einem Mast hinten auf dem Dach. Die Schalen drehen sich schneller, wenn der Wind auffrischt, und die Fahne stellt sich in den Wind. Zeigen Fahne und Gondel in verschiedene Richtungen, beginnen die Azimutantriebe zu drehen. Turm Ein Stahlrohr, 87,6 m hoch, unten 6 m und oben 3,87 m im Durchmesser, aus Sektionen, die an Flanschen verschraubt sind. Es wiegt etwa 347 Tonnen. Fundament Im Modell eine achteckige Stahlbetonplatte, 20 m breit und 3,6 m tief eingegraben. Ringe aus Ankerbolzen verbinden den Turmflansch mit ihr. Das Erdreich ringsum ist aufgeschnitten. Offshore-Anlagen stehen stattdessen auf einem Monopile aus Stahl, mit einem gelben Übergangsstück und einer Arbeitsplattform über den Wellen (wählen Sie eine Offshore-Anlage in der Liste unter der Bühne). Nachlauf Die Punkte bewegen sich mit der Luft, viermal schneller als in Wirklichkeit. Hinter dem Rotor ist die Luft langsamer (blau) und dreht sich leicht gegen den Rotor. Der blasse Kegel zeigt, wie sich der Nachlauf aufweitet. Zweite Anlage Dieselbe 5-MW-Maschine 630 m windabwärts, fünf Rotordurchmesser entfernt. Ihr Schild zeigt den Wind, der bei ihr ankommt, und die Leistung, die sie liefert; beides sinkt, wenn sie im Nachlauf der ersten Anlage steht.
