utilizări ale turbinelor eolienelor

7/25/2019 Utilizri Ale Turbinelor Eolienelor

1/9

3.3. Utilizri ale turbinelor eolienelorPrincipalele utilizri ale turbinelor eolien sunt:

generarea de electricitate; pomparea apei (irigaii) i producerea de aer comprimat;

antrenarea dispozitivelor mecanice; telecomunicaii.Caracteristica de putere a unei turbine eoliene este prezentat n igura !."# iar n

igura !.$% este prezentat evoluia turbinelor eoliene.

&ig. !.". Caracteristica de putere a unei turbine eoliene.

&ig. !.$%. 'voluia turbinelor eoliene.

Perormana tipic a dieritelor tipuri de turbine eoliene este prezentat comparativ culimita etz n ig. !.$$. Ciar dac perorman a ma*im a turbinelor moderne cu a* orizontali cu ars vertical este mult superioar perormanei ma*ime a turbinelor veci# aceasta rm+ne

nc cu $%, sub limita etz.-mplasarea turbinei eoliene se ace pe dealuri# la distan mai mare de ori dec+t

nlimea obstacolelor pentru a reduce din turbulena provocat aerului. Pentru a evita eecteleturbulen ei produse la trecerea v+ntului printr/o turbin# n parcurile eoliene# acestea se aeazla distan mai mare de ! diametre ale rotorului.


2/9

Conversia energieieoliene n energieelectricaprezint avanta0ulunei soluii simple#generatorul electric igeneratorul eolian iindcuplate direct sau cel mult

printr/un multiplicator deturaie. 1e asemenea#transportul energieielectrice se ace rdiiculti si cu pierderimici. 2oluia e mai puinavanta0oasa in privina

posibilitatilor de stocare aenergiei electrice ca atare#daca se are in vedere pe deo parte randamentele

sczute ale conversiei electrocimice (3%/3,)# iar pe de alta parte costurile ridicate aleacumulatoarelor cu Pb# singurele care sunt disponibile in prezent. -stel# un acumulator de$45 si 6% - costa apro*imativ 6%% lei iind capabil sa stoceze o energie de $ 78. Pentruasigurarea e*clusiv din stoca0 a energiei electrice destinate iluminatului# televizorului#radioului# rigiderului si altor aparate casnice pentru o locuina uniamiliara# intr/o singura zisunt necesari intre 4/ 78# deci ar trebui instalate tot at+tea acumulatoare a cror durata deviata e de ordinul a 9/ ani. Capacitatea acumulatoarelor trebuie sa creasc corespunztor

duratei de calm eolian posibile in zona in care se ala instalaia respectiv. a celtuielile demai sus trebuie adugate si cele necesare transormrii curentului continuu stocat in curentalternativ de tensiune corespunztoare consumatorilor alimentai.

n ig. !.$4 sunt prezentate prile componente ale unei turbine cu a* orizontalgeneratoare de electricitate.

&ig. !.$4. Componena unei turbine generatoare de electricitate.

&ig. !.$$. Perormana turbinelor eoliene.


3/9

2istemul de conversie a energiei eoliene in energie electrica se compune din (ig. !.$!): turbina eolian ($);

generatorul electric (alternatorul) a*ial sau radial care poate i monoazic sau triazic (4); puntea redresoare monoazica sau triazic (!);

c dis0unctor (izolare turbin de baterii) (9);

controller/ul pentru supravegerea incrcrii bancului de acumulatori i proteciaalternatorului (meninerea acumulatorilor n bune condiii) (); bancul de acumulatori (3); dis0unctor (izolare baterii de invertor sau sarcin) (


4/9

Sistemul de generare de energie electrica pentru zone izolate incorporeaz una saumai multe turbine de puteri dierite. @urbinele urnizeaz putere variabila care se transormain invertor# in tensiune alternativa constanta 4!% 5 -C si recventa constanta % Az# olosita

pentru alimentarea consumatorilor de curent alternativ. '*cesul de putere se acumuleaz inbaterii pana ce acestea sunt plin ncrcate. >n perioadele cu v+nt slab# energia acumulata in

baterii alimenteaz consumatorii via invertor. 1aca tensiunea din baterii scade sub un anumitpresetat nivel# pornete automat generatorul 1iesel de rezerva# care unctioneaza p+n cebateriile sunt ncrcate. ncrcarea bateriilor este controlata de proprietatea acestui tip deinvertor de a i bi/modal (1C/-C sau -C/1C). >n sistemele mai mari# invertorul se poatesincroniza cu generatorul de rezerva pentru preluarea v+rurilor de sarcina mari. >n acest el#timpul de uncionare al generatorului este meninut la minimum si combustibilul este olositoptim in timpul uncionarii generatorului de rezerva. @ensiunile alternative de ieire pot imonoazate de 4!%5 -C sau triazate !6% 5 -C si % Az.

@urbinele eoliene pot i olosite si pentru a0utor la nclzirea locuinelor. 'nergiagenerata ce poate i 4!% 5 -C monoazat sau 9%% 5 -C triazat alimenteaz rezistentele denclzire dintr/ un tanc acumulator de energie de pe reeaua de nclzire a locuinei. 'nergia

este generata intr/un alternator de turaie 0oasa# acionat direct# cu magnei permaneni. @uraiaturbinei este meninuta aproape constanta de computerul de proces# astel at+t timp cat batev+ntul# avem la borne o tensiue de 49% 5 sau 9%% 5 -C de putere variabila.

1aca utilizam o turbina suicient de puternica# de e*emplu de $$ 78 se poate asiguraintegral nclzirea unei locuine de circa 4%% m4 in perioadele cu v+nt. 2urplusul de energie

produsa se poate vinde la un urnizor de energie prin intermediul unui procesor comple* detip invertor sincron >B@ ( Brid@e7 Poer Procesor). &uncionarea sistemului este automat.

3.4. Conversia energiei eoliene

@urbinele eoliene capteaz energia v+ntului prin palete aerodinamice i o transorm nputere mecanic rotativ. Paletele sunt n numr de trei. Cum viteza paletei ar trebui s ie dedou ori mai mic dec+t viteza sunetului# viteza de rotaie descrete pe msur ce raza paleteicrete. Pentru turbinele multi/D8# viteza de rotaie este de $%/$ rpm. Cea mai eicientmetod de a converti viteza mic a v+ntului i puterea mare de torsiune n curent electric esteolosirea unei cutii de viteze i a unui generator standard de vitez i*# dup cum se vede nig. !.$9.

&ig. !.$9. Conversia puterii v+ntului n energie electric ntr/o central eolian.

Cutia de viteze este opional# iindc e*ist i posibilitatea olosirii unor generatoaremultipolare. ntre reea i generator poate i introdus un convertor de putere.

Posibilitile tenice sunt numeroase i un gid tenologic care ncepe cu energiaeolian i transormarea lucrului mecanic n energie electric este artat n &ig. !.$. >eirea

electric poate i de curent alternativ (-C) sau de curent continuu (1C). n ultimul caz ntrereea i generator va trebui introdus un convertor de putere.


5/9

&ig. !.$. Bid tenologic pentru tenologia turbinelor eoliene

'voluia sistemelor de turbine eoliene a ost constant n ultimii 4 de ani# acume*ist+nd patru sau cinci generaii de turbine eoliene viabile. 'ste important s se poatcontrola i limita puterea mecanic convertit la o vitez mai mare a v+ntului# deoarece orav+ntului este dependent de cubul vitezei acestuia. imitarea de putere poate i cut ie princontrol pasiv (poziia palei este i*# dar limitarea apare prin rotirea a de v+nt)# control activ(nclinaia paletei este a0ustat pentru a creea r+narea de/a lungul paletelor) sau prin controlulnclinaiei elicei (paletele sunt ntoarse din calea v+ntului atunci c+nd acesta are vitez preamare). Prezentarea caracteristicilor de baz ale acestor trei metode de control a orei v+ntuluisunt rezumate n &ig. !.$3.

&ig. !.$3. Caracteristicile de putere ale dieritelor sisteme de turbine eoliene cu vitez i*.


6/9

E alt variabil n sistemul de turbine eoliene care poate i controlat este viteza. Pebaza acestui criteriu# turbinele eoliene sunt clasiicate n dou mari categorii: turbine eolienecu vitez i* i turbine eoliene cu vitez variabil.

@urbina cu vitez i* are avanta0ul c e simpl# rezistent# iabil# veriicat dee*perien# iar componentele electrice cost puin. 1ezavanta0ele directe sunt

incontrolabilitatea consumului de energie electric reactiv# uzura mecanic i controlullimitat asupra calitii energiei electrice. 1atorit aptului c are o vitez i*# luctuaiile devitez ale v+ntului sunt convertite n luctuaii de torsiune mecanic# reduse uor de ctre miciscimbri n uncionarea generatorului i transmise ca luctuaii de energie electric n reea.&luctuaiile curentului pot produce mari luctuaii ale tensiunii n cazul unei reele slabe iastel# pierderi importante pe cablurile electrice.

@urbinele cu vitez variabil sunt concepute pentru a a0unge la o eicienaerodinamic ma*im n condiii dierite de viteze ale v+ntului. Prin introducerea reglriivitezei se poate adapta continuu (accelera sau decelera) viteza de rotaie a turbinei# astel nc+t

proporia vitezei s ie inut constant# la o valoare predeinit# corespunztoarecoeicientului puterii ma*ime. Contrar sistemelor cu vitez i*# sistemele cu vitez variabil

menin torsiunea din generator aproape constant# variaiile de v+nt iind absorbite de ctregeneratorul responsabil de scimbrile vitezei.

1in punctul de vedere al turbinei eoliene# cele mai importante avanta0e ale olosiriisistemelor de vitez variabil n deavoarea celor cu vitez i* sunt: reducerea uzuriimecanice (la a* i cutia de viteze)# o mai mare valoriicare a energiei i reducerea poluriionice.

n plus# prezena convertorilor de putere n turbinele eoliene asigur# de asemenea#posibilitatea controlului potenial asupra capacitilor at+t a turbinelor eoliene mari i modernec+t i a parcurilor eoliene# de a satisace cerine tenice nalte impuse de operatorii reeleielectrice# cum ar i: energie activ i reactiv controlabil (controlul recvenei i al tensiunii)#rspuns rapid n situaii dinamice i trectoare ale sistemului# inluen asupra stabilitiireelei i calitate mbuntit a reelei.

3.5. Variante de turbine eoliene2ciele cele mai des olosite n creearea turbinelor eoliene au la baz patru concepte.

1ierenele principale dintre concepte se leag de sistemul de generare i de elul n careeiciena aerodinamic a rotorului este limitat sub valoarea ma*im pentru a prevenisuprancrcarea. -ceste concepte vor i prezentate n detaliu n paragraele urmtoare.

. Turbinele eoliene cu vitez !i" #Tip $-ceast coniguraie corespunde aa/numitului Fconcept danezG# oarte popular n anii

H6%. -ceast turbin eolian este un mecanism cu vitez i* controlat# cu generator asincroncu rotor n colivie (B-IC) conectat direct la reea printr/un transormator ca n &ig. !.$


7/9

-ceast variant necesit un compensator de energie reactiv pentru a reduce (aproapeelimina) transerul de putere reactiv de la generatorul turbinei la reea. -ceasta se ace deobicei# prin comutarea continuu a bateriilor de condensatoare (/4 pai). Conectarea mai

bun la reea se ace prin ncorporarea unui convertor electronic de putere (sot/starter).>ndierent de principiul de control al energiei ntr/o turbin eolian cu vitez i*# luctuaiile

v+ntului sunt transormate n luctuaii mecanice# i mai departe# n luctuaii ale energieielectrice. -cestea pot produce luctuaii ale tensiunii n punctul de conectare n cazul reelelorslabe. 1atorit acestor luctuaii de tensiune# turbina cu vitez i* atrage variate cantiti deenergie reactiv de la reeaua utilitar (n cazul n care nu e*ist baterie de condensatoare)#ceea ce sporete at+t luctuaiile de tensiune c+t i pierderile de cabluri.

-stel principalele dezavanta0e ale acestei variante sunt necesitatea unei reelecompacte# iar construcia mecanic trebuie s poat suporta o mare solicitare mecanic#cauzat de intensiicri de v+nt# pe l+ng aptul c nu permite nici un control al vitezei.

%. Turbina eolian cu vitez variabil parial &i rezisten variabil a rotorului#Tip %$

-ceast coniguraie corespunde turbinei cu vitez variabil controlat# cu rezistenvariabil a rotorului# cunoscut sub denumirea de Epti2lip (5estasJ)# prezentat n &ig. !.$6.-ceasta olosete un generator de inducie cu rotorul n scurtcircuit (B>I2)# olosit nc de lami0locul anilor K"%.

&ig. !.$6. @urbin eolian cu vitez variabil parial i cu rezisten variabil a rotorului.

Beneratorul este conectat direct la reea. nurarea rotoric a generatorului econectat n serie cu o rezisten controlat# a crei mrime deinete limitele de variaia alevitezei (n general %/$%, peste viteza sincron). ateria de condensatoare realizeazcompensarea energiei reactive# iar conectarea sot la reea se realizeaz cu a0utorul unui Fsot/starterG. 2e adaug o rezisten n plus n circuitul rotorului# care poate i controlat prinelectronica de putere. -stel# rezistena total a rotorului e controlabil i astel puterea ieit

din sistem este controlat i ea. Controlul dinamic al variaiilor de vitez depinde dedimensiunile rezistenei variabile a rotorului. 1e obicei# variaia de vitez este de %/$%, pesteviteza sincron. 'nergia provenit din unitatea e*terioar de conversie a energiei este pierdutca pierdere caloric. E variant alternativ utilizeaz componente pasive n loculconvertorului electronic de putere. -cest variant permite un control p+n la $%,# dar nu

permite un regla0 continuu.

C. Turbina cu vitez variabil cu convertor de !recven cu scal parial #Tip C$-ceast coniguraie# cunoscut ca generatorul de inducie cu dubl alimentare

(B>1-)# corespunde turbinei cu vitez variabil# cu un generator de inducie cu rotor n scurtcircuit (B>I2) i cu un convertor de recven (cu apro*imativ !%, din puterea nominal a

generatorului) n cadrul circuitului rotorului# dup cum se observ n &ig. !.$".


8/9

&ig. $". @urbin eolian cu vitez variabil cu convertor de recven cu scalparial.

2tatorul este conectat direct la reea# n timp ce un convertor de putere controleazrecvena rotorului# i astel# viteza acestuia. Iandamentul acestui convertor de recvendetermin variaia vitezei (de obicei# L!%, n 0urul vitezei sincrone). n plus# acest convertorrealizeaz compensarea puterii reactive i o conectare uoar la reea. imita de control avitezei rotorului este comparat cu cea a Epti2lip. n plus# valoriic energia pierdut deEpti2lip n rezistena rotorului controlabil. Convertorul de recven mai mic ace ca acestconcept s ie atractiv din punct de vedere economic. Dai mult dec+t at+t# electronica de

putere permite turbinelor eoliene s acioneze ca o surs energetic dinamic pentru reea.@otui# principalul dezavanta0 este olosirea de inele de alunecare i a scemelor de protecien cazul unor erori de reea.

'. Turbina cu vitez variabil cu convertor de putere cu scal complet #Tip '$-ceast coniguraie corespunde turbinei eoliene cu vitez variabil complet

controlat# cu generator conectat la reea printr/un convertor de recven complet# dup cum

se vede i n &ig. !.4%.

&ig. !.4%. @urbin eolian cu vitez variabil cu convertor de putere cu scal complet.

Convertorul de recven e*ecut compensarea puterii reactive i asigur o conectare

uoar la reea la orice vitez. Beneratorul poate i e*citat electric (generator sincron cu rotorn scurtcircuit B2I2) sau de tipul cu magnet permanent (generator sincron cu magnet

permanent B2DP). >eirile statorului sunt conectate la reea printr/un convertor de putere.Mnele sisteme de turbine eoliene cu vitez variabil sunt r cutie de viteze (cutia de

viteze n &ig. !.4%). n aceste cazuri# se olosete un generator direct# asincron. Companiileeuropene productoare de turbine N 'nercon# 2iemens 8ind Poer# Dade i agereO sunte*emple de productori care olosesc aceast coniguraie.

Compararea dieritelor topologii de turbine eoliene prin prisma perormanelor lorarat o contradicie ntre cost i perorma la nivelul reelei. n tabelul !.4# se d o comparaietenic a principalelor concepte tenice a turbinelor eoliene cu reerire la probleme de controlale reelei# cost# ntreinere i perormaa componentelor interne ale turbinei.


9/9

@abelul !.4. Comparaia dieritelor coniguraii ale turbinelor eoliene.

5ariant de turbin @ip - @ip @ip C @ip 1

5itez variabil u u 1a 1a

Controlul puterii active imitat imitat 1a 1a

Controlul puterii reactive u u 1a 1a

2curt circuit (deect activ) u u u=1a 1a

Puterea n scurt circuit Contribuie Contribuie Contribuie imitat

Controlul lrgimii benzii $/$% s $%% ms $ ms %./$ ms

&uncia de 2tandbO u u 1aQ 1aQQ

Pornire uoar necesar 1a 1a u u

Compensator reactiv (C) 1a 1a u u

Eperare insular u u 1a=nu 1a>nvestiie QQ QQ Q %

ntreinere QQ QQ % Q

utilizări ale turbinelor eolienelor

Documents