Guia de seleção de geração de energia eólica: como escolher o gerador mais adequado?

O cerne da geração de energia eólica é converter energia eólica em energia elétrica de forma eficiente e confiável, e a escolha do gerador afeta diretamente o desempenho e o custo do sistema. Os principais tipos atuais de turbinas eólicas incluem geradores assíncronos, geradores de indução duplamente alimentados e geradores síncronos de ímã permanente, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens, que precisam ser adaptadas de acordo com o cenário de aplicação.

1. Gerador Assíncrono: Uma Escolha de Baixo Custo para Iniciantes

Princípio: Ao gerar eletricidade por indução eletromagnética, a velocidade do rotor é ligeiramente maior que a velocidade síncrona, e a potência reativa precisa ser absorvida da rede elétrica.
Vantagens:

Estrutura simples: sem escovas e anéis deslizantes, baixo custo de manutenção, adequado para ambientes agressivos.

Preço baixo: Tecnologia madura, baixo investimento inicial.

Desvantagens:

A eficiência é média: perdas de excitação resultam em uma eficiência de aproximadamente 85% a 90%.

É necessária compensação de potência reativa: capacitores adicionais ou dispositivos de compensação precisam ser configurados, caso contrário, isso afetará a tensão da rede.

Cenários aplicáveis: Sistemas de energia eólica de pequeno e médio porte, áreas com alta estabilidade da rede (como energia eólica distribuída rural).

2、 Gerador de indução de alimentação dupla (DFIG): equilibrando eficiência e custo

Princípio: O estator é conectado diretamente à rede, e o rotor é conectado à rede por meio de um inversor para obter uma operação de frequência constante e velocidade variável.
Vantagens:

Operação de velocidade variável: pode gerar eletricidade eficientemente dentro de uma faixa de velocidade do vento de 3-25 m/s, expandindo a faixa de utilização de energia eólica.

Conversão parcial de energia: apenas 25% a 30% da energia no lado do rotor precisa ser processada, e o custo do conversor é baixo.

Suporte de potência reativa: forneça compensação de potência reativa por meio de inversores para melhorar a estabilidade da rede.
Desvantagens:

Estrutura complexa: requer caixa de engrenagens e anel deslizante, com alta taxa de falhas mecânicas.

Cenários aplicáveis: Grandes parques eólicos terrestres, áreas com grandes flutuações na velocidade do vento (como áreas montanhosas e regiões costeiras).

3. Gerador Síncrono de Ímã Permanente (PMSG): Um Futuro Eficiente e de Baixa Manutenção

Princípio: Ao usar ímãs permanentes para gerar um campo magnético, não há necessidade de excitação externa, resultando em maior eficiência.
Vantagens:

Alta eficiência: sem perda de excitação, a eficiência pode chegar a mais de 95%, especialmente adequado para áreas de baixa velocidade do vento.

Estrutura compacta: Omissão de escovas elétricas e anéis coletores, baixa taxa de falhas e custos de manutenção reduzidos em mais de 30%.

Vantagens do acionamento direto: Conexão direta às lâminas (sem caixa de engrenagens), reduzindo o ruído em 10-15 decibéis.

Desvantagens:

Alto custo: O preço dos materiais de ímãs permanentes (como neodímio ferro boro) oscila muito, e o investimento inicial é alto.

Cenários aplicáveis: energia eólica offshore, áreas interiores com baixa velocidade do vento e ambientes sensíveis ao ruído (como áreas próximas a residências).

4. Como escolher? A chave é focar nestes três pontos

Condições de velocidade do vento:

Zona de baixa velocidade do vento (velocidade média anual do vento<6m/s): Escolha um gerador síncrono de ímã permanente (com maior eficiência).

Zona de alta velocidade do vento: gerador duplamente alimentado ou gerador assíncrono (menor custo).

Requisitos de rede:

Rede de corrente fraca pode exigir suporte de potência reativa: gerador duplamente alimentado (com ajuste flexível do fator de potência).

Rede elétrica forte: geradores síncronos assíncronos e de ímã permanente são adequados.

Custo e manutenção:

Orçamento inicial limitado: gerador assíncrono (preço 20% -30% menor).

Sensibilidade de operação e manutenção de longo prazo: gerador síncrono de ímã permanente (reduzindo os custos de manutenção em 40% ao longo de 10 anos).

5. Tendência: Geradores síncronos de ímã permanente de acionamento direto se tornam comuns

Com os avanços tecnológicos, os geradores síncronos de ímã permanente de acionamento direto (sem caixas de engrenagens) estão se tornando a escolha preferida para energia eólica offshore e áreas de baixa velocidade do vento. Suas vantagens incluem:

Melhoria da confiabilidade: reduza os pontos de falha mecânica em 50% e estenda a vida útil para mais de 25 anos.

Otimização de eficiência: o conversor de potência total alcança a proteção contra falhas na rede elétrica (LVRT) e se adapta a redes elétricas fracas.

Adaptação ambiental: baixo ruído, sem poluição por óleo, adequado para requisitos de proteção ecológica marinha.

caso

Turbina eólica offshore dinamarquesa Vestas V236-15.0 MW: usando tecnologia de ímã permanente de acionamento direto, com geração anual de energia de mais de 80 GWh por unidade.

Turbina eólica onshore China Goldwind Technology GW82-1.8MW: design de acionamento direto de ímã permanente, pode começar a gerar eletricidade a uma velocidade do vento de 3 m/s.

Conclusão

A seleção de turbinas eólicas requer um equilíbrio entre eficiência, custo e confiabilidade. Para a maioria dos projetos:

Energia eólica onshore: gerador duplamente alimentado (equilibre desempenho e preço).

Energia eólica offshore: gerador síncrono de ímã permanente de acionamento direto (alta confiabilidade, baixa manutenção).

Energia eólica distribuída: geradores assíncronos (baixo custo) ou geradores síncronos de ímãs permanentes (alta eficiência).

Com a redução do custo dos materiais de ímãs permanentes e a maturidade da tecnologia de acionamento direto, a geração de energia eólica será mais eficiente, silenciosa e sustentável no futuro.