Kann eine Windkraftanlage bei einer so langsamen Geschwindigkeit Strom erzeugen?
Kann ein Windkraftanlage mit so geringer Geschwindigkeit Strom erzeugen? Windenergie ist eine erneuerbare und saubere Energiequelle. Mit dem kontinuierlichen Anstieg des Energiebedarfs der Menschheit steigern die Menschen ihre Nutzung der Windenergie schrittweise. Windkraftanlagen stehen oft auf ausgedehnten Graslandschaften, an Berghängen und sogar auf Meeresoberflächen, aber wir können sehen, dass rotierende Turbinen solche Probleme haben können. Warum drehen sich die Rotorblätter von Windkraftanlagen so langsam? Kann dadurch Strom erzeugt werden?
Die Anpassung der Geschwindigkeit der Windturbine an das, was wir sehen, ist eigentlich eine Kombination aus vielen Faktoren.
Die Rotorblätter von Windkraftanlagen haben eine große Masse und erfordern einen hohen Kraftaufwand, um sich zu drehen.
Viele Menschen denken, dass eine Windturbine wie eine kleine Windmühle ist, nicht sehr groß, insbesondere wenn wir eine große Windturbine aus der Ferne sehen. Wir haben dieses Gefühl, aber tatsächlich kann man Windkraftanlagen als Giganten bezeichnen. Die Rotorblätter einer Windkraftanlage sind bis zu 60 Meter lang. Es ist bekannt, dass die Flügelspannweite eines mittelgroßen Passagierflugzeugs etwa 30 Meter beträgt, während die Flügelspannweite eines gewöhnlichen großen Passagierflugzeugs kaum 60 Meter erreichen kann. Obwohl für derart große Rotorblätter hochfeste Materialien mit geringer Dichte verwendet werden, ist ihre Masse nicht allzu gering und beträgt in der Regel über zehn Tonnen. Drei so hochwertige Klingen lassen sich naturgemäß nur schwer drehen.
Manche Leute denken vielleicht so. Da sich ein so großer Lüfter nur schwer drehen lässt, warum ihn nicht kleiner machen? Dies hängt mit der windzugewandten Fläche des Generators zusammen. Wenn die Rotorblätter zu klein sind, ist die Luvfläche natürlich zu klein und der Wind auf den Rotorblättern wird immer schwächer. Dadurch wird auch die von einem einzelnen Generator erzeugte Elektrizität immer geringer. Kann eine Erhöhung der Generatorenanzahl kompensiert werden? Tatsächlich steigen mit der Mengenerhöhung auch die Baukosten. Generell gilt: Bei Verwendung der gleichen Stromquelle sind die Kosten für einen kleinen Rotorblattgenerator höher. Allerdings darf der Lüfter nicht zu groß sein. Einerseits ist es durch die Materialien eingeschränkt und andererseits wird die Installation schwieriger. Nach eingehender Überlegung haben wir nun Ventilatoren unterschiedlicher Größe eingesetzt.
Eine höhere Drehzahl bedeutet nicht unbedingt eine höhere Leistungserzeugung.
Wenn sich die Rotorblätter einer Windkraftanlage drehen, wird ein riesiges Innenzahnrad angetrieben, das sich gemeinsam dreht. Wenn das große Zahnrad das kleine Zahnrad antreibt, ändert sich auch die Drehzahl erheblich. Diese Struktur wird auf die bekannteste Weise ausgedrückt, nämlich als Äquivalent eines Getriebes. Wir sehen, dass sich die Rotorblätter langsam drehen, aber der Ventilator treibt den Generator über ein Getriebe tatsächlich zu einer hohen Drehzahl an.
Natürlich hängt die Stromerzeugung von Windkraftanlagen nicht nur von der Drehzahl, sondern auch vom Drehmoment ab. Leistung = Drehmomentgeschwindigkeit K, die eine Konstante ist. Bei niedriger Drehzahl kann durch eine Erhöhung des Drehmoments auch die Ausgangsleistung gesteigert werden. Um die Lebensdauer von Windkraftanlagen zu verlängern, werden die Rotorblätter daher normalerweise nicht zu schnell gedreht, da die Rotorblätter von Windkraftanlagen riesig sind und die Zentrifugalkraft bei hoher Rotation ebenfalls groß ist. Auch eine lang anhaltende, hochintensive Zentrifugalbewegung kann die Lebensdauer der Blätter verkürzen und es können direkt schwere Schäden auftreten. Wenn die Windturbine auf starken Wind trifft, schaltet sie daher in den Schutzmodus und stoppt die Stromerzeugung, um den Ventilator zu schützen.
Eine zu hohe Geschwindigkeit kann auch die Effizienz der Stromerzeugung beeinträchtigen.
Tatsächlich behindern die rotierenden Flügel des Ventilators auch die Bewegung des Windes. Je höher die Geschwindigkeit, desto stärker die Hindernisse. Ab einem bestimmten Wert beginnt auch die Auslastung der Windenergie zu sinken. Damit es für jedermann verständlicher wird, können wir uns zwei extreme Beispiele vorstellen. Wenn die Lüftergeschwindigkeit gegen unendlich geht, entspricht die Rotation der Flügel der direkten Bildung einer Dichtungsplatte, die den Luftstrom blockiert. An dieser Stelle muss der Wind einen Umweg nehmen, sodass eine sinnvolle Nutzung dieser Windenergie naturgemäß nicht möglich ist. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Auslastung der Windenergie bei Null. Ein anderes Szenario ist, wenn die Lüftergeschwindigkeit direkt Null ist. Bislang wird Windenergie noch gar nicht genutzt. Die Geschwindigkeit mit der höchsten Windenergienutzungsrate liegt im Bereich zwischen Nullgeschwindigkeit und unendlicher Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit hängt von vielen Faktoren ab. Wir haben hier nur viel besprochen. Daher unterscheidet sich die angezeigte Lüftergeschwindigkeit nicht wesentlich von der theoretisch optimalen Geschwindigkeit. Durch die Einstellung auf die optimale Drehzahl ist auch die Windenergienutzung zu dieser Zeit am höchsten.
zusammenfassen
Daher scheinen Windturbinen langsam zu sein, während der eigentliche Körper effizient Strom erzeugt. Es handelt sich scheinbar um einfache Lüftergeneratoren, doch tatsächlich wurden zu Beginn der Konstruktion verschiedene Faktoren berücksichtigt, die die Effizienz der Lüfterstromerzeugung beeinflussen. Hinter diesem einfachen Phänomen verbergen sich komplexe und strenge wissenschaftliche Wahrheiten.
