Auala e Fuafuaina ai Lau o Turbine Matagi e Pu'eina ai le Matagi
O lau o le matagi o "lima" autū ia e pu'eina le malosi mai le matagi ma liua i le fa'ata'amilosaga o le au, ona sosoo ai lea ma le eletise. E ui atonu e foliga faigofie mai le mamao—e na'o lau uumi e tolu, e milo—ae o lo'o i tua atu o latou foliga o lo'o i ai le fa'ainisinia fa'apitoa o le aerodynamics, meafaitino, ma le pulea. O lenei tusiga e su'esu'eina ai le auala e mamanuina ai lau o le matagi e pu'eina ai le matagi ma le lelei, mautu, ma le saogalemu i tulaga eseese o le tau.
1. Mataupu faavae autū: liua o le matagi i le si'itia
O le ki i le mamanuina o lau o le turbine matagi o le manatu lea o le siitia, ae le na o le toso. O lau o le turbine e mamanuina e pei o apaʻau o vaalele: o lo latou vaega e foliga e pei o se airfoil. A o tafe atu le matagi i tua atu o le airfoil, o le eseesega o le mamafa i le va o le pito i luga ma le pito i lalo e mafua ai le siitia, lea e "tosoina" ai lau i le itu e faataamilo ai. O le mea lea, e le ona o le "taia" e le matagi le rotor, ae ona o lau e fatuina ai malosiaga aerodynamic e liua ai le tafe o le matagi i le torque.
O lenei auala e sili atu ona lelei nai lo turbine matagi tuai na faʻalagolago i le toso. O turbine matagi faʻaonaponei faʻalava-axis (HAWTs) e faʻateleina le siʻitia, ma ausia ai le maualuga o le lelei e latalata i le tapulaʻa faʻateorē (le Betz Limit), lea e taʻu mai ai e le mafai e se turbine ona puʻeina le 100% o le malosi o le matagi.
2. Foliga o le ea: o se fa'amatalaga la'ititi e fuafua ai le i'uga
O ea o le lau turbine ua mamanuina ma le amanaʻiaina o mea nei:
– Fa'asologa o le si'itia ma le toso i tulimanu eseese o le osofa'iga.
– O le uiga o le lē gaoioi, o se tulaga lea e fa’asa’oloto ai le tafe o le ea mai le fogāeleele o le lau ma fa’aitiitia tele ai le si’itia.
– O uiga o le numera Reynolds e suia i luga o le lau (ona e eseese le saoasaoa o le ea mai le aʻa i le pito o le lau).
I tafatafa o le a'a o le lau (e lata ane i le ogatotonu), e masani ona mafiafia le airfoil mo le malosi o le fausaga. Mai le ogatotonu i le pito, e manifinifi le foliga e fa'aitiitia ai le toso ma fa'aleleia atili ai le lelei o le aerodynamic. O nisi mamanu e fa'aleleia atili ai fo'i le airfoil e fa'aitiitia ai le pisa, mo se fa'ata'ita'iga e ala i le suia o le pito i tua po'o ni serrations (nifo laiti) i le pito i tua.
3. Milo ma fa'a'olo'olo: aisea e le o se "laupapa sa'o" le lau
Afai e te tilotilo totoʻa i le lau o le turbine, o le a e matauina ni vaega taua se lua:
1. Milo: e suia le tulimanu o le lau mai le faavae i le pito.
2. Taper (fa'aitiitia le lautele o le chord): e lautele le lau i le fa'avae ma vaapiapi i le pito.
O le mafuaʻaga e fesoʻotaʻi ma le fisiki o le vili. O le saoasaoa o lau e faʻateleina i le mamao mai le ogatotonu o le rotor. O lona uiga o pito o lau e vave tele atu nai lo vaega e lata ane i le faʻavae. Afai e tutusa le tulimanu o le lau mai le faʻavae i le pito, o le tulimanu o le osofaʻiga a le ea o le a "lē saʻo" i le tele o le vaega o le lau. O le milo e faʻamautinoa ai o vaega taʻitasi o le lau e galue i le tulimanu sili ona lelei o le osofaʻiga e faʻatupu ai le siʻitia maualuga ma le laʻititi o le toso.
I le taimi nei, e fesoasoani le taper e tufatufa atu avega fa'ale-aerodynamic ma le fa'atulagaina. E tatalia e fa'avae o le lau ni taimi tetele e punou ai, o lea e lautele ma mafiafia ai mo le malosi. E manifinifi fo'i pito o le lau e fa'aitiitia ai le avega, le fenumia'i, ma le pisa.
4. Fua Faatatau o le Saosaoa o le Tipi
E fa'alagolago fo'i le mamanu o le lau i le Tip Speed Ratio (TSR), o le fua fa'atatau lea o le saoasaoa o le pito o le lau i le saoasaoa o le matagi. O turbine fa'aonaponei e masani ona mamanuina e fa'agaoioia i se TSR fa'apitoa (e.g., pe tusa o le 6–9 mo le tele o turbine e tolu lau). E a'afia e le TSR:
– Lelei o le pu'eina o le malosi
– Tulaga o le pisa (o pito e vave ona pisa)
– Avega fa'a-feoloolo i luga o fausaga
– Fa'atinoga i matagi maualalo ma matagi malolosi
E fesoʻotaʻi foʻi le aofaʻi o lau ma le TSR. O turbine lau-tolu ua avea ma tulaga masani ona latou ofoina atu le fetuunaiga sili ona lelei i le va o le lelei, mautu, pisa, ma le avega faʻamekanika.
5. Puleaina o le pitch: e mafai ona "fetuuna'i" lau e mulimuli ai i le matagi.
I le tele o turbine faʻaonaponei, e mafai ona faʻataʻamilomilo lau i luga o latou axis (pitched) e fetuʻunaʻi ai lo latou tulimanu i le matagi. O lenei faiga e taʻua o le pitch control ma e taua ona:
– Fa'aleleia atili le malosi i matagi malolosi: ua fetu'una'i lau mo le tulimanu sa'o e osofa'i ai.
– Puipuia o le turbine i matagi malolosi: o lau e “fa’aloaloa i fafo” (fa’aliliuina ina ia itiiti ai le matagi e pu’eina) e puipuia ai le soona feliuliua’i.
– Fesoasoani e taofi le ta'avale pe a mana'omia ona taofi le turbine ona o se tausiga po'o ni tulaga faigata.
O le pulea o le pitch e masani ona fa'agaoioia e se hydraulic actuator po'o se afi eletise, ma e pulea e se faiga fa'atonutonu e faitau ai le saoasaoa o le matagi, le taamilosaga o le rotor, ma le avega.
6. Taulimaina o le suiga o le itu o le matagi: mamanu o le yaw ma le rotor
E manaʻomia e turbine faʻalava ona faʻasaga i le matagi ina ia lelei. E faʻataʻamilomilo e le yaw system le nacelle ina ia faʻasaga le rotor i le itu e pulea ai le matagi. Peitaʻi, e le o taimi uma e mautu ai le matagi; e iai le turbulence ma le shear (eseese saoasaoa o le matagi i maualuga eseese). O le mea lea, o le mamanuina o le lau e amanaʻia ai:
– Avega fa'ata'amilosaga (vaivai) ona o fesuia'iga o le matagi
– Tete'e atu i le vāvāō i nofoaga faigata e pei o mauga po'o tafatafa o le talafatai
– Tali malosi o le lau ina ia lē faigofie ona gatete tele
O le mamanu o le lau e lē gata ina faʻamoemoe mo le malosi sili, ae faʻapea foʻi mo se olaga umi—e masani lava 20–25 tausaga—faʻatasi ai ma le tulaga maualalo e ono lamatia ai le faaletonu.
7. Meafaitino ma fausaga: mama, malosi ma tete'e i le vaivai
E mafai ona matuā lapopo'a lau o turbine—e sefulu mita le umi mo turbine fa'aonaponei i uta, ma e silia ma le 80–100 mita mo nisi turbine i tai. O le mea lea, e tatau ona iai mea e pei o:
– Malamalama ina ia lē maualuga tele le inertia
– Tete'e malosi i le punou ma le mimilo
– Tetee atu i le vaivai ona o avega faifai pea
– Tetee atu i le tau (UV, timu, masima i le sami, suiga o le vevela)
O mea masani e faʻaaogaina o le fiberglass composites ma le epoxy poʻo le polyester resin, ma i totonu o turbines tetele, e masani ona faʻaopoopoina le carbon fiber i nisi vaega e faʻateleina ai le maʻaʻa e aunoa ma le faʻaopoopoina o le mamafa tele. I totonu o lau o loʻo i ai ni fausaga e pei o spars (ponaivi autu) ma shear webs e fesoasoani e lagolago le avega.
8. Fa'aleleiga o le ea ma le fa'aitiitia o le pisa i le pito o le lau
O pito o lau o se vaega taua tele: e sili ona saoasaoa ma o lea e tele ai le malosi e maua mai ai, ae o i latou foʻi e sili ona pisapisao ma faigofie ona faʻatupuina ni afā malolosi. O le mamanu o le pito o lau e masani ona faʻaleleia e ala i:
– O ni foliga faapitoa o pito e faʻaitiitia ai ni vilivili
– Ua suia le pito i tua e faʻaitiitia ai le pisa
– Lamolemole le fogāeleele e fa'atumauina ai le tafega laminar i le umi e mafai ai
E lē gata o le pisa o se faʻafitauli o le mafanafana, ae e mafai foʻi ona aʻafia ai pemita mo le fausiaina o turbine e lata ane i nofoaga e nonofo ai.
9. Puipuiga o luga: solo ma le faʻatinoga i se taimi umi
E fa'agaoioia lau i le timu, pefu, iniseti, ma e o'o lava i le aisa (i vaega malulu). I totonu o turbine tetele, o pito o lau e vave ona gaoioi e mafai ona o'o i ai le fa'aleagaina o pito i luma, o le fa'aleagaina lea o le pito i luma o le lau. O lenei fa'aleagaina e fa'ateleina ai le ma'a'a o le fogā'ele'ele, fa'ateleina ai le toso, fa'aitiitia ai le fa'atinoga, ma fa'ateleina ai le pisa.
O le mea lea, e masani ona ufiufi lau o le turbine i se ufiufi faapitoa po o se puipuiga pito i luma. I nisi tulaga, e manaʻomia le tausiga faavaitaimi ina ia faatumauina ai le lelei o le faatinoga o le turbine i lona olaga atoa.
10. Faiga o le mamanu: faʻataʻitaʻiga, suʻega o le ana o le matagi, ma le faʻamaoniga o le fanua
O le mamanuina o le lau o le turbine o se faiga faifai pea e aofia ai:
1. Fa'ata'ita'iga o le ea fa'aeletoronika (e pei o le Blade Element Momentum ma metotia CFD)
2. Su'esu'ega Fa'atulagaina (Su'esu'ega Elemene Fa'atapula'a)
3. Fa'aleleia atili o le tele o sini: malosi maualuga, avega maualalo, tau o gaosiga lelei
4. Su'ega fa'ata'ita'i: su'ega tumau, su'ega vaivai, ma su'ega fanua
5. Mata'ituina o galuega faatino: masini e iloa ai le gatete, avega ma siaki e fa'aleleia atili ai mamanu o le isi tupulaga
O le iʻuga o se lau e le gata ina "puʻeina le matagi," ae faia foʻi ma le atamai: faʻatupuina le malosi tele aʻo faʻatumauina pea le saogalemu ma le faʻatuatuaina o le masini.
Fa'ato'a
O lau o turbine matagi ua mamanuina e ala i le tu'ufa'atasia o le aerodynamics o apa'au, fa'aleleia atili o le tulimanu o le osofa'iga ma le milo, fa'atonutonuina o le avega e ala i le taper, ma le pulea malosi e ala i le pitch ma le yaw. O nei mea uma e lagolagoina e mea fa'apipi'i malolosi ae mama ma fa'amatalaga mamanu e fa'aitiitia ai le pisa ma le fa'aleagaina o le fogaeleele. Mai fafo, e foliga faigofie lau o turbine, ae o le mea moni o oloa ia o le inisinia sa'o e mafai ai e le matagi—o se malosiaga e le vaaia—ona liua i le eletise mama i se fua tele.
Afai e te manaʻo ai, e mafai ona ou faʻaopoopoina ni faʻataʻitaʻiga o manatu (twist, taper, TSR) pe fatuina se faʻamatalaga faʻapitoa o lenei tusiga faʻatasi ai ma ni fua faʻatatau faigofie ma faʻataʻitaʻiga faigofie o fuafuaga.
