風力を電気に変換するか、それとも二重に

人類は何世紀にもわたって風からエネルギーを採取してきました。 この習慣は、少なくとも風車の歴史的記録が最初に知られた 8 世紀のペルシャにまで遡りますが、おそらくそれよりもさらに遡ります。 風力エネルギーを直接利用して穀物を製粉したり、水を汲み上げたり、木材を製材したり、織物を生産したりする膨大な歴史と比較すると、電力の生産はまだ比較的新しいものです。 それにもかかわらず、風力を利用して発電する興味深い方法がいくつかあります。 風は刻一刻と予測不可能な性質を持っているため、それを利用して送電網に接続された大型発電機を回すことは、思っているほど簡単ではありません。 4 種類の風力タービン構成と、それぞれが風速の突然の変化にどのように対処するかを見てみましょう。

ただし、最初に、特定の地域における 1 年以上の風のパターンはよく知られており、風力発電所の設計に使用されていることに注意することが重要です。 さらに、1 日や 1 週間などのより短い時間スケールでの風速予測も、それらの時間スケールでの発電能力を非常に正確に推定できるほど正確です。ただし、風力は信頼できる電力源ではないという大きな誤解が一般にあります。いつも吹くわけではありません。 まったく逆です。 過去数十年で天気予報が非常に良くなったおかげで、平均風速の非常に正確な予測が数時間、数日前に得られるようになり、化石燃料工場などの発電所は、十分な警告を発してより多くの風力発電が利用可能になるにつれて生産を縮小できるようになりました。

長期および短期の風予測は非常に確実ですが、突風への対処は非常に難しく、どの風力タービンにとっても依然として課題です。 突風が起こったときにタービンが単に機械的なブレーキをかけて回転を遅くすると考えるのは簡単かもしれませんが、大型タービンの場合、これは一般に経済的に実行可能な解決策ではありません。 それは、絶え間ないブレーキ動作が引き起こすタービンへの機械的ストレスは言うまでもなく、ブレーキパッドを交換するために技術者を定期的に派遣することを意味します。 タービンの理想的な設計回転速度に可能な限り近づけるために、ブレード (またはブレード先端のみ) を風上または風外に回転させることができる、空力ブレーキとしても知られるブレード ピッチ システムもありますが、これらのピッチ一部の突風に対しては、システムがまだ遅すぎます。

ただし、機械式ブレーキは必要です。 これらは通常、技術者が身体的に危険にさらされている場合の緊急停止時、ブレー​​ドピッチシステムが故障した場合に重大な過速度事象を停止するための最後の手段として、または特定のメンテナンスプロセス中にタービンローターを一時的に「パーキング」するためにのみ使用されます。空力ブレーキが適用されています。 発電機やギアボックスの交換を待っているタービンなど、オフラインのタービンも、ブレーキを長期間使用できない可能性があります。風から外れたブレードを備えたタービンは、強風の中でもリスクなく長時間「風車」を回転させることができるからです。

タービンの回転を完全に停止する必要があるメンテナンス作業であっても、通常はローターのロック機構を取り付けるのに十分な時間しか使用されません。 動作中の回転速度を制御するためにこれらのブレーキを使用する代わりに、無駄なエネルギーの量を削減し、ブレーキ システムで行う必要があるメンテナンスの量を削減する、突風の問題に対するはるかに賢明な電気的解決策が発見されました。 、突風自体からエネルギーを収集できる場合もあります。 最初の解決策は信じられないほど簡単です。

タイプ 1 風力タービンは、固定速度タービンと呼ばれることもありますが、実際には風速の短期間の一時的な変化への対処にはあまり関心がありません。 誘導発電機の固有の特性を使用すると、この問題は簡単に解決されます。 この構成では、発電機の出力はグリッドに直接接続されており、グリッドの慣性により、発電機はほぼ正しい回転速度に保たれます。 突風が到来すると、発電機は同期速度をわずかに超えて「スリップ」し、突風を吸収した後に通常の状態に戻ります。 突風が強すぎる場合、このカテゴリのタービンは電気「ブレーキ」を採用することもあり、過剰なエネルギーを抵抗器バンクまたは同等の装置に放出し、タービンをわずかに減速します。