Guía de selección de generación de energía eólica: ¿cómo elegir el generador más adecuado?

El núcleo de la generación de energía eólica es convertir de manera eficiente y confiable la energía eólica en energía eléctrica, y la elección del generador afecta directamente el rendimiento y el costo del sistema. Los tipos actuales de turbinas eólicas incluyen generadores asincrónicos, generadores de inducción de doble alimentación y generadores síncronos de imán permanente, cada uno con sus propias ventajas y desventajas, que deben combinarse según el escenario de aplicación.

1、 Generador asíncrono: una opción económica para principiantes

Principio: Al generar electricidad a través de inducción electromagnética, la velocidad del rotor es ligeramente mayor que la velocidad sincrónica y es necesario absorber energía reactiva de la red eléctrica.
Ventajas:

Estructura simple: sin escobillas y anillo colector, bajo costo de mantenimiento, adecuado para entornos hostiles.

Precio bajo: Tecnología madura, baja inversión inicial.

Desventajas:

La eficiencia es media: las pérdidas de excitación dan como resultado una eficiencia de aproximadamente el 85% - 90%.

Se requiere compensación de potencia reactiva: se deben configurar condensadores o dispositivos de compensación adicionales, de lo contrario afectará el voltaje de la red.

Escenarios aplicables: sistemas de energía eólica de tamaño pequeño y mediano, áreas con alta estabilidad de red (como energía eólica distribuida rural).

2、 Generador de inducción de doble alimentación (DFIG): Equilibrio entre eficiencia y costo

Principio: El estator está conectado directamente a la red y el rotor está conectado a la red a través de un inversor para lograr un funcionamiento con frecuencia constante y velocidad variable.
Ventajas:

Operación de velocidad variable: Puede generar electricidad de manera eficiente dentro de un rango de velocidad del viento de 3 a 25 m/s, ampliando el rango de utilización de la energía eólica.

Conversión de potencia parcial: solo es necesario procesar entre el 25% y el 30% de la potencia del lado del rotor y el costo del convertidor es bajo.

Soporte de potencia reactiva: Proporcionar compensación de potencia reactiva a través de inversores para mejorar la estabilidad de la red.
Desventajas:

Estructura compleja: requiere caja de engranajes y anillo colector, con una alta tasa de fallas mecánicas.

Escenarios aplicables: Grandes parques eólicos terrestres, áreas con altas fluctuaciones en la velocidad del viento (como zonas montañosas y regiones costeras).

3、 Generador síncrono de imán permanente (PMSG): Un futuro eficiente y de bajo mantenimiento

Principio: Al utilizar imanes permanentes para generar un campo magnético, no hay necesidad de excitación externa, lo que resulta en una mayor eficiencia.
Ventajas:

Alta eficiencia: sin pérdida de excitación, la eficiencia puede alcanzar más del 95%, especialmente adecuado para áreas de baja velocidad del viento.

Estructura compacta: omite escobillas eléctricas y anillos colectores, baja tasa de fallas y costos de mantenimiento reducidos en más del 30%.

Ventajas del accionamiento directo: Conexión directa a las palas (sin caja de cambios), reduciendo el ruido entre 10 y 15 decibelios.

Desventajas:

Alto costo: El precio de los materiales de imanes permanentes (como el boro de hierro y neodimio) fluctúa mucho y la inversión inicial es alta.

Escenarios aplicables: energía eólica marina, áreas del interior con baja velocidad del viento y entornos sensibles al ruido (como cerca de áreas residenciales).

4. ¿Cómo elegir? La clave está en centrarse en estos tres puntos.

Condiciones de velocidad del viento:

Zona de baja velocidad del viento (velocidad media anual del viento)<6m/s): Elija un generador síncrono de imán permanente (con mayor eficiencia).

Zona de alta velocidad de viento: generador doblemente alimentado o generador asíncrono (menor costo).

Requisitos de la red:

Una red de corriente débil puede requerir soporte de potencia reactiva: generador doblemente alimentado (con ajuste flexible del factor de potencia).

Red eléctrica fuerte: son adecuados tanto los generadores síncronos de imán permanente como los asíncronos.

Costo y mantenimiento:

Presupuesto inicial limitado: generador asíncrono (precio entre un 20% y un 30% inferior).

Sensibilidad de operación y mantenimiento a largo plazo: generador síncrono de imán permanente (reduciendo los costos de mantenimiento en un 40% en 10 años).

5、 Tendencia: Los generadores síncronos de imanes permanentes de accionamiento directo se están volviendo populares

Con los avances tecnológicos, los generadores síncronos de imanes permanentes de accionamiento directo (omitiendo las cajas de engranajes) se están convirtiendo en la opción preferida para la energía eólica marina y las áreas de baja velocidad del viento. Entre sus ventajas se encuentran::

Mejora de la confiabilidad: reduce los puntos de falla mecánica en un 50% y extiende la vida útil a más de 25 años.

Optimización de la eficiencia: el convertidor de potencia completa logra atravesar fallas de la red eléctrica (LVRT) y se adapta a redes eléctricas débiles.

Adaptación ambiental: bajo nivel de ruido, sin contaminación por petróleo, adecuado para los requisitos de protección ecológica marina.

caso

Aerogenerador marino danés Vestas V236-15,0 MW: utiliza tecnología de imán permanente de accionamiento directo, con una generación de energía anual de más de 80 GWh por unidad.

Turbina eólica terrestre GW82-1.8MW de China Goldwind Technology: diseño de accionamiento directo con imán permanente, puede comenzar a generar electricidad a una velocidad del viento de 3 m/s.

Conclusión

La selección de turbinas eólicas requiere un equilibrio entre eficiencia, costo y confiabilidad. Para la mayoría de los proyectos:

Energía eólica terrestre: generador doblemente alimentado (equilibrio rendimiento y precio).

Energía eólica marina: generador síncrono de imanes permanentes de accionamiento directo (alta fiabilidad, bajo mantenimiento).

Energía eólica distribuida: generadores asincrónicos (de bajo coste) o generadores síncronos de imanes permanentes (de alta eficiencia).

Con la disminución del costo de los materiales de imanes permanentes y la madurez de la tecnología de transmisión directa, la generación de energía eólica será más eficiente, más silenciosa y sostenible en el futuro.