Fornybare energikilder blir stadig viktigere i arbeidet med å redusere avhengigheten av fossilt brensel og bekjempe klimaendringene. Blant de ulike fornybare energiteknologiene spiller magneter og magnetfelt en avgjørende rolle når det gjelder å omdanne bevegelsesenergi fra naturlige kilder til brukbar elektrisk energi. I denne artikkelen ser vi nærmere på magneter og magnetfelt i fornybare energisystemer, med fokus på vindturbiner og vannkraftgeneratorer, samt nye bruksområder innen tidevanns- og bølgeenergisystemer.
Vindturbiner
Vindturbiner er et av de vanligste og mest kjente eksemplene på fornybare energisystemer som utnytter magneter og magnetfelt. Det grunnleggende prinsippet bak en vindturbin er å omdanne vindens kinetiske energi til mekanisk energi, som deretter omdannes til elektrisk energi av en generator.
Rotoren i en vindturbin består av blader som er festet til et sentralt nav, som igjen er koblet til en aksel. Når vinden blåser, utøver den en kraft på bladene som får dem til å rotere. Den roterende akselen er koblet til en generator, som vanligvis er plassert ved foten av turbintårnet.
Generatoren i en vindturbin er ansvarlig for å omdanne den mekaniske energien fra den roterende akselen til elektrisk energi. Det finnes to hovedtyper generatorer som brukes i vindturbiner: asynkrongeneratorer (eller induksjonsgeneratorer) og synkrongeneratorer. Begge typer generatorer er avhengige av magneter og magnetfelt for å fungere.
Asynkrongeneratorer, også kjent som induksjonsgeneratorer, bruker prinsippet om elektromagnetisk induksjon for å omdanne mekanisk energi til elektrisk energi. Disse generatorene består av en stator (den stasjonære delen) og en rotor (den roterende delen). Statoren har spoler av tråd viklet rundt seg, mens rotoren er laget av et ledende materiale, for eksempel kobber eller aluminium.
Når rotoren roterer i statorens magnetfelt, induserer den en vekselstrøm (AC) i statorens spoler. Denne vekselstrømmen konverteres deretter til en brukbar form av en omformer før den mates inn på nettet. Magnetfeltet i asynkrongeneratorer skapes av permanentmagneter eller elektromagneter, som eksiteres av den genererte strømmen.
Synkrongeneratorer bruker derimot et annet prinsipp for å omdanne mekanisk energi til elektrisk energi. Disse generatorene har en stator og en rotor, på samme måte som asynkrongeneratorer. Rotoren i en synkrongenerator er imidlertid viklet med trådspoler, og den får strøm fra en likestrøm.
Når rotoren roterer i statorens magnetfelt, genererer den en vekselstrøm i statorens spoler. Hovedforskjellen mellom synkron- og asynkrongeneratorer ligger i måten de regulerer utgangsspenningen og frekvensen på. Synkrongeneratorer er avhengige av et kontrollsystem for å opprettholde en konstant likestrøm i rotorspolene, noe som i sin tur gjør at de kan opprettholde en konstant utgangsspenning og frekvens.
Magnetfeltene i både asynkrone og synkrone generatorer er avgjørende for effektiv omforming av mekanisk energi til elektrisk energi. Styrken og retningen på disse magnetfeltene bestemmer generatorens ytelse, inkludert faktorer som utgangsspenning, utgangsstrøm og virkningsgrad.
Hydroelektriske generatorer
Hydroelektriske generatorer omdanner, i likhet med vindturbiner, bevegelsesenergi til elektrisk energi. I dette tilfellet kommer den kinetiske energien fra vannstrømmen, vanligvis fra en oppdemmet elv eller et reservoar. Vannkraftgeneratorer kan også klassifiseres som enten asynkrone eller synkrone generatorer, avhengig av hvordan de er utformet og fungerer.
I et typisk vannkraftsystem ledes vannet fra en vannkilde, for eksempel en elv eller et reservoar, gjennom et nettverk av kanaler eller rør som kalles trykkledninger. Vannet som strømmer gjennom trykkrørene, har kinetisk energi på grunn av sin