Tua bin gió được gắn trên tháp để thu năng lượng từ gió. Cánh quạt gió càng cao, chúng càng có thể tận dụng gió nhanh hơn và ít nhiễu hơn. Một tuabin gió bao gồm các phần chính:
Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu khiển.
Blades – Cánh quạt: Gió thổi qua các cánh quạt và là nguyên nhân làm cho các cánh quạt chuyển động và quay. Các cánh quạt gió có thể dài từ 40 mét đến 90 mét. Mỗi cánh quạt giống hệt nhau được căn chỉnh ở 12o với nhau. Quá trình này giúp phân phối khối lượng tốt hơn và giúp hệ thống quay trơn tru hơn. Brake – Bộ hãm (phanh): Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp bằng
điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ.
Controller – Bộ điều khiển: Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ gió khoảng 8 đến 14 m/s tương ứng với 12 km/h đến 22 km/h và tắc động cơ khoảng
65m/s đối vớ máy cơng suất vì các máy phát này có thể phát nóng.
Gear box – Hộp số: Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục có tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến 1500 vòng/ phút, tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản xuất ra điện. Bộ bánh răng này rất đắt tiền, nó là một phần của bộ động cơ và tuabin gió.
Generator – Máy phát: Dùng để phát ra điện.
High – speed shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao. Low – speed shaft: Trục quay tốc độ thấp.
Nacelle – Vỏ: Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được dặt trên đỉnh trụ và bao gồm các phần: gear box, low and high – speed shafts, generator, controller, and brake. Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong vỏ. Một số vỏ phải đủ rộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong trong khi làm việc. Pitch – Bước răng: Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor quay trong gió khơng q cao hay q thấp để tạo ra điện.
Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục.
Tower – Trụ đỡ Nacelle: Được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằng thép. Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn.
Wind vane: Để xử lý hướng gió và liên lạc với “yaw drive” để định hướng tuabin gió.
Yaw drive: Dùng để giữ cho rotor ln ln hướng về hướng gió chính khi có sự thay đổi hướng gió.
Yaw motor: Động cơ cung cấp cho “yaw drive” định được hướng gió.
2.2.3 Ngun lý làm việc của tuabin gió
Có một tuabin khí gồm các lưỡi lớn được gắn trên đỉnh của một tháp. Khi gió đập vào các cánh tuabin, tuabin quay do thiết kế và sự liên kết của các cánh quạt. Trục của tuabin được kết hợp với một máy phát điện. Đầu ra của máy phát được thu thập thông qua cáp điện.
Khi gió đập vào cánh quạt, cánh quạt bắt đầu quay. Rôto tuabin được kết nối với hộp số tốc độ cao. Hộp số biến đổi vịng quay của rơto từ tốc độ thấp sang tốc độ cao. Trục tốc độ cao từ hộp số được ghép với rôto của máy phát và do đó máy phát điện chạy
ở tốc độ cao hơn. Một bộ kích từ cung cấp sự kích thích cần thiết cho cuộn từ tính của hệ thống trường máy phát để nó có thể tạo ra điện cần thiết. Điện áp được tạo ra tại các đầu ra của máy phát điện tỷ lệ thuận với cả tốc độ và thông lượng trường của máy phát. Tốc độ bị chi phối bởi năng lượng gió ngồi tầm kiểm sốt. Do đó để duy trì tính đồng nhất của cơng suất đầu ra từ máy phát điện, kích thích phải được kiểm sốt theo sự sẵn có của năng lượng gió tự nhiên. Dịng kích từ được điều khiển bởi bộ điều khiển tuabin cảm nhận tốc độ gió. Sau đó, điện áp đầu ra của máy phát điện (máy phát điện) được cấp cho bộ chỉnh lưu trong đó đầu ra của máy phát điện được chỉnh lưu thành DC. Đầu ra DC được chỉnh lưu này được cung cấp cho bộ chuyển đổi đường dây để chuyển đổi nó thành đầu ra AC ổn định, cuối cùng được đưa vào mạng truyền tải điện hoặc lưới truyền tải với sự trợ giúp của máy biến áp tăng cường.
Có hai cơ chế điều khiển khác gắn liền với một tuabin gió lớn hiện đại là kiểm sốt hướng của lưỡi tuabin và kiểm soát hướng của mặt tuabin. Sự định hướng của các cánh tuabin được điều chỉnh từ trung tâm cơ sở của các cánh quạt. Các lưỡi được gắn vào trung tâm trung tâm với sự trợ giúp của bố trí quay thơng qua các bánh răng và động cơ điện nhỏ hoặc hệ thống quay thủy lực. Hệ thống có thể được điều khiển bằng điện hoặc cơ học tùy thuộc vào thiết kế của nó. Các cánh quạt được xoay tùy theo tốc độ của gió. Kỹ thuật này được gọi là điều khiển cao độ. Nó cung cấp sự định hướng tốt nhất có thể của các cánh tuabin dọc theo hướng gió để có được năng lượng gió được tối ưu hóa.
Sự định hướng của tồn bộ thân tuabin có thể theo hướng thay đổi hướng gió để tối đa hóa việc thu năng lượng cơ học từ gió. Hướng của gió cùng với tốc độ của nó được cảm nhận bằng máy đo tốc độ (thiết bị đo tốc độ tự động) với các van gió được gắn vào đỉnh phía sau của vỏ bọc. Tín hiệu được đưa trở lại hệ thống điều khiển dựa trên bộ vi xử lý điện tử điều khiển động cơ ngáp làm quay toàn bộ vỏ bọc với sự sắp xếp bánh răng để đối mặt với tuabin khí theo hướng gió.
2.2.4 Mơ hình tương đương của tuabin gió
Để xác định năng lượng được chiết xuất từ gió bằng tuabin gió, chúng ta phải sử dụng một ống dẫn khí như trong hình 3.9. Người ta cũng cho rằng vận tốc của gió ở đầu vào của ống là V1 và vận tốc của khơng khí ở đầu ra của ống là V2. Khối lượng m của khơng khí được truyền qua ống dẫn tưỡng tượng này mỗi giây.
Bây giờ với khối lượng này, động năng của gió ở đầu vào của ống dẫn là:
Tương tự, với khối lượng này, động năng của gió ở đầu ra của ống dẫn là: