Eoliene Upt

  • View
    219

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Eoliene Upt

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    1/135

    1

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Cuprins1.Importana centralelor eolienelor

    2.Istoric3.Transformri de energie4.Tipuri de centrale eoliene

    5. Prile componente ale unei eoliene6.Studiul eolienelor

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    2/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    1.Importana centralelor eolieneTrei factori au determinat ca soluia de a utiliza

    centrale eoliene s devin mai competitiv: dezvoltarea electronicii de putere; ameliorarea performanelor aerodinamice nconceperea turbilnelor eoliene; finanarea naional pentru implementarea denoi centrale eoliene.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    3/135

    3

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    4/135

    4

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Energiea eolian asigur necesarul de energie electric pentru 10 milioanede locuitori.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    5/135

    5

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    6/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    7/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    8/135

    8

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Moara de vnt este strmoulgeneratoarelor eoliene. Ea a aprut nEvul Mediu n Europa

    Mai trziu, morile se orientaudup direcia vntului i au fostpuse pnze pentru a capta maibine energia vntului(secolul XII)

    2. Istoricul eolienelor

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    9/135

    9

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Utilizarea metalului a permismodificare formei turnului icreterea considerabil a

    mainilor pe care le numim pescurt "eoliene"

    n secolul XX au aprut primeleeoliene moderne. Este studiat profilulpalelor, se inspir dup profilul aripilorde avion. n prezent, eolienele sunt

    majoritatea cu ax orizontal.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    10/135

    10

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    3.Transformri de energieStocare

    acumulatoriEnergie

    cinetic

    vnt

    Energie

    mecanic

    rotor

    Energie

    electric

    generator

    Reea de

    distribuie

    Sarciniizolate

    (ex: sate

    izolate)

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    11/135

    11

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Sistemele eoliene de conversie a energieivntului au i pierderi.

    Astfel, se poate meniona un randament deordinul a 59 % pentru rotorul eolienei,96% al multiplicatorului.

    Trebuie luate n considerare, de asemenea,pierderile n generator in sistemle deconversie.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    12/135

    12

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    O caracteristic important a centraleloreoliane const n faptul cocup o

    suprafa mic pe sol.Acesta este un foarte mare avantaj,

    deoarece perturb puin locaia unde este

    instalat, permind meninereaactivitilor industriale sau agricole dinapropiere.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    13/135

    13

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    4.Tipuri de centrale eoliene

    Sunt centrale eoliene plasate nlocaii izolate. centrala eolian nu este

    racordat la reeaua de energieelectric inu este conectat cualte centrale eoliene.

    a) Din punt de vedere al amplasamentului Centrale eoliene individuale

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    14/135

    14

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Ferme de centrale eoliene

    Centrale amplasate pe solCentrale amplasate n mri

    sau oceane

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    15/135

    15

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Centralele eoliene grupate sub forma unor ferme auavantajul c puterile instalate sunt mai mari i

    alimentarea consumatorilor este mai sigur.Instalrile pe soleste mai ieftin dar creaz dificultin utilizarea agricol a solului.Instalrile sub form de ferme n largul mrilor sauoceanelor,au avantajul c vntului are o vitez maiconstant i durata n care exist vnt este mai mare.Acest tip de instalare reduce dezavantajul provocat dezgomotul sonor al centralelor eoliene, de asemenea seamelioreaz estetica mediului.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    16/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    17/135

    17

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Schema circulaiei aerului la rotoarele Savonius

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    18/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    19/135

    19

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Rotorul lui Darrieusse bazeaz pe principiulvariaiei periodice a forei generate de incidena

    vntului cu palele rotorului turbinei eoliene.Profilul special al palei plasat ntr-un curent deaer, n funcie de diferitele unghiuri, este supusunor fore ale cror intensitate i direcie suntdiferite.Rezultanta acestor fore determin apariia unuicuplu motor care rotete rotorul turbinei eoliene.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    20/135

    20

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Exist dou categorii de

    eoliene cu ax orizontal:Amonte: vntul sufl pefaa palelor, fa dedirecia nacelei. Palelesunt rigide, iar rotorul esteorientat, cu ajutorul unuidispozitiv, dup direciavntului.

    2) Cu rotor orinzotal

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    21/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    22/135

    22

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Dispunerea amonte a turbinei este cea maiutilizat, deoarece:

    este mai simpl i d cele mai bune rezultatela puteri mari

    nu are suprafee de direcionare, eforturile de manevrare sunt mai reduse i

    are o stabilitate mai bun.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    23/135

    23

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    c)Din punct de vedere al puterii

    Diametrulpalelor Puterea nominal

    Putere mic 46 m > 1 MW

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    24/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    5. Prile componente ale unei centrale eoliene

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    25/135

    25

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Nivelul zgomotului la o central eolian

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    26/135

    26

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Evoluia nivelului sonorn funcie de numrul deeoliene este logaritmic, respectiv instalareacelei de a doua eoliene determin creterea

    nivelului sonor cu 3 dB i nu dublarea acestuia.Pentru diminuarea polurii sonore exist mai multe

    ci:- multiplicatoarele sunt special concepute

    pentru eoliene.Se ncearc favorizarea acionrilor directe,

    (eliminarea multiplicatoarelor).

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    27/135

    27

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    - profilul palelorConstitue obiectul unor cercetri pentru reducerea

    polurii sonore determinat de scurgereavntului n jurul palelor sau a celor datoratenacelei sau pilonului.-Arborii de transmisie - sunt prevzui cu

    amortizoare pentru limitarea vibraiilor.Antifonarea nacelei permite, de asemenea,reducerea zgomotelor.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    28/135

    28

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    6. Studiul eolienelorn studiul eolienei, trebuiesc urmrite valorilecuplurilor ML, MEi a vitezelor arborelui primar Li acelui secundar .

    Arborele primar, numit i arborele lent, este arborelerotorului turbinei eoliene. Acesta se rotete cu viteza

    L

    i transmite cuplul ML

    .Arborele secundar, numit i arborele rapid, este celal generatorului. Acesta are viteza , fiindcaracterizat de cuplul electromagnetic ME.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    29/135

    29

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    6.1 Circuite electrice trifazate

    )3

    22sin(2

    )3

    2sin(2

    )sin(2

    3

    2

    1

    tUu

    tUu

    tUu

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    30/135

    30

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Arborele primar

    (arborele lent)

    Arborele

    secundar (al

    MAS)Reea

    L, ML , ME, s, IRP, Q, S, IS,

    cos

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    31/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    32/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Structura unui circuit trifazat

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    33/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    34/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Conexiunile circuitelor trifazateConexiune triunghi

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    35/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Conexiunile circuitelor trifazateTensiunile i curenii la conexiunea stea

    0302010 UUU'

    011 VVU '

    022 VVU '

    033 VVU

    2112 VVU

    3223 VVU

    1331 VVU

    fl UU 3

    fl II

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    36/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Conexiunile circuitelor trifazateTensiunile i curenii la conexiunea triunghi

    23313

    12232

    31121

    III

    III

    III

    fl II 3

    fl UU

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    37/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Conexiunile circuitelor trifazatePuterile la conexiunea stea

    1 0 1 2 0 2 3 0 3 1 1 2 2 3 3( ) ( ) ( ) ,p v v i v v i v v i u i u i u i

    )sin(2

    )sin(2

    )sin(2

    333

    222

    111

    tUu

    tUu

    tUu

    )sin(2

    )sin(2

    )sin(2

    3333

    2222

    1111

    tIi

    tIi

    tIi

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    38/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Putera activa la conexiunea stea

    Puterea reactiv

    22 .S QP

    ,cosIUcosIUcosIUtdpT

    PT

    3332221110

    1

    UUUU f 321 IIII f 321 321 cosIUP ff3 3 l lP U I cos

    1 1 1 2 2 2 3 3 3 .Q U I sin U I sin U I cos nisIUQ ff3 nisIUQ ll3

    Putera aparent 3 ,l lS U I

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    39/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Puterile la conexiunea triunghi

    1 2 12 2 3 23 3 1 31 12 12 23 23 31 31( ) ( ) ( ) .p v v i v v i v v i u i u i u i

    .cosIUcosIUcosIUtdpTP

    T

    313131232323121212

    0

    1

    UUUU f 312312 12 23 31 fI I I I

    , 312312

    cosIUP ll3

    3 cosf fP U I

    313131232323121212 sinIUsinIUsinIUQ

    ,sinIUQ ff 3

    ,nisIUQ ll 3

    2 2

    .S P Q 3 ,

    l l

    S U I

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    40/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Puterea aparent n complex

    .SSSS 321

    jQPIUIUIUS *33*

    22

    *

    11

    jQPIUIUIUS 3*

    32

    *

    21

    *

    1

    Factorul de putere la circuitele trifazate

    .S

    PsocK

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    41/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    La reelele trifazate nesimetrice i dezechilibrate'2 '2 '21 2 3'2 '2 '2

    1 2 3( ) ,ma xU U U

    P RI I I

    R

    2 '2 '2 '2 '2 '2 '21 2 31 2 3( ) ( ) .ma xP U U U I I I

    .)III()III(''' 2

    322

    21

    23

    22

    21

    2 ' 2 ' 2 ' 2 2 2 2

    1 2 31 2 3( ) ( ) .m a xP U U U I I I

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    42/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    2 2' ' '1 2 31 2 31 2 3

    2' ' '1 2 31 2 31 2 3

    3'2 ' '2 ' '

    , 1

    ( )

    ( )

    2 ( ) ,

    m a x

    k j kj j k j kj k

    P cos cos cosU U UI I I

    sin sin sinU U UI I I

    cosU U UI I I

    2 22 2 2 2 .m a x n es n esQ SP P P P 2 2 2

    2

    2 2 2 22

    1

    1ma x nes

    nes

    S

    P P P

    K P S SP P

    ,f ne sK K K

    2max

    1

    1

    ne s

    nes

    SK

    PP

    S

    S

    PK f

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    43/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Aplicaie:Seconsiderreeauatrifazatdezechilibratdin figur. Sse calculeze factorul de putere , tensiunile de linie fiind simetrice.

    23

    1 2 30; .U

    I I IR

    2 3

    5, .

    6 6

    ' ' '1 2 31 2 31 2 3cos cos cos 3 .

    fP U IU U UI I I

    ' ' ' '2 3 11 2 3 ; ; 0 .fU U U U I I I I

    ,Q 0'3 .fS IU

    '2 '223 2 6 .f fma xP IU UI 2 2 ' 2 ' 2 '2 26 3 3 .f f fne s m a xP P IS U U U I I

    max

    11; ,

    2

    f n e s

    P SKK

    S P

    1

    0,707.

    2

    f nesK K K

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    44/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    45/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Mrimile nominalenscrise pe plcua M.A. sunt: puterea nominalputerea mecanic la arbore, n kW tensiunea de linie la borne n Vi schema de conexiuni

    a nfurrii (stea sau triunghi); curentul de linie, n A; turaia n rot/min, frecvena n Hz, factorul de putere; tensiunea n Vntre dou inele (numai la motorul cu

    rotor bobinat cnd nfurarea statoric este conectat la

    tensiunea nominal, iar rotorul este n repaus cunfurarea deschis) curentul rotoric, n A.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    46/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Principiul de funcionare. Cmp magnetic nvrtitor

    )tcos(B2

    3)]

    3

    2tsin()

    3

    2sin(

    )3

    2

    tsin(tsin[sinBBBBB

    mm

    mm321

    t

    )tt(

    2

    n 11

    sec]/rot[f2

    1

    t2

    1

    dt

    d

    2

    1n1

    )tpcos(B2

    3

    B mm

    sec]/[2

    1

    2

    1

    2

    1

    1 rotp

    f

    pdt

    dn

    min]/[

    601 rot

    p

    fn

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    47/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Numrul

    perechilor

    de poli

    1 2 3 4 5 6

    n1

    [ rot/min ]3000 1500 1000 750 600 500

    1

    1

    n

    nns

    nnn 1r fsn

    nn

    60

    pn

    60

    )nn(p

    60

    pnf

    1

    111rr

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    48/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Schema echivalent

    22

    1'2 I

    N

    NI 22

    2

    21'

    22'

    2'

    22

    22 RN

    NRIRIR

    22

    2

    2

    1'

    2X

    N

    NX

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    49/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Diagrama energetic a motorului asincron

    1111 cosIU3P

    2

    111 3 IRPCu

    111 CuFeem PPPP 2

    222 3 IRPCu

    mpPP '

    22

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    50/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    51/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Reglarea turaiei motoarelor asincrone

    )s1(

    p

    f60)s1(nn 1

    Reglarea turaiei prin modificarea frecvenei. AlimentareaM.A. prin convertoare statice.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    52/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Reglareaturaieiprin modificareaalunecrii

    a. alimentarea latensiune variabil

    b. modificarea rezisteneicircuitului rotoric

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    53/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    a) Modificarea impedanei rotorice se faceprin intercalarea ntre rotor i reeaua detensiune U1 i frecvena f a unui ansamblu

    de mutatoare M (redresor + invertor).Transformatorul TA ridic tensiunea dincircuitul rotoric, la valoarea tensiunii dealimentare. Modificarea turaiei MA, impusde maina de lucru ML, se face prinintermediul tensiunii de la inelele rotorice.Prin modificarea unghiului de comand altiristoarelor se obin diferite caracteristicimecanice i se impune circulaia de puteredintre rotor i reea, sistemul putndfunciona ntr-o plaj larg de turaie.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    54/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    55/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    MAINA ELECTRIC SINCRON

    Elemente constructive. Principiul de funcionare

    )3

    4sin()

    3

    4sin(2

    )3

    2sin()

    3

    2sin(2

    sinsin2

    tutfu

    tutfu

    tutfu

    mT

    mS

    mR

    60pnf n

    pfn 601

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    56/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    57/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    sin3S

    e

    emX

    UUP

    sin3

    S

    e

    X

    UUM

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    58/135

    58

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Pentru optimizarea puterii electrice debitate nreeaua electric, se regleaz viteza de rotaie aeolienei Ln funcie de viteza vntului. Punctul

    de funcionare se determin pe bazacaracteristicii eolieneiP(), astfel nct putereaPMs fie maxim.

    Punctul de funcionare poate fi definit i prin

    puterile activ P, reactiv Q, tensiunea de faz Uf,factorul de putere cos .Pi Qdepind de viteza vntului.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

    http://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htm
  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    59/135

    59

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    a)Eoliene cu vitez fix - funcionare autonom

    Pentru eolienele autonome, utilizarea unui sistem de stocare prezint uninteres deosebit,mai ales n absena grupurilor electrogene, pentru situaiacnd vntul este slab. Bateriile de acumulatori reprezint o soluie.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    60/135

    60

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Generatorul poate fi o main sincron (MSMP) cu magneipermaneni sau o main asincron (MAS) cu rotor nscurtcircuit, prevzut neaprat cu condensatoare

    necesare asigurrii energiei reactive, de magnetizare.La mainile sincrone clasice i asincrone cu rotorul nscurtcircuit, viteza de rotaie depinde direct i strict defrecvena curenilor ce parcurg nfurrile statorice.

    Maina asincron cu rotorul n scurtcircuit, avnd unnumr fix de perechi de poli, poate funciona ntr-undomeniu restrns de viteze: alunecarea este de ordinula ctorva procente.

    Maina sincron funcioneaz strict cu vitez fix.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    61/135

    61

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    b)Eolian cu vitez fix - conectat la reea1. Cu multiplicator i MAS cu rotor n scurtcircuit

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    62/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    63/135

    63

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Regimul tranzitoriu la conectare determinapariia unor cureni importani, ce suntlimitai de ctre rezistene.

    Rezistenele pot fi nlocuite cu variatoare detensiune alternativ (VTA), prinmodificarea unghiului de comand,reglndu-se tensiunea de alimentare,astfel nct curentul s nu ating valoripericuloase pe durata etapei de conectare.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    64/135

    64

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    2. Cu main asincron avnd stator dublu

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    65/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    66/135

    66

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Un bobinaj de putere mai mare, dar cu numrmai mic de poli, care este utilizat atunci cnd

    viteza vntului este suficient de mare.Puterea debitat n reea este:

    p

    fs

    2

    emstr MP

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    67/135

    67

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    c) Eolian cu vitez variabilPentru optimizarea puterii debitate n reea, n funcie

    de viteza vntului, este de dorit ca s se poat regla

    viteza de rotaie a eolienei.Ideea de baz este de a realiza un generator cu

    frecven fix, dar cu vitez variabil.Generatorul cu vitez variabil ar permite funcionarea

    pentru o gam mult mai larg a vitezei vntului, decirecuperarea unei cantiti mai mari din energiavntului, reducnd n acelai timp zgomotul pe durataintervalelor cu vnt slab.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    68/135

    68

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    n cazul eolienelor cu vitez variabil, sistemul este reglatastfel nct, pentru fiecare vitez a vntului, eoliana sfuncioneze la puterea maxim.

    Este ceea ce se numete Maximum Power PointTracking (MPPT).

    Pentru o anumit vitez de rotaie a eolienei, putereamaxim se obine n concordan cu caracteristica

    eolienei P().Sistemele eoliene cu vitez variabilce funcioneaz

    conectate la reea, utilizeaz convertoare statice detensiune i frecven (CSTF) .

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

    http://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htm
  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    69/135

    69

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    70/135

    70

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Prin modificarea vitezei rotorului, frecvena iamplitudinea tensiunii debitate de generator seschimb.

    Conectarea la reea, impune ca frecvena itensiunea GE s coincid cu a reeleii s fieconstante.

    Acest deziderat se realizeaz cu ajutorulconvertoarelor statice de tensiune i frecven,interpuse ntre generator (sincron sau asincron) ireea.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    71/135

    71

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Acestea transform tensiunea alternativ ntensiune continu, respectiv tensiunnea continu

    n tensiune alternativ cu parametrii precizai,care este filtrat pentru conectarea eolienei cureeaua de distribuie, fr a produce perturbareaacesteia.

    Generatoarele astfel echipate pot suporta rafaleale vntului, reducnd solicitrile mecanice.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    72/135

    72

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Lanul de conversie a enegiei ntr-o eolian cuprinde:Generatorul sincron sau asincronConvertorul staticde tensiune i frecven, compus

    din: -convertor c.a.-c.c. (redresor) (1)Se utilizeaz redresoare necomandate, cu diode, ncazul generatoarelor sincrone.

    Acestea sunt convertoare unidirecionale.n cazul generatoarelor asincrone, se utilizeazredresoare cu comand n durat. Acestea potfurniza i energia reactiv necesar magnetizrii.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    73/135

    73

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    - convertor c.c.-c.a. (invertor) (2)Prin comanda acestuia, se poate regla frecvena

    i valoarea efectiv a tensiunii, astfel nct s sepoat realiza conectarea la reea.Se prefer utilizarea invertoarelor cu modulaie

    n durat, deoarece calitatea energiei furnizate

    este mai bun (coninut mai redus de armonici).

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

    http://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/ElectroniquePuissance/Onduleurs/CdeMLI/CdeMLI.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/ElectroniquePuissance/Onduleurs/CdeMLI/CdeMLI.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/ElectroniquePuissance/Onduleurs/CdeMLI/CdeMLI.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/ElectroniquePuissance/Onduleurs/CdeMLI/CdeMLI.htm
  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    74/135

    74

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    75/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    76/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    77/135

    77

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    b)Generator cu numr variabil de poli

    Se poate modifica conectarea nfurrilor statorice

    ale generatoarelor sincrone i asincrone, pentru aobine diferite numere de perechi de poli i deci,diferite viteze de rotaie, n funcie de condiiile devnt.

    Aceast soluie se bazeaz pe expresia vitezei desincronism s:

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    78/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    79/135

    79

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Aceast soluie exploateaz faptul c alunecareasdepinde de rezistena rotoric, care nschema echivalent intervine prin Rr/ s.

    Prin adugarea de rezistene suplimentare ncircuitul rotoric, se poate regla alunecarea, ideci viteza rotorului, n funcie de condiiile devnt.

    n consecin, pulsaia rotoric reste dat de :

    Variaia maxim a alunecrii poate fi de 10 %, sau chiarmai mare.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    80/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    81/135

    81

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Dubla alimentarese refer la faptul c statorul este conectatdirect la reea, iar rotorul este conectat la convertorulstatic de tensiune i frecven.

    Acest tip de structur se utilizeaz pentru eolienele de mareputere.

    Viteza de rotaie se poate modifica ntr-o gam destul demare (de la simplu la dublu).

    Convertorul static de tensiune i frecven este bidirecional,putnd asigura deci ambele sensuri de circulaie a energiein rotor. Prin comanda acestuia se realizeaz reglajul devitez i controlul puterilor activ i reactiv care sunttransferate de la main la reea.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    82/135

    82

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    e)Main asincron (MAS) cu rotorn scurtcircuitasociat cu un convertor static de tensiune i frecven(CSTF) indirect.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

    http://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htm
  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    83/135

    83

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    f)Main sincron (MS) cu multiplicator i convertorn stator

    n cazul mainii sincrone, amplitudinea i frecvena

    tensiunii la borne, depind de vitez. Din acest motiv,conectarea la reea trebuie s se realizeze prinintermediul unui convertor static de tensiune ifrecven (CSTF) indirect, compus dintr-un redresor, uncircuit intermediar de c.c. i un invertor.

    Se poate renuna la multiplicatorul mecanic, dac seutilizeaz un generator sincron cu numr mare de poli(turaie mic de sincronism).

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

    http://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/DifferentesTechnologies/DifferentesTechnologiesEolien2.htm
  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    84/135

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Pentru maina sincronturaia de sincronism se exprim prin relaia:

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    85/135

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    g)Main sincron cu rotorul bobinatO main cu numr mare de poli (turaie de sincronism

    redus) implic un stator cu gabarit mare.

    n aceast variant, nu se mai utilizeaz multiplicatorulde vitez, dar maina este conectat la reea prinintermediul unui convertor staticde tensiune ifrecven, care transform tensiunea alternativ de

    frecven variabil, generat de main n tensiunealternativ care are valoarea i frecvena reelei dedistribuie.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    86/135

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    h)Main sincron cu magnei permaneni n rotorRotorul este realizat cu magnei permaneni cu flux axial,

    rezultnd o main compact - Main Sincron cu

    Magnei Permaneni (MSMP).n aceast variant, nu se mai utilizeaz multiplicatorul de

    vitez, dar maina este conectat la reea prinintermediul unui convertor staticde tensiune i

    frecven, care transform tensiunea alternativ defrecven variabil, generat de main n tensiunealternativ cu valoarea i frecvena reelei de distribuie.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    87/135

    87

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Conectarea la reea Reeaua de distribuie impune stabilitateatensiunii i

    frecvenei. Din acest motiv, trebuie luate msuri

    speciale n ceea ce privete etapele tranzitorii defuncionare ale eolienelor, cum ar fi pornirea, oprireasau absorbia rafalelor de vnt.

    n ceea ce privete pornirea, aceasta se va realiza cu

    ajutorul unor variatoare de tensiune alternativ (VTA)cu tiristoare. Prin modificarea unghiului de comand aleacestora, se regleaz valoarea efectiv a tensiunii dealimentare a mainilor, acestea pornind pe caracteristici

    artificiale de tensiune.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    http://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/MachinesElectriques/Induction/CharacteristiquesFonctionnement/CharacteristiquesMacaniques/CharacteristiquesMecaniques.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/MachinesElectriques/Induction/CharacteristiquesFonctionnement/CharacteristiquesMacaniques/CharacteristiquesMecaniques.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/MachinesElectriques/Induction/CharacteristiquesFonctionnement/CharacteristiquesMacaniques/CharacteristiquesMecaniques.htmhttp://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/MachinesElectriques/Induction/CharacteristiquesFonctionnement/CharacteristiquesMacaniques/CharacteristiquesMecaniques.htm
  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    88/135

    88

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Normele de calitate a energiei, impun, de asemenea, caeolienele s genereze ct mai puine armonici. Acesteasunt cauzate de convertoarele statice de tensiune ifrecven utilizate pentru conectarea generatoarelor lareeaua de distribuie.

    Se impune cutarea de soluii pentru ameliorarea acestoradeci implicit utilizarea filtrelor.

    n acelai timp, trebuie asigurat i energia reactiv

    necesar magnetizrii mainilor. Este economic caaceasta s fie n proporie ct mai mic preluat dinreeaua de distribuie.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    89/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    90/135

    90

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Pentru a satisface exigenele reelei, trebuiesc instalatediferite echipamente care concur la conectarea eolienei:

    Transformatorulridictor de tensiune:Generatoarele eolienelor au tensiunea nominal, n general,

    de ordinul a 690 V. Transformatoarele asigur conectareaacestora la reeaua de distribuie, care de cele mai multeori este de 20 kV.

    n prezent, nu exist nici o eolian care s fie conectatdirect la reea, fr utilizarea unui transformator ridictor.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    91/135

    91

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Bateriile de condensatoarePentru ameliorare factorului de putere al instalaiei, se

    conecteaz baterii de condensatoare, ce sunt constituite

    din trei baterii de condensatoare monofazate, conectaten triunghi.

    Bateriile de condensatoareasigur i compensarea puteriireactive consumate (ca o medie, innd cont de

    neregularitile vntului).Energia reactiveste necesar mainilor asincrone pentru

    magnetizare.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    92/135

    92

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Astfel, bateriile de condensatoare (surse deenergie reactiv) asigur local energia

    necesar magnetizrii, ameliornd astfelfactorul de putere global al eolienei.n cazul funcionrii autonome a eolienelor,

    bateriile de condensatoare sunt indispensabile

    pentru asigurarea energiei reactive necesaremagnetizrii mainii.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    93/135

    93

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    unde V0 - viteza [m/s] la nivelul solului (h = 0) - coeficient caracteristic locaiei cu valori ntre 0,1 ...0,4.

    Noiuni despre aeromotor(turbin)Variaia vitezei vntului V,n funcie denlimea h seexprim cu relaia

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    94/135

    94

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Puterea asociat energiei cinetice a vntului este:

    n care este densitatea aerului.

    Aceast putere nu poate fi recuperatn totalitate,deoarece o parte este necesar pentru evacuarea aerului

    care a efectuat lucru mecanic asupra palelor turbinei.

    Se introduce coeficientul de putere (de performan) alturbine Cp, rezultnd puterea mecanic la arborele

    turbinei:

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    95/135

    95

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    n carev- viteza vntului [m/s]; 1,25 kg/m, densitatea aerului,ncondiii normale de temperatur i

    presiune, la nivelul mrii;S: suprafaa [m] acoperit de paleleturbinei.

    Coeficientul Cpcaracterizeaz randamentul turbinei

    eoliene. El poate fi exprimat i ca:

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    96/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    97/135

    97

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Limita lui Betz Coeficientul de putere a fost introdus n cadrul

    teoriei lui Betz. Limita lui Betz indic energia

    maxim ce poate fi recuperat, chiar i de celemai performante eoliene - bipale sau tripale, cu axorizontal. Aceasta nu poate fi dect 59% dinenergia vntului, ceea ce nseamn c Cp max(teoretic) este 0,59. Pentru o eolian real, Cp

    este cel mult 0,3 0,4. Teoria lui Betz modeleaz trecerea aerului prin

    palele turbine, printr-un tub de flux de aer cuvitezele:

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    98/135

    98

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    V1 - viteza vntuluinainte de turbin;V- viteza vntuluin dreptul palelor eolienei; este de ordinul a civa m/s

    (~ 10 m/s);V2 - viteza vntului dup preluarea energiei cinetice de ctre paleleeolienei.

    Se consider c vitezele sunt paralele cu axul turbinei eoliene, existnd

    relaiile V1 > V > V2.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    99/135

    99

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Observaie:Se poate determina valoarea Cp max, printr-o analiz a

    puterilor, tiind c:

    - pe de o parte, puterea recuperabil de ctre o eolianeste o consecin a variaei energie cinetice a vntului:

    - pe de alt parte, efortul care se exercit asupra eolienei,determin puterea Pefort. Cunoscnd fora exercitat de vnt

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    100/135

    100

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    exprimnd puterean funcie de lucrul mecanicefectuat de fora vntului, rezult:

    Pefortcorespunde puterii absorbite de rotorul

    turbinei, respectiv puterea mecanic furnizat deaeromotor.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    101/135

    101

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Raportul de vitez Se definete - raportul de avans, sau parametrul de

    rapiditate sau viteza specific, sau raport de vitez la

    captul palei (tip-speed ratio) - ca fiind raportul dintreviteza tangenial a captului palelor i viteza vntului:

    n careR- raza palelor [m]; - viteza unghiular a rotorului turbinei

    eoliene [rad/sec];V - viteza vntului [m/s].

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    102/135

    102

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Dac < 3, eoliana se consider ca fiind lent, dac > 3,eoliana se consider ca fiind rapid.

    Curba specific fiecrei eoliene, permite clasificareadiferitelor tipuri de eoliene.

    n afara eforturilor aerodinamice datorate vntului, trebuie sse mai in seama de eforturile ineriale i elastice datorate

    micrii palelor: btaie, flexiune, torsiune.

    Mai exist, de asemenea, efecte ale vitezei vntului, alescurgerii acestuia, ale gradientului de vnt.

    Toate aceste eforturi sunt exercitate asupra palelor i

    transmise apoi butucului i pilonului.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    103/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Aplicaii1.Care este lungimea palei, sau raza de baleiere a turbinei eoliene cu

    vitez fix ?, pentru obinerea unei puteri mecanice de 750 kW, la ovitez a vntului de 13,8 m/s. Se consider un coeficient de putereCp egal cu 0,2.

    Rspuns:

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    104/135

    104

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    2. Calcululvitezei de rotaie i puterii electrice a uneieoliene.

    Se consider o eolian ce antreneaz GA cu rotorul n

    scurtcircuit, care debiteaz n reeaua de distribuie,pentru care se cunosc: raza palelor R = 45 m,raportul de transmisie al multiplicatorului k = 70,numrul de perechi de poli ai GA p = 2, frecvena

    reelei f = 50 Hz, densitatea aerului este.a)Pentru s=-1% s se calculeze viteza rotorului GA (),

    viteza arborelui primar al eolienei (L)

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    105/135

    105

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    b) Dac viteza vntului este contant i egalcu 10 m/s, valoarea maxim a coeficientuluide putere Cpreal este 0,4. Calculai pentru

    aceeai alunecare de la ntrebarea a), vitezaspecific i puterea electric maxim Pefurnizat n reea de ctre eolian.

    Se va considera randamentul multiplicatoruluide 97 %, iar a generatorului de 96 %.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    106/135

    106

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    a)

    srads /1596,15815701,011 0

    utrotN min/15182

    60159

    2

    60

    utrot

    k

    NNL min/7,21

    70

    1518

    utrotk

    L min/27,270

    159

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    107/135

    107

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    b)Raportul de vitez

    Puterea mecanic la ieirea turbinei este:

    Puterea electric la ieirea generatorului este:

    2,1010

    27,245

    V

    R L

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    108/135

    108

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    3. Studiul generatorului asincron al unei eolieneS se studieze generatorul asincron al unei eoliene

    instalate ntr-o ferm eolian cu puterea total de

    7,5 MW. Eolienele funcioneaz cu vitez fix,generatorul fiind conectat la reea.Se vor determina puterea, viteza de rotaie a arborelui

    generatorului, schema echivalent a generatorului.

    Eolienele conin i multiplicatoare.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    109/135

    109

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Schema de principiu a eolienei este cea din figura de mai jos:

    Se consider cunoscute urmtoarele date: viteza nominal a

    vntuluiV = 15 m/s - presupus constant, densitatea aerului

    coeficientul de putere sau aerodinamic al turbinei eoliene Cp = 0,27,raza palelor turbinei eoliene R = 21,7 m.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    110/135

    110

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    ntrebarea 1Calculai puterea electric la ieirea generatorului i

    viteza de rotaie a arborelui generatorului, tiind c

    multiplicatorul are raportul de transmisie 46,48 irandamentul de 96%, iar turbina eolian se rotete cu32,5 rot/min. Se neglijeaz pierderile generatorului.

    Rspuns:Puterea vntului, ca mrime de intrare n turbina eolian, este:

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    111/135

    111

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Puterea mecanic recuperabil la intrarea generatorului este:

    Aceast putere este negativ, din punctul de vedere al conveniei

    de motor pentru MAS, deoarece maina funcioneaz cagenerator. Ceea ce ne intereseaz este puterea electricobinut la ieirea generatorului. Prin enun, neglijndu-sepierderile din generator:

    i

    Viteza de rotaie a generatorului este:

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    112/135

    112

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    ntrebarea 2S se determine parametrii schemei echivalente a motorului asincron.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    113/135

    113

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Plcua indicatoare a mainii (proiectat ca generator) indic: 4 poli,tensiune nominal (de linie) 660 V, curent nominal 760 A, conexiune Y(stea), frecvena nominal 50 Hz, putere 790 kW (cu luare n considerare apierderilor electrice), factorul de putere 0,91, viteza nominal 1509 rot/min,pierderile mecanice 5,6kW.

    Tensiune 660,3 V

    Curent 209,4 A

    Putere absorbit 11,17 kW

    Se realizeaz dou probe:

    - Dac GA funcionarean gol se obine:

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    114/135

    114

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Tensiune 120,1 V

    Curent 980 A

    Putere absorbit 25,6 kW

    - La proba de scurtcircuit (cu rotorul calat) se obin rezultatele:

    - Proban curent continuuRezistena statoric ntre dou borne (dou faze) este 5,63 m .

    Determinai pierderile Joule statorice pjs, rotorice pjr, pierderile n miezulferomagnetic statoric pfs, R i X.

    Rspuns:la mersul n gol

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    115/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    116/135

    116

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Puterea reactiv se determin din puterea aparent

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    117/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    118/135

    118

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Pentru determinarea reactanei X este nevoie s se calculezeputerea reactiv la mersul n scurtcircuit.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    119/135

    119

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    ntrebarea 3Determinai cuplul electromagnetic la arborele mainii asincrone.

    Expresia cuplului:

    Rspuns: bilanul puterilor este

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARA

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    120/135

    120

    DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

    Cuplul electromagnetic devine

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    121/135

    121

    ntrebarea 4Maina asincron consum putere reactiv. Pentru

    compensare acestui consum de putere reactiv, se

    conecteaz o baterie de condensatoare ce furnizeaz125 kVAR la tensiunea de nominal de 660 V.Calculai capacitatea condensatorului echivalent .

    Rspuns 4

    Puterea reactiv furnizat de un condensator este :

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    122/135

    122

    De unde:

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    123/135

    123

    4. Identificarea limitei lui BetzEnergia electric pe care o va debita

    eoliana, depinde de puterea mecanicpe care o va recupera de la vnt.Aceast aplicaie va arta care este

    cantitatea de energie mecanic pe care

    o va recupera turbina din energiavntului.

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    124/135

    124

    Trecerea vntului prin rotorul turbinei este modelat printr-un tub de flux deaer cu vitezele V1, Vi V2, nainte, n dreptul palelor, respectiv dup pale.Aerul este caracterizat de densitatea , suprafaa acoperit de pale fiind S[m].

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    125/135

    125

    Intrebarea 1Care este puterea Precuperat de rotorul turbinei?

    Rspuns 1

    ntrebarea 2Care este variaia energiei cineticeEc a masei de aer, ntr-o secund?

    Rspuns 2

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    126/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    127/135

    127

    ntrebarea 4Determinai viteza V2, pentru care puterea recuperat este maxim.

    Rspuns 4

    n expresia puterii recuperate de turbin

    senlocuiete rezultatul obinut la ntrebarea 3

    i se obine

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    128/135

    Puterea recuperat de turbina eolian este maxim pentru

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    129/135

    129

    ntrebarea 5Pentru cazul anterior, calculai puterea maxim pe care

    o poate recupera turbina eolian.

    Rspuns 5Din rspunsurile de la ntrebrile 3) i 4) avem:

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    130/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    131/135

    131

    5. Parametrii unei eoliene de 300 kW cu vitez fixEnunSe dau urmtorii parametri ai unei eoliene de 300 kW:

    diametrul palelor 28 m; suprafaa acoperit de rotor

    615 m; viteza nominal a vntului 14 m/s; turaianominal de rotaie a rotorului turbinei 43 rot/min;raportul de transmisie al multiplicatorului 35; turaianominal a MAS 1515 rot/min. Se mai cunoatedensitatea aerului 1,225 Kd/mc.

    ntrebarea 1Ce procent din energia vntului se va recupera npunctul nominal de funcionare?

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    132/135

    132

    Rspuns 1Se calculeaz coeficientul de putere al unei eoliene:

    deci se recupereaz doar 29% din energia vntului.

    ntrebarea 2Ce fel de eolian este: lent sau rapid?Rspuns 2Se calculeaz viteza specific sau raportul de vitez

    eolian rapid.

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    133/135

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    134/135

    POLITEHNICA UNIVERSITY OF TIMIOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

  • 7/31/2019 Eoliene Upt

    135/135

    Rezult:

    Viteza specificse exprim prin

    deci care simplificat devine:

    Expresia cuplului mecanic este deci

    Avnd n vedere expresia suprafeei se obine: