Miedź jest metalem o fundamentalnym znaczeniu dla energetyki wiatrowej. Zewnętrzne środowisko stawia bardzo wysokie wymagania dotyczące kabli, złącz i uzwojeń generatorów stosowanych w instalacjach energetyki wiatrowej, szczególnie w morskich elektrowniach wiatrowych.
Miedź zapewnia przewodność elektryczną, odporność na korozję, wytrzymałość i elastyczność, spełniające wszystkie wymagania surowych warunków otoczenia, gdzie obsługa i naprawy są bardzo kosztowne.
Miedź jest stosowana w:
- uzwojeniach generatorów
- kablach energetycznych
- układach uziemień i ochrony odgromowej
- transformatorach
- falownikach
- systemach sterowania
Można powiedzieć, cała energia elektryczna i zasilany przez nią nowoczesny świat, zawdzięczają swoje istnienie jednemu zjawisku: gdy magnes porusza się w pobliżu cewki, przepływa w niej prąd elektryczny. To właśnie jest generator, a przy odwróceniu działania – silnik elektryczny. Generator jest sercem turbiny wiatrowej, gdyż to on przetwarza wirowanie łopat turbiny w energię elektryczną. Silnik elektryczny i generator są bardzo podobne, zatem silnik może być stosowany bez zmian, lub tylko z niewielkimi zmianami, jako generator.
Czytaj: Rozwój OZE i elektromobilności. Jaką rolę ma do odegrania miedź?
Uzwojenia generatora
Aby wytwarzać energię elektryczną, linie sił pola magnetycznego muszą przecinać pod kątem prostym przewód cewki. Na rysunku 1 łopaty turbiny wiatrowej powodują ruch obrotowy magnesu, którego wirujące pole magnetyczne przenika uzwojenie, indukując w nim prąd elektryczny. Rzeczywista turbina posiada większą liczbę wirujących pól magnetycznych indukujących prądy w wielu uzwojeniach jednocześnie.
Rysunek 1: Działanie generatora z wirującym magnesem indukującym prąd kolejno w każdym zwoju uzwojenia
Rysunek 2 przedstawia ręczne uzwajanie tego rodzaju maszyny. Cewka jest nawijana w sposób ciągły drutem miedzianym podawanym ze szpul widocznych za stojanem. Ta część generatora jest nieruchoma i dlatego nazywa się stojanem.
Rysunek 2: Ręczne układanie miedzianego uzwojenia stojana generatora (dzięki uprzejmości Enercon)
Rysunek 3 przedstawia wirnik, wprawiany w ruch obrotowy przez łopaty turbiny. Magnesy są umocowane na zewnątrz wirnika i przemieszczając się w ruchu obrotowym względem uzwojeń stojana, indukują w nich prądy. Jest to uproszczony schemat, ukazujący w jaki sposób pole magnetyczne wirnika wiruje względem uzwojeń stojana.
Rysunek 3: Uproszczony schemat pola magnetycznego wirnika przenikającego kolejno uzwojenia stojana
Rysunek 4: Fotografia ukazuje rozmiary wirnika generatora. Pracownicy mają 2 metry wzrostu (dzięki uprzejmości Enercon)
Zobacz też: Miedź napędza zrównoważony rozwój. 10 dowodów
Rysunek 5: Umieszczenie ogromnego wirnika w stojanie (dzięki uprzejmości Enercon)
Rysunek 6: Podnoszenie generatora na szczyt wieży turbiny wiatrowej. Zespół waży 30 ton, około jedna trzecia tego ciężaru to miedź (dzięki uprzejmości Enercon)
Rysunek 6 przedstawia kompletny zespół generatora podnoszony do gondoli turbiny wiatrowej. Inne rozwiązanie polega na umieszczeniu ruchomych magnesów na zewnątrz uzwojeń stojana, jak pokazano na rysunku 7 (poniżej). W obydwu rozwiązaniach uzwojony stojan jest nieruchomy, co pozwala uniknąć wykonania i konserwacji ruchomych połączeń odbierających prąd.
Rysunek 7: Generator, w którym magnesy wirują wokół uzwojeń, stosowany w turbinach wiatrowych firmy Vensys (dzięki uprzejmości Vensys)
Polecamy: Energetyka wiatrowa. Dlaczego warto na nią postawić?
Dlaczego w uzwojeniach generatora stosuje się miedź?
Miedź jest miękka i kowalna, dzięki czemu można z niej formować skomplikowane kształty. Miedź także posiada bardzo wysoką przewodność elektryczną, umożliwiającą przewodzenie prądów o dużym natężeniu bez przegrzewania.
Dlaczego drut miedziany jest ciemniejszy niż czysta miedź?
Miedziany drut nawojowy jest pokryty warstwą emalii, dzięki czemu każdy zwój jest izolowany od sąsiedniego.
Jaka jest moc elektryczna wytwarzana przez nowoczesne turbiny wiatrowe?
Od roku 2014 największe turbiny osiągają moce około 8 MW. Moc zależy od długości łopat. Wraz ze zwiększaniem długości, rozwiązania techniczne stają się trudniejsze.
