300 likes | 564 Views
VETERNÉ TURBÍNY. Lukáš KALAMEN. Rozdelenie veterných turbín. existujú 2 základné typy moderných veterných turbín: turbíny s konštantnými otáčkami asynchrónne stroje s klietkou nakrátko turbíny s premenlivými otáčkami asynchrónne stroje s klietkou nakrátko
E N D
VETERNÉ TURBÍNY Lukáš KALAMEN
Rozdelenie veterných turbín • existujú 2 základné typy moderných veterných turbín: • turbíny s konštantnými otáčkami • asynchrónne stroje s klietkou nakrátko • turbíny s premenlivými otáčkami • asynchrónne stroje s klietkou nakrátko • asynchrónne stroje s vinutým rotorom • synchrónne stroje • synchrónne stroje s permanentnými magnetmi
Turbíny s konštantnými otáčkami • indukčný generátor s klietkou nakrátko • konštantné otáčky (odchýlka max. ±2 %) • softštartér na obmedzenie nárazových prúdov • kompenzátor jalového výkonu na obmedzenie spotreby jalového výkonu zo siete
Turbíny s premenlivými otáčkami • indukčný generátor s vinutým rotorom • premenlivé otáčky (±10 %) • zmena charakteristiky motora zmenou rotorového odporu – nehospodárna regulácia • neschopnosť nezávislého riadenia činného a jalového výkonu – potreba kompenzátora jalového výkonu
Turbíny s premenlivými otáčkami • indukčný generátor s vinutým rotorom • premenlivé otáčky (±30 %) • menič v rotorovom obvode na sklzový výkon • nezávislé radenie činného a jalového výkonu • v súčasnosti najpoužívanejší systém
Turbíny s premenlivými otáčkami • indukčný generátor s klietkou nakrátko • menič na plný výkon generátora • nezávislé radenie činného a jalového výkonu
Turbíny s premenlivými otáčkami • synchrónny generátor s klasickým budením • menič na plný výkon generátora • menič pre budiace vinutie • nezávislé radenie činného a jalového výkonu
Turbíny s premenlivými otáčkami • mnohopólovýsynchrónny generátor s klasickým budením • malé synchrónne otáčky rovné otáčkam vrtule • bez prevodovky • nezávislé radenie činného a jalového výkonu
Turbíny s premenlivými otáčkami • synchrónny generátor s permanentnými magnetmi • bez elektromagnetického budenia • bez budiaceho meniča • nezávislé radenie činného a jalového výkonu
Turbíny s premenlivými otáčkami • mnohopólovýsynchrónny generátor s permanentnými magnetmi • malé synchrónne otáčky rovné otáčkam vrtule • bez prevodovky • nezávislé radenie činného a jalového výkonu
Výkon veternej turbíny • kde • Pmechanický výkon turbíny • ρhustota vzduchu • v rýchlosť vetra • R polomer vrtule • Cp koeficient účinnosti • λ pomer rýchlosti konca vrtule k rýchlosti vetra • θ uhol natočenia lopatiek
Koeficient účinnosti • teoretické maximum tohto koeficientu je 0,593; t.j. žiadna turbína nemôže zachytiť viac než 59,3 % kinetickej energie vetra (Betzov zákon) • v praxi sa na moderných turbínach dosahujú hodnoty okolo 0,4 • hustota vzduchu, rýchlosť vetra a polomer vrtule sú neriaditeľné parametre • preto jediný parameter, ktorým možno riadiť na dosiahnutie maximálneho generovaného výkonu je koeficient účinnosti Cp
Koeficient účinnosti Ω ... uhlová rýchlosť vrtule
Riadenie výkonu veternej turbíny • maximálne množstvo dodávanej mechanickej energie pre rôzne rýchlosti vetra možno docieliť udržovaním maximálneho výkonu turbíny počas celého pracovného intervalu • toto možno dosiahnuť riadením otáčok generátora v závislosti od mechanického príkonu dodávaného turbínou
Riadenie výkonu veternej turbíny • obmedzenie mechanického výkonu na jeho nominálnej hodnote je zabezpečené zmenou sklonu lopatky vrtule k smeru vetra, ide o tzv. natáčanie lopatiek • najúčinnejšia a v súčasnosti najpoužívanejšia metóda obmedzenia výkonu pri veľkých rýchlostiach vetra • zmenou uhla natočenia θ sa zmení maximálna absorbovateľná energia z kinetickej energie prúdiaceho vzduchu
Inštalovaný výkon veterných elektrární • obnoviteľný zdroj elektrickej energie • minimálny dopad na životné prostredie • primeraná návratnosť nákladov • podpora Európskej Únie
Zaujímavosti • rozmery 1,5MW veternej turbíny zvyčajného typu: • výška 80 m • priemer vrtule 70 m • priemer veže pri úpätí 15 m • priemer veže pri gondole 2 m • váha vrtule 22 t • váha gondoly 52 t • najvýkonnejšie turbíny súčasnosti: • ENERCON E-126, 7.5 MW, 127 m priemer vrtule, 135 m výška veže • VESTAS V-164, 7 MW, 164 m priemer vrtule, 110 m výška veže • EUROHOME Bôrik – 76.8 m – najvyššia budova v Žiline
Dvojito napájaný indukčný generátor • v súčasnosti najrozšírenejší na trhu • menič na sklzový výkon = nižšia cena • nezávislé riadenie činného a jalového výkonu • až 61% nárast produkcie elektrickej energie v porovnaní so systémami s konštantnými otáčkami
Simulácie veternej turbíny • možnosť overiť správanie sa veternej turbíny pri rôznych podmienkach • menej meraní na turbínach • možnosť výskumu nových metód riadenia • je potrebný detailný model celého sústrojenstva (mechanickej časti, elektrickej časti a siete) • presnosť závislá na parametroch náhradnej schémy asynchrónneho stroja – čo najpresnejšie určenie parametrov náhradnej schémy indukčného stroja!
Vyšetrovanie parametrov NS AS • Identifikácia parametrov náhradnej schémy asynchrónneho stroja meraním • Identifikácia parametrov náhradnej schémy asynchrónneho stroja výpočtom z konštrukčných údajov • Výpočet magnetizačnej indukčnosti asynchrónneho stroja metódou konečných prvkov
Identifikácia parametrov NS meraním • STN 35 0301: Točivé elektrické stroje. Skúšanie asynchrónnych motorov: • meranie odporov vinutí • meranie naprázdno • meranie nakrátko • meranie prevodu
Identifikácia parametrov NS meraním • modifikované meranie naprázdno: • stroj poháňaný jeho synchrónnymi otáčkami • výpočet prvkov priečnej vetvy podľa presnej náhradnej schémy
Identifikácia parametrov NS meraním • nelineárna závislosť magnetizačnej indukčnosti od magnetizačného prúdu
Identifikácia parametrov NS výpočtom z konštrukčných údajov • výpočet elektrických parametrov náhradnej schémy AS na základe konštrukčných rozmerov stroja a znalosti použitých materiálov: • výpočet odporov rotora a statora • výpočet rozptylových indukčností rotora a statora • výpočet magnetizačnej indukčnosti a jej závislosti od sýtenia magnetického obvodu stroja
Identifikácia parametrov NS metódou konečných prvkov • metóda konečných prvkov (MKP) slúži na výpočet vektorového magnetického potenciálu v stroji – teda na výpočet rozloženia magnetickej indukcie a magnetického toku v stroji • výpočty vykonané v programe FEMM 4.2