Руководство по выбору ветрогенератора: как выбрать наиболее подходящий генератор?

Основой ветроэнергетики является эффективное и надежное преобразование энергии ветра в электрическую энергию, а выбор генератора напрямую влияет на производительность и стоимость системы. В настоящее время основными типами ветряных турбин являются асинхронные генераторы, индукционные генераторы с двойным питанием и синхронные генераторы с постоянными магнитами, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо подбирать в соответствии со сценарием применения.

1. Асинхронный генератор: недорогой выбор для новичков

Принцип: При выработке электроэнергии посредством электромагнитной индукции скорость ротора немного выше синхронной скорости, и реактивная мощность должна поглощаться из электросети.
Преимущества:

Простая конструкция: бесщеточные и контактные кольца, низкие затраты на техническое обслуживание, подходит для эксплуатации в суровых условиях.

Низкая цена: зрелая технология, низкие первоначальные инвестиции.

Недостатки:

Эффективность средняя: потери возбуждения дают эффективность примерно 85% -90%.

Требуется компенсация реактивной мощности: необходимо установить дополнительные конденсаторы или компенсирующие устройства, в противном случае это повлияет на напряжение в сети.

Применимые сценарии: малые и средние ветроэнергетические системы, районы с высокой стабильностью сети (например, распределенная ветроэнергетика в сельской местности).

2. Асинхронный генератор двойного питания (DFIG): баланс эффективности и стоимости

Принцип: Статор напрямую подключен к сети, а ротор подключен к сети через инвертор для достижения работы с переменной скоростью и постоянной частотой.
Преимущества:

Работа с переменной скоростью: может эффективно вырабатывать электроэнергию в диапазоне скорости ветра от 3 до 25 м/с, расширяя диапазон использования энергии ветра.

Частичное преобразование мощности: требуется обрабатывать только 25–30 % мощности на стороне ротора, а стоимость преобразователя низкая.

Поддержка реактивной мощности: компенсация реактивной мощности с помощью инверторов для повышения устойчивости сети.
Недостатки:

Сложная конструкция: требует редуктора и контактного кольца, с высокой частотой механических отказов.

Применимые сценарии: крупные наземные ветровые электростанции, районы с большими колебаниями скорости ветра (например, горные районы и прибрежные регионы).

3. Синхронный генератор с постоянными магнитами (СГПМ): эффективное и экономичное будущее

Принцип: При использовании постоянных магнитов для создания магнитного поля нет необходимости во внешнем возбуждении, что приводит к повышению эффективности.
Преимущества:

Высокая эффективность: отсутствуют потери возбуждения, эффективность может достигать более 95%, что особенно подходит для районов с низкой скоростью ветра.

Компактная конструкция: отсутствие электрических щеток и контактных колец, низкая частота отказов и снижение затрат на техническое обслуживание более чем на 30%.

Преимущества прямого привода: прямое соединение с лопастями (без редуктора), снижение шума на 10-15 децибел.

Недостатки:

Высокая стоимость: цены на постоянные магнитные материалы (например, неодим-железо-бор) сильно колеблются, а первоначальные инвестиции высоки.

Применимые сценарии: морская ветроэнергетика, внутренние районы с низкой скоростью ветра и чувствительные к шуму среды (например, вблизи жилых районов).

4. Как выбрать? Главное — сосредоточиться на этих трёх моментах.

Условия скорости ветра:

Зона низкой скорости ветра (среднегодовая скорость ветра<6 м/с): Выберите синхронный генератор с постоянными магнитами (с более высоким КПД).

Зона высокой скорости ветра: генератор с двойным питанием или асинхронный генератор (более низкая стоимость).

Требования к сетке:

Для слаботочной сети может потребоваться поддержка реактивной мощности: генератор с двойным питанием (с гибкой регулировкой коэффициента мощности).

Мощная электросеть: подходят как асинхронные, так и синхронные генераторы с постоянными магнитами.

Стоимость и обслуживание:

Начальный бюджет ограничен: асинхронный генератор (цена на 20%-30% ниже).

Долгосрочная эксплуатация и чувствительность к техническому обслуживанию: синхронный генератор с постоянными магнитами (снижение затрат на техническое обслуживание на 40% за 10 лет).

5. Тенденция: синхронные генераторы с постоянными магнитами и прямым приводом становятся все более популярными.

Благодаря технологическому прогрессу синхронные генераторы с постоянными магнитами прямого привода (без редукторов) становятся предпочтительным выбором для морских ветроэнергетических установок и районов с низкой скоростью ветра. Его преимущества включают в себя::

Повышение надежности: сокращение количества механических отказов на 50% и увеличение срока службы до более чем 25 лет.

Оптимизация эффективности: преобразователь полной мощности обеспечивает поддержку при отказах в электросети (LVRT) и адаптируется к слабым электросетям.

Адаптация к окружающей среде: низкий уровень шума, отсутствие загрязнения нефтью, соответствует требованиям по защите морской среды.

случай

Датская морская ветровая турбина Vestas V236-15.0 МВт: использует технологию прямого привода на постоянных магнитах и ​​обеспечивает годовую выработку электроэнергии более 80 ГВт·ч на единицу.

Береговая ветровая турбина GW82-1,8 МВт компании China Goldwind Technology: конструкция с прямым приводом на постоянных магнитах, может начать выработку электроэнергии при скорости ветра 3 м/с.

Заключение

При выборе ветряных турбин необходимо соблюдать баланс между эффективностью, стоимостью и надежностью. Для большинства проектов:

Береговая ветроэнергетика: генератор с двойным питанием (баланс производительности и цены).

Морская ветроэнергетика: синхронный генератор с постоянными магнитами и прямым приводом (высокая надежность, низкие эксплуатационные расходы).

Распределенная ветроэнергетика: асинхронные генераторы (недорогие) или синхронные генераторы с постоянными магнитами (высокоэффективные).

Благодаря снижению стоимости постоянных магнитных материалов и развитию технологии прямого привода в будущем ветроэнергетика станет более эффективной, бесшумной и устойчивой.