Szélerőmű kiválasztási útmutató: hogyan válasszuk ki a legmegfelelőbb generátort?

A szélenergia-termelés lényege, hogy hatékonyan és megbízhatóan alakítsa át a szélenergiát elektromos energiává, és a generátor kiválasztása közvetlenül befolyásolja a rendszer teljesítményét és költségeit. A jelenlegi főbb szélturbina típusok közé tartoznak az aszinkron generátorok, a kettős táplálású indukciós generátorok és az állandó mágneses szinkron generátorok, mindegyiknek megvannak a saját előnyei és hátrányai, amelyeket az alkalmazási forgatókönyvnek megfelelően kell összehangolni.

1. Aszinkron generátor: Olcsó kezdőknek való választás

Elv: Az elektromágneses indukcióval előállított áram miatt a rotor sebessége valamivel magasabb, mint a szinkronsebesség, és a reaktív teljesítményt a hálózatból kell felvenni.
Előnyök:

Egyszerű szerkezet: kefe nélküli és csúszógyűrűs, alacsony karbantartási költség, alkalmas zord környezeti körülményekre.

Alacsony ár: Kiforrott technológia, alacsony kezdeti befektetés.

Hátrányok:

A hatásfok átlagos: a gerjesztési veszteségek körülbelül 85% -90%-os hatásfokot eredményeznek.

Meddő teljesítmény kompenzációra van szükség: további kondenzátorokat vagy kompenzáló eszközöket kell konfigurálni, különben befolyásolja a hálózati feszültséget.

Alkalmazható forgatókönyvek: Kis és közepes méretű szélerőmű-rendszerek, nagy hálózati stabilitású területek (például vidéki elosztott szélerőművek).

2. Kettős betáplálású indukciós generátor (DFIG): A hatékonyság és a költségek egyensúlyban tartása

Elv: Az állórész közvetlenül a hálózathoz, a rotor pedig egy inverteren keresztül csatlakozik a hálózathoz, hogy változó sebességű, állandó frekvenciájú működést érjen el.
Előnyök:

Változtatható sebességű működés: Hatékonyan képes áramot termelni 3-25 m/s szélsebesség-tartományban, bővítve a szélenergia hasznosításának tartományát.

Részleges teljesítményátalakítás: A rotoroldalon a teljesítménynek csak 25–30%-át kell feldolgozni, és az átalakító költsége alacsony.

Meddőteljesítmény-támogatás: Invertereken keresztül biztosít meddőteljesítmény-kompenzációt a hálózat stabilitásának javítása érdekében.
Hátrányok:

Komplex szerkezet: sebességváltót és csúszógyűrűt igényel, magas mechanikai meghibásodási arány mellett.

Alkalmazható forgatókönyvek: Nagy szárazföldi szélerőművek, nagy szélsebesség-ingadozású területek (például hegyvidéki területek és tengerparti régiók).

3. Állandó mágneses szinkrongenerátor (PMSG): Hatékony és alacsony karbantartást igénylő jövő

Elv: Azáltal, hogy állandó mágneseket használunk mágneses tér létrehozásához, nincs szükség külső gerjesztésre, ami nagyobb hatásfokot eredményez.
Előnyök:

Magas hatásfok: Nincs gerjesztési veszteség, a hatásfok elérheti a 95%-ot, különösen alkalmas alacsony szélsebességű területekre.

Kompakt felépítés: Nincsenek elektromos kefék és csúszógyűrűk, alacsony a meghibásodási arány, és több mint 30%-kal csökkennek a karbantartási költségek.

A közvetlen meghajtás előnyei: Közvetlenül a pengékre csatlakozik (sebességváltó nélkül), így 10-15 decibellel csökkenti a zajszintet.

Hátrányok:

Magas költségek: Az állandó mágneses anyagok (például a neodímium-vas-bór) ára nagymértékben ingadozik, és a kezdeti befektetés magas.

Alkalmazható forgatókönyvek: tengeri szélenergia, alacsony szélsebességű szárazföldi területek és zajérzékeny környezetek (például lakóövezetek közelében).

4. Hogyan válasszunk? A lényeg, hogy erre a három pontra összpontosítsunk

Szélsebesség-viszonyok:

Alacsony szélsebességű zóna (éves átlagos szélsebesség<6m/s): Válasszon állandó mágneses szinkrongenerátort (nagyobb hatásfokkal).

Nagy szélsebességű zóna: kettős betáplálású generátor vagy aszinkron generátor (alacsonyabb költség).

Hálózati követelmények:

A gyengeáramú hálózat meddőteljesítmény-támogatást igényelhet: kétszeresen táplált generátor (rugalmas teljesítménytényező-szabályozással).

Erős elektromos hálózat: Mind aszinkron, mind az állandó mágneses szinkron generátorok alkalmasak.

Költség és karbantartás:

Kezdeti költségvetés korlátozott: aszinkron generátor (20%-30%-kal alacsonyabb ár).

Hosszú távú működési és karbantartási érzékenység: állandó mágneses szinkrongenerátor (40%-kal csökkenti a karbantartási költségeket 10 év alatt).

5. Trend: A közvetlen hajtású állandó mágneses szinkrongenerátorok egyre elterjedtebbek

A technológiai fejlődésnek köszönhetően a közvetlen hajtású, állandó mágneses szinkrongenerátorok (sebességváltók nélkül) egyre inkább az előnyben részesített választássá válnak a tengeri szélerőművek és az alacsony szélsebességű területek számára. Előnyei közé tartozik:

Megbízhatóság javítása: A mechanikai meghibásodási pontok 50%-kal történő csökkentése és az élettartam több mint 25 évre való meghosszabbítása.

Hatékonyságoptimalizálás: A teljes teljesítményű konverter hálózati hibatűrést (LVRT) biztosít, és alkalmazkodik a gyenge elektromos hálózatokhoz.

Környezeti alkalmazkodás: alacsony zajszint, nincs olajszennyezés, alkalmas a tengeri ökológiai védelmi követelményeknek.

ügy

Dán Vestas V236-15.0 MW tengeri szélturbina: közvetlen hajtású állandó mágneses technológiával, egységenként több mint 80 GWh éves energiatermeléssel.

China Goldwind Technology GW82-1.8MW szárazföldi szélturbina: állandó mágneses közvetlen hajtású kialakítás, 3 m/s szélsebességnél képes áramot termelni.

Következtetés

A szélturbinák kiválasztásánál egyensúlyt kell találni a hatékonyság, a költség és a megbízhatóság között. A legtöbb projekthez:

Szárazföldi szélerőmű: kettős táplálású generátor (egyensúly a teljesítmény és az ár között).

Tengeri szélerőmű: közvetlen hajtású, állandó mágneses szinkrongenerátor (nagy megbízhatóság, alacsony karbantartási igény).

Elosztott szélenergia: aszinkron generátorok (alacsony költségű) vagy állandó mágneses szinkron generátorok (nagy hatásfok).

Az állandó mágneses anyagok költségének csökkenésével és a közvetlen hajtástechnológia kiforrottságával a szélenergia-termelés a jövőben hatékonyabb, csendesebb és fenntarthatóbb lesz.