Nā Mea Hana Turbine Makani a me pehea lākou e hana ai i ka hana mana
ʻO ka ikehu makani kekahi o nā kumu ikehu hou i hoʻomohala nui ʻia ma nā ʻāina like ʻole no ka mea he nui, maʻemaʻe, a hiki ke hoʻohana ʻia ma nā pae liʻiliʻi a me nā pae nui. Ma hope o nā pahi wili maʻalahi o kahi turbine makani e waiho ana kahi ʻōnaehana electromechanical paʻakikī, ʻo kekahi o nā ʻāpana koʻikoʻi o ia mea ʻo ia ka mīkini hana. Hoʻololi ka mīkini hana turbine makani i ka ikehu mechanical mai ka wili ʻana o ka rotor i ka ikehu uila e hiki ke hoʻohana ʻia e nā hale, nā ʻoihana, a hiki ke hoʻolaha ʻia i ka pūnaewele mana. Kūkākūkā kēia ʻatikala i ke ʻano o ka mīkini hana turbine makani, kona mau ʻano, a pehea e hana ai i ka hana mana.
1. Ke Kuleana o nā Generators i nā Turbines makani
Hana nui nā mīkini makani ma ke kumumanaʻo o ka hoʻololi mālie ʻana i ka ikehu:
1. Hoʻokuke ka ikehu kinetic o ka makani i nā pahi i mea e wili ai ka rotor.
2. Hoʻouna ʻia ka wili rotor i ke koʻokoʻo a me ka ʻōnaehana hoʻoili (hiki ke me ka pahu pahu a i ʻole me ka ʻole o kahi pahu pahu).
3. Hoʻololi ka mīkini hana i ka ikehu mechanical o ka wili ʻana o ke koʻokoʻo i ikehu uila ma o ke kumumanaʻo o ka hoʻokomo electromagnetic.
4. A laila hoʻoponopono ʻia ka uila i hana ʻia e ka ʻōnaehana uila mana e kūlike me nā kūlana voltage a me ke alapine (frequency), ma mua o ka hoʻohana ʻia ʻana a i ʻole ka hāʻawi ʻia ʻana i ka pūnaewele.
Me ka ʻole o kahi mīkini hana, he mea hana mīkini wili wale nō ka mīkini makani. ʻO ka mīkini hana ke alahaka mua e hoʻololi i ka ikehu makani i uila hiki ke hoʻohana ʻia.
2. Kumumanaʻo Kumu o ka Hana o ka Mea Hana: Hoʻokomo Uila
Hana nā mīkini hana turbine makani ma muli o ke kānāwai o Faraday no ka hoʻokomo ʻana i ka electromagnetic. ʻO ke kumu, hana ʻia kahi volta uila ke loli ka flux magnetic i loko o ke coil. Ma keʻano laulā, ʻelua mau ʻāpana nui o ka mīkini hana:
– Rotor: ka ʻāpana e wili ana, e halihali pinepine ana i kahi magnet mau loa a i ʻole ka wili kahua.
– Stator: ka ʻāpana paʻa, nona nā wili kahi i hoʻoulu ʻia ai ke uila i hoʻokomo ʻia.
I ka hoʻohuli ʻana o ka rotor, ʻokiʻoki kona kahua magnetic i nā ʻōwili stator, e hoʻopuka ana i ke au uila (AC). A laila hoʻoponopono ʻia a hoʻoponopono ʻia kēia au AC ma mua o ka hoʻohana ʻana.
3. Nā ʻĀpana ʻōnaehana e kākoʻo ana i nā mea hana makani turbine
I mea e hana pono ai ka mīkini hana i loko o kahi turbine makani, aia kekahi mau ʻāpana kākoʻo nui:
1. ʻO ka pahi rotor a me ke kikowaena: hopu i ka ikehu makani.
2. ʻAu nui (ʻau nui): hoʻoili i ka wili rotor.
3. Pahu kia (ma kekahi mau ʻano): hoʻonui i ka wili ʻana o ka rotor mai kahi lohi a i kahi wikiwiki e kūpono i nā pono o ka mīkini hana.
4. Mea hana uila: hoʻololi i ka wili i uila.
5. Mea Hoʻololi/Mea Hoʻololi: hoʻololi i nā ʻano uila (voltage/frequency) i mea e paʻa ai a kūlike me ka grid.
6. Mea hoʻololi: hoʻonui i ke ana uila i hiki ke hoʻoili pono ʻia.
7. ʻŌnaehana hoʻomalu: hoʻoponopono i ke kuhikuhi o ka turbine (yaw), ke kihi pitch o ka pahi, ka wikiwiki o ka wili ʻana, a me ka pale.
He mea nui e hoʻomaopopo he loli ka hoʻopuka uila o ka turbine makani ma muli o ka loli ʻana o ka wikiwiki o ka makani. No laila, he mea nui nā mea uila mana a me nā ʻōnaehana kaohi no ka hana mana paʻa.
4. Nā ʻano o nā mea hana mīkini i loko o nā Turbine makani
Aia kekahi mau ʻano mīkini hana i hoʻohana pinepine ʻia i nā hale hana mana makani. Hoʻopili ʻia ke koho ʻana o ke ʻano mīkini hana e ka nui o ka turbine, nā koi pono, ke kumukūʻai, a me ka paʻakikī o ka mālama ʻana.
a) Mea Hana Hoʻokomo (Mea Hana Asynchronous)
Hoʻohana nui ʻia nā mea hana induction i nā hoʻonohonoho turbine makani hanauna mua a ma kekahi mau manaʻo e hoʻokūpaʻa ana i ka maʻalahi.
Pono:
- Kūkulu maʻalahi a ikaika hoʻi
- Mālama maʻalahi
– Nā kumukūʻai haʻahaʻa
nele:
- Pono ka mana reactive (maʻamau mai ka grid a i ʻole kahi capacitor)
- ʻOi aku ka maʻalahi o ka kaohi wikiwiki me ka ʻole o nā ʻōnaehana hou aʻe
- Hiki ke haʻahaʻa ka pono ma lalo o nā kūlana wikiwiki loli
He kūpono nā mea hana hoʻokomo no nā ʻōnaehana i hoʻopili ʻia me ka pūnaewele me nā kaohi paʻakikī, ʻoiai ke neʻe nei ka ʻenehana hou i nā hoʻonā wikiwiki loli.
b) Mea Hana Hoʻokomo Hānai Pālua (DFIG)
He ʻano kaulana loa ka DFIG o ka mea hana induction i nā turbine makani nui (pono) no ka mea e ʻae ana i ka hana wikiwiki me ka mea hoʻololi ʻaʻole pono e lawelawe i ka 100% o ka mana.
I loko o kahi DFIG, ua pili pololei ka stator i ka grid, ʻoiai ua pili ka rotor i ka mea hoʻololi (ma o nā apo paheʻe). Hoʻoponopono ka mea hoʻololi i ke au rotor e kāohi i ke volta hoʻopuka a me ke alapine (frequency).
Pono:
– Hana wikiwiki loli (ʻoi aku ka maikaʻi o ka hopu ʻana i ka ikehu makani)
– ʻOi aku ka liʻiliʻi o ka nui o ka mea hoʻololi ma mua o ka ʻōnaehana mea hoʻololi piha.
- Ka mana hana a me ka mana reactive maikaʻi aʻe
nele:
– Ke hoʻohana nei i nā apo paheʻe (mālama kiʻekiʻe)
– ʻOi aku ka paʻakikī o ka ʻōnaehana
Ke lilo nei ʻo DFIG i koho kaulana ma muli o kona hoʻohui maikaʻi ʻana ma waena o ke kumukūʻai a me ka hana.
c) Mea Hana Hoʻohui (Mea Hana Hoʻohui)
Hiki i nā mea hana synchronous ke hoʻohana i nā mea hana magnet mau loa (PMSG) a i ʻole nā wili kahua. Hoʻohana nui ʻia nā PMSG i nā hoʻolālā hou, ʻoi aku hoʻi no nā turbines gearbox-less (direct-drive).
Pono:
- Ka hana kūpono kiʻekiʻe, ʻoiai ʻo PMSG
- Hiki ke hana maikaʻi i nā wikiwiki haʻahaʻa
– Kūpono no ka hoʻokele pololei ʻana no laila e hōʻemi ana i nā ʻāpana mīkini
nele:
– Pono kahi mea hoʻololi mana (ʻo ka mea hoʻololi piha maʻamau)
– Hoʻonui nā makeneka paʻa i ke kumukūʻai a hilinaʻi i nā mea.
– Nā ʻōnaehana hoʻokele paʻakikī a me nā mea uila mana
ʻOi aku ka mālie o nā turbine hoʻokele pololei me nā PMSG a koi aku i ka mālama pahu pahu liʻiliʻi, akā hiki ke kiʻekiʻe aʻe nā kumukūʻai mua.
5. Pehea e hana ai ka mea hana makani turbine i ka hana mana (ʻanuʻu ma kēlā me kēia ʻanuʻu)
I mea e akāka ai, eia ke kaʻina hana o kahi turbine makani mai ka makani a i ka uila:
1. Hoʻohuli ka makani i ka pahi
ʻO ke ʻano aerodynamic o nā pahi e hoʻoulu ai i ka hāpai ʻana, ka mea e hoʻoulu ai i ka rotor e milo. Hoʻoponopono ka ʻōnaehana pitch i ke kihi o ka pahi no ka palekana kūpono.
2. Hoʻouna ʻia ka wili ʻana i ke koʻokoʻo
Hoʻokele ka rotor i ke koʻokoʻo nui. ʻO ka wikiwiki o ka wili ʻana o ka rotor he haʻahaʻa pinepine (e.g., 10-20 rpm i nā turbines nui).
3. Hoʻonui ka pahu kia i ka rpm (inā loaʻa)
Hoʻohana ka nui o nā turbines i kahi pahu pahu e hoʻonui i ka wikiwiki i nā haneli a i ʻole nā kaukani o rpm e kūlike me ka mea hana kikoʻī. I nā turbines hoʻokele pololei, ua kāpae ʻia kēia ʻanuʻu.
4. Hoʻololi ka mīkini hana i ka ikehu mechanical i ka uila AC.
Hoʻohuli ka rotor generator, e hana ana i kahi loli o ke kahe magnetic i loko o ka stator, e hopena ana i kahi uila AC.
5. Hoʻopaʻa ka uila uila i ka uila
I ka loli ʻana o ka wikiwiki o ka turbine, loli pū ka alapine (frequency) a me ke anakahi uila o ka mea hana. Hoʻololi ka mea hoʻololi/inverter i kēia i uila me nā ʻano kūpono (e.g., 50 Hz a i ʻole 60 Hz a me kahi anakahi uila kikoʻī).
6. Hoʻonui ka mea hoʻololi i ke ana uila
Hoʻonui ʻia ke ana uila e hōʻemi i ka pohō mana i ka wā o ka hoʻoili ʻana. A laila hoʻolaha ʻia ka uila i ka pūnaewele a hoʻohana ʻia paha ma kahi kūloko.
7. Mālama ka mana a me ka palekana i nā hana i ka palekana
Ke ikaika loa ka makani, e hōʻemi ka ʻōnaehana i ka mana (pitching) a i ʻole e hoʻōki i ka turbine (cut-out) no nā kumu palekana. Mālama pū ka ʻōnaehana i nā piʻi uila, nā kaulike ʻole, a me nā hoʻopilikia ʻana o ka pūnaewele.
6. Ka Pono a me nā Kumu e Hoʻopilikia ana i ka Hana o ka Mea Hana
Hoʻopili ʻia ka hana o kahi mīkini hana turbine makani e nā kumu he nui, e like me:
– Ka wikiwiki o ka makani: piʻi ka mana o ka makani e like me ka cube o ka wikiwiki o ka makani, no laila he hopena nui ko nā loli liʻiliʻi.
– Hoʻolālā turbine (pitch, rotor diameter): hoʻoholo i ka nui o ka ikehu makani e hiki ke hopu ʻia.
– ʻAno mīkini hana a me ka kaohi: ʻoi aku ka maikaʻi o nā ʻōnaehana wikiwiki loli me nā mea hoʻololi hou i nā kūlana makani like ʻole.
– Nā pohō mīkini: no ka laʻana ma ka pahu pahu, nā bearings a me ka clutch.
– Nā pohō uila: nā pohō keleawe i loko o ke koʻi, nā pohō magnetic i loko o ke kumu, a me nā pohō i loko o ka mea hoʻololi.
– Ka mahana a me ke ʻano o ka mālama ʻana: hoʻemi ka wela nui i ka pono a hoʻolalelale i ka hōʻino ʻana o nā ʻāpana.
I ka hana maoli, ʻaʻole hiki ke hoʻololi ʻia nā ikehu makani āpau i uila. Aia kahi palena kumumanaʻo i ʻike ʻia ʻo Betz Limit, kahi e ʻōlelo nei he hiki ke hopu ʻia ka nui o 59,3% o ka ikehu o ka makani e ka rotor. Nalowale ke koena ma ke ʻano he turbulence a me ke kahe ʻana o ka ea, pono e neʻe mau ma mua o ka turbine.
7. Hopena
ʻO ka mīkini hana turbine makani kahi ʻāpana koʻikoʻi e hoʻololi i ka wili mechanical i ikehu uila ma o ka induction electromagnetic. ʻO nā ʻano mīkini hana like ʻole—mai ka induction a i DFIG a i ka magnet synchronous mau loa—ua koho ʻia ma muli o ka hoʻohālikelike ʻana ma waena o ka pono, ke kumukūʻai, ka maʻalahi o ka mālama ʻana, a me nā koi kaohi. I nā mahi makani hou, hana pū ka mīkini hana me kahi pahu pahu (a i ʻole ka hoʻokele pololei), ka ʻōnaehana kaohi, a me nā mea uila mana e hana i ka uila paʻa me ka loli ʻana o nā kūlana makani. Me ka holomua o ka ʻenehana mea, nā mea uila mana, a me nā ʻōnaehana kaohi, ke hoʻomau nei nā mīkini hana turbine makani i ka lilo ʻana i mea pono a hilinaʻi hoʻi, e hoʻoikaika ana i ke kuleana o ka ikehu makani ma ke ʻano he hopena koʻikoʻi i kahi wā e hiki mai ana i ka ikehu maʻemaʻe a hoʻomau.
Inā makemake ʻoe, hiki iaʻu ke hoʻololi i kēia ʻatikala i kahi kaila pepa kula/koleke, hoʻohui i kahi pakuhi kahe, a hoʻohui paha i kahi ʻāpana kūikawā ma nā turbine makani liʻiliʻi (ma waho o ka pūnaewele).
