Варианты конструкций ветряных турбин
Крупные ветряные турбины размещаются на высоких и прочных башнях. Высота типичной башни ветряной турбины, закрепленной на мощном бетонном фундаменте, составляет от 50 до 80 м.
Для большей устойчивости башни закрепляют растяжками.
Лопасти ветряных турбин обычно в длину достигают от 25 до 40 м. Большинство крупных ветряных турбин имеют три лопасти, по в некоторых конструкциях может быть две, четыре и более. Диаметр вращения равен удвоенной длине лопасти. Несущий подшипник лопастей, электрогенератор и охлаждающий аппарат генератора размещаются в контейнере, называемом гондолой или корзиной. Подобная конструкция предназначена для вращения с постоянной угловой скоростью около 20 оборотов в минуту в пределах всего рабочего диапазона (допустимых скоростей ветра) турбины. Изменения скорости ветра в пределах этого диапазона приводят к изменению количества вырабатываемой электроэнергии, но не меняют скорость вращения лопастей. Передаточный механизм (редуктор) переводит угловую скорость лопастей в собственную угловую скорость вала электрогенератора, производящего переменный ток частотой в 60 Гц (в США) или 50 Гц (в Европе и некоторых других частях света).
Для штатной работы ветряная турбина должна быть ориентирована таким образом, чтобы ее лопасти вращались вокруг оси, направленной вдоль направления ветра. Иными словами, плоскость, образованная вращающимися лопастями турбины, должна быть перпендикулярна направлению ветра. Для этого все устройство (лопасти и гондола) закрепляется на поворотной панели, способной вращаться на 360° в горизонтальной плоскости. Направление и скорость ветра определяются при помощи флюгарки и анемометра, инструментов, сходных с теми, которые используются метеорологами для тех же целей. Если ветер становится слишком сильным, отказоустойчивая тормозная система останавливает и фиксирует лопасти, а поворотная панель разворачивает устройство под углом примерно 90° к направлению ветра с тем, чтобы турбина испытывала наименьшую нагрузку. У большинства крупных ветряных турбин лопасти расположены на наветренной (направленной против ветра) стороне гондолы. Эта конструкция так и называется — наветренная. Некоторые модели, однако, имеют лопасти на стороне гондолы, направленной по ветру, и называются подветренными. Какая из конструкций более эффективна (т. е. производит больше электричества в долгосрочной перспективе с учетом затрат), до сих пор является предметом спора. Сторонники наветренной конструкции подчеркивают, что эта технология испытанная, а с начала нового тысячелетия в нее внесено множество усовершенствований, повысивших эффективность и долговечность. Сторонники же подветренной конструкции утверждают, что ее лопасти могут «складываться» или «уклоняться» от ветра во время вращения, давая возможность турбине работать при более высокой скорости ветра, чем допустимо для наветренной турбины, что повышает показатель производительности. На некоторых крупных ветроэлектростанциях группы ветряных турбин (до шести штук) объединяют в каскады, которые подсоединяются к сети. В крупнейших ветропарках в каскады объединяют десятки турбин, и эта комбинация подключается по кабелю к электрораспределительной подстанции или к высоковольтной ЛЭП.
