# Inside a Wind Turbine

How a 3\-4 MW onshore wind turbine turns wind into electricity: lift, yaw, gearbox, generator, pitch, the Betz limit and the grid

By Leon Cvetkovski

Topic: Energy

[Open the interactive Jig](https://ask.jig.com/j/wpnT3irWyFA7)

## Guide

### 1. Div na brežuljku

Stup ove vjetroturbine visok je kao zgrada od 30 katova, a svaka od njezine tri lopatice duga je 63 m\. Zajedno opisuju krug promjera 130 m\. Pogledaj kako vjetar struji pokraj nje\.

Jedna lopatica duga je otprilike koliko je širok raspon krila velikog putničkog zrakoplova\.

### 2. Lopatice su krila

Prereži lopaticu i pogledaj je odozgo: oblikovana je poput krila zrakoplova\. Zrak koji struji preko zakrivljene strane ubrzava i tlak mu pada, pa lopaticu vuče u stranu\. Taj uzgon, a ne guranje, okreće rotor\.

Lopatica je uvijena po dužini, pa svaki njezin dio susreće zrak pod najboljim kutom\.

### 3. Spori rotor, brzi vrhovi

Rotor se okrene samo oko 12 puta u minuti, dovoljno sporo da ih izbrojiš\. No vrh lopatice pri svakom okretaju prijeđe krug od 400 m, pa juri oko 80 m/s, gotovo 300 km/h\. Spirale prikazuju vrtloge zraka koje vrhovi ostavljaju za sobom\.

Brzina vrha = opseg kruga × okretaji u sekundi: 408 m × 12 ÷ 60 ≈ 82 m/s\.

### 4. Okrenuta prema vjetru

Vjetrokaz i anemometar na krovu mjere smjer i brzinu vjetra\. Kad vjetar promijeni smjer, motori za zakretanje okreću cijelu gondolu na nazubljenom prstenu dok rotor ponovno ne bude okrenut prema vjetru\.

To rade osam malih motora od 2,2 kW: polako okreću veliki zupčasti prsten i zato imaju mnogo snage\. Prikazano brže nego u stvarnosti\.

### 5. Unutar gondole

Skini pokrov i pojavit će se strojevi\. Rotor okreće debelo glavno vratilo, prijenosnik ga ubrzava, a brzo vratilo vrti generator\. Disk\-kočnica može sve zaustaviti, a hladnjak odvodi toplinu\.

Gondola, kućište na vrhu stupa, velika je otprilike kao autobus: duga 12 m i široka 4 m\.

### 6. Prijenosnik

Rotor je prespor za generator\. Dva planetarna stupnja i jedan paralelni stupanj zupčanika povećavaju brzinu oko 100 puta: ulazi 12 okretaja u minuti, a izlazi oko 1200\.

Prikazano 25 puta sporije\. U svakom planetarnom stupnju tri planetna zupčanika dijele opterećenje oko središnjeg sunčanog zupčanika\.

### 7. Stvaranje struje

U generatoru se vrti magnetsko polje i prolazi pokraj zavojnica od bakrene žice\. Ono tjera električnu struju kroz zavojnice: do 3,4 milijuna vata kad vjetar jako puše\.

Prikazano 25 puta sporije\. Dinamo na biciklu radi na isti način, samo je mnogo manji\.

### 8. Previše vjetra

Pomakni klizač brzine vjetra\. Ispod 3 m/s rotor se samo lagano vrti\. Od oko 12 m/s turbina daje punu snagu, a pri jačem vjetru lopatice se zakreću i propuštaju višak\. Iznad 25 m/s okreću se bridom prema vjetru i rotor staje da prebrodi oluju\.

Dvostruko brži vjetar nosi osam puta više energije: snaga raste s kubom brzine\.

### 9. Betzova granica

Turbina uzima energiju tako što usporava vjetar\. Kad bi potpuno zaustavila zrak, ništa ne bi moglo proteći; usporava li ga samo malo, uzima malo energije\. Najbolje je usporiti ga na trećinu brzine, čime se uhvati najviše 59 % energije vjetra\.

Stvarne turbine uhvate oko 35–45 %, zbog gubitaka u lopaticama, zupčanicima i generatoru\.

### 10. Struja u mrežu

Kabeli unutar stupa vode električnu energiju dolje do transformatora, koji joj podiže napon za put\. Dalekovodi je zatim nose do domova diljem krajolika, kad god puše vjetar, danju i noću\.

Viši napon znači manju struju, pa se u vodovima manje energije gubi kao toplina\.