1

VJETROELEKTRANE RAZVOJ I KONSTRUKCIJSKA RJEENJA

SAETAK

Proizvodnja elektrine energije iz obnovljivih izvora, a posebno iz vjetroelektrana danas zauzima znaajno mjesto u okviru ekoloki prihvatljivih tehnologija. Vjetroelektranu ini nekoliko blisko smjetenih vjetroagregata prikljuenih preko zajednikog rasklopnog ureaja na elektrinu mreu. Svaki vjetroagregat sastoji se od nekoliko karakteristinih komponenata poput temelja, stupa, glavnog nosaa, generatora, glavine, sustava za zakretanje gondole i lopatica, sustava za upravljanje. Specifinost pogona vjetroelektrane predstavlja mala brzina vjetroturbine i njena promjenjivost. Mnoga rjeenja ukljuuju primjenu multiplikatora izmeu turbine i generatora kako bi se veom brzinom na osovini omoguila primjena generatora standardne izvedbe. Budui da multiplikator smanjuje stupanj korisnog djelovanja kao i pouzdanost elektrane te poskupljuje izvedbu, sve su zanimljivija rjeenja s direktnim pogonom. U radu su opisani razvoj i konstrukcijska rjeenja vjetroagregata Konar KO-VA 57/1.

Kljune rijei: sinkroni generator, asinkroni generator, multiplikator, vjetroagregat

WIND POWER PLANTS DEVELOPMENT AND CONSTRUCTION SOLUTIONS

SUMMARY

Electric energy generation from renewable resources, especially from wind power plants has important part in field of ecologically acceptable technologies. Wind power plant consists of few wind turbines which are connected to grid through switchgear. Each wind turbine consists of few specific components as foundation, tower, main frame, generator, hub, yaw and pitch system, system for managing. Specific of wind power plant drive is small wind turbine speed and its variability. Many solutions have gearbox between turbine and generator to provide use of standard generator with bigger speed at shaft. As gearbox reduce grade of efficiency and reliability of power plant and also increase the costs, solutions with direct drive are becoming more advisable. Development and construction solution of Konar KO-VA 57/1 wind turbine are described.

Key words: synchronous generator, asynchronous generator, gearbox, wind turbine

1. UVOD

Razvoj tehnologije za koritenje energije vjetra proao je intenzivno razdoblje usavravanja u kojem je nastao tehniki i komercijalno prihvatljiv proizvod.

ak i u vrijeme globalne recesije u ovoj grani industrije vlada optimizam. Politika potpora koju imaju obnovljivi izvori energije u svijetu usmjerava panju velikih investitora naroito prema ovom sektoru, pri emu se ne ulae samo u izradu novih vjetroelektrana, nego i u daljnji razvoj tehnologije. Naglasak je

Ivanka iak KONAR Inenjering za energetiku i transport d.d., Zagreb ivanka.cicak@koncar-ket.hr

Goran Beni KONAR Inenjering za energetiku i transport d.d., Zagreb goran.bencic@koncar-ket.hr

SO4 112. (8.) savjetovanje Umag, 16. 19. svibnja 2010.

HRVATSKI OGRANAK MEUNARODNE ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE

2

na poboljanju ponaanja vjetroelektrana u mrenom okruenju, razvoju jedinica vee snage, novim rjeenjima generatora, unapreivanju sustava regulacije i voenja, smanjenju mase pojedinih komponenata itd.

Premda je proizvodnja iz obnovljivih izvora skuplja od proizvodnje energije iz hidroelektrana i termoelektrana, briga za okoli i sve manje dostupna i skuplja energija iz fosilnih izvora (nafta, zemni plin i dr.) dovela je proizvodnju energije iz ovih izvora energije u prioritetni poloaj.

I Hrvatska je prepoznala znaaj obnovljivih izvora energije, tako da s jedne strane vlada subvencionira proizvedenu energiju iz tih izvora, posebno energiju proizvedenu iz vjetra, a s druge strane i domaa industrija aktivno sudjeluje u proizvodnji komponenata vjetroagregata, bar kad je rije o Konarevom vjetroagregatu.

Interes potencijalnih investitora za izgradnju vjetroelektrana u Hrvatskoj daleko je vei od kapaciteta koji trenutno moe prihvatiti na elektroenergetski sustav pa se i na tom polju oekuju ulaganja. Izvedbe vjetroagregata razlikuju se najznaajnije prema izboru vrste generatora, odnosno njegovim prikljukom na mreu. Odabrano rjeenje povlai za sobom razne specifinosti, kao to su odravanje agregata, upravljanje agregatom, ali i samu nabavnu cijenu generatora, dimenzije i masu generatora, te nain njegove montae.

Cilj ovog rada je dati pregled moguih konstrukcijskih rjeenja vjetroagregata vee snage s naglaskom na razliite izvedbe generatora te predstaviti razvoj i rjeenje Konarevog vjetroagregata.

Prije toga upoznajmo se sa snagom vjetra i mogunosti njenog iskoritavanja.

1.1. Snaga vjetra

Formula za kinetiku energiju mase u gibanju glasi

212

E mv (1)

gdje je m masa, a v brzina.

Maseni protok rauna se prema izrazu

dxm Adt

(2)

Prema tome, za snagu vjetra koji protjee kroz neku referentnu povrinu A moe se pisati:

31

2

21

21 AvvmE

(3)

Njemaki fiziar Betz, pretpostavio je homogeno strujanje zraka brzine v1 koje se nakon nailaska na rotor usporava na brzinu v3 (dovoljno daleko iza rotora).

Strujanje je stoga zamiljeno kao cijev omeena divergentnim strujnicama. Izdvojena kinetika energija jednaka je razlici energija u gornjem i donjem toku

2 21 31 ( )2ex

E m v v (4)

Stoga se izdvojena kinetika energija moe raunati prema izrazu:

2 21 31 ( )2ex

E m v v (5)

Ukoliko ne bi bilo usporavanja struje vjetra (v1 = v3), izdvojena energija bila bi jednaka nuli. Ukoliko bi pak struja vjetra bila previe usporena, maseni protok bio bi premali. Stoga je za pretpostaviti da postoji neka vrijednost v3 (0 < v3 < v1) pri kojoj e izdvojena snaga biti maksimalna.

3

Vrijednost v3 mogue je izraunati ukoliko je poznata brzina v2 u ravnini rotora. Maseni protok u presjeku ravnine rotora je

2m Av (6)

Za pretpostaviti je da se brzina v2 u ravnini rotora moe raunati prema izrazu

1 32 2v vv (7)

Ukoliko (6) i (7) uvrstimo u (5) dobit emo:

2

3 3 31

1 1_

_ _

1 1 1 12 2

p

ex

snaga vjetrakoeficijent snage c

v vE Avv v

(8)

Stoga, snaga vjetra pomnoena s koeficijentom snage (ovisnog o omjeru v3 / v1 ) daje izdvojenu snagu. Maksimalni koeficijent snage dobiva se u sluaju kada se struja vjetra uspori s brzine v1 na brzinu

13 31 vv i on iznosi 59,0

2716

, Betzpc

Meutim, Betz-ov koeficijent snage moe se postii samo u idealnom sluaju. Jedini gubitak koji je uzet u obzir je gubitak brzine nakon prolaska kroz ravninu rotora. No, postoje i drugi gubici:

a) profilni gubici kao rezultat vune sile b) gubici na rubovima profila kao rezultat razlike tlaka c) gubici vrtloga kao posljedica komponente obodne brzine koja se javlja nakon prolaska kroz

ravninu rotora. U praktinim izvedbama Betz-ov koeficijent iznosi od 0,35 do 0,45.

2. TEHNOLOKA RJEENJA GENERATORA ZA VJETROAGREGATE

Vjetroagregate razlikujemo prema: a) snazi b) mjestu ugradnje c) poloaju osi vratila d) nainu regulacije snage e) nainu pretvorbe energije vjetra u elektrinu energiju Prema snazi vjetroagregati se mogu grubo podijeliti na male vjetroagregate do 600 kW i na velike

preko 600 kW. Vjetroagregati mogu biti instalirani na kopnu (onshore) i na podruju mora (offshore). Na kopnu

se uglavnom postavljaju vjetroagregati snage do 3 MW, dok se vjetroagregati snage preko 3 MW instaliraju na moru.

Danas dominiraju vjetroagregati s horizontalnim vratilima s obzirom na smjer vjetra u odnosu na one s vertikalnim vratilima.

Regulacija snage vjetroagregata moe biti: a) pasivna regulacija pomou posebno projektiranih lopatica (stall regulation), b) regulacija snage zakretanjem lopatica (pitch regulation), c) aktivna stall regulacija (Active stall, Combi Stall). Kod ovog pristupa regulacija snage se

ostvaruje kombinacijom regulacije zakreta lopatica vjetroturbine (pitch regulation) i pasivne regulacije pomou posebno projektiranih lopatica (stall regulation).

4

Prema nainu pretvorbe energije vjetra u elektrinu energiju te njihovim prikljukom na elektrinu mreu vjetroagregati se mogu podijeliti na vjetroagregate s asinkronim generatorom i multiplikatorom i na vjetroagregate sa sinkronim generatorom, s ili bez multiplikatora.

Tako razlikujemo: a) asinkroni kavezni jedno ili dvobrzinski generator (2p=4 ili 6), s multiplikatorom b) asinkroni klizno-kolutni dvostrano napajani generator, s multiplikatorom c) sinkroni generator sa uzbudnom strujom na rotoru, direktni pogon d) sinkroni generator sa uzbudnom strujom na rotoru, s multiplikatorom e) sinkroni generator s trajnim magnetima, direktni pogon f) sinkroni generator s trajnim magnetima, s multiplikatorom

2.1. Asinkroni kavezni generator i turbine konstantne brzine vrtnje

Prednosti: jednostavnost izrade, jednostavno odravanje, priguenje pulzacija momenta turbine, niska nabavna cijena i direktno spajanje na mreu.

Nedostaci: potrebna jalova energija, potreban soft start ureaj za prvo prikljuenje na mreu, primjenjivo samo za fiksne brzine turbine, upotreba multiplikatora, neupotrebljivo za mnogo polova.

Slika 1. Vjetroagregat s multiplikatorom, asinkronim generatorom i turbinom konstantne brzine vrtnje

U praksi je esta varijanta kaveznog asinkronog generatora s promjenjivim brojem polova, obino za dvije brzine vrtnje.

2.2. Asinkroni klizno-kolutni dvostrano napajani generator

Prednosti: bitno smanjena snaga i cijena pretvaraa, mogunost regulacije brzine vrtnje za optimalno koritenje energije, jalova snaga za magnetiziranje stroja iz pretvaraa, mogu podsinkroni i nadsinkroni rad.

Nedostaci: klizni koluti i etkice, troenje, odravanje sloeno upravljanje agregatom, izravan spoj na mreu otean.

Slika 2. Vjetroagregat s multiplikatorom, asinkronim generatorom i turbinom promjenjive brzine vrtnje

5

Dvostrano napajani asinkroni generator ima veliku primjenu u vjetroagregatima zbog nepredvidivo promjenljive brzine vjetra, odnosno potrebe regulacije brzine turbine. Stator generatora spaja se na mreu 50 Hz, a rotor se spaja na mreu preko frekvencijskog pretvaraa i transformatora.

2.3. Sinkroni generator s uzbudnom strujom na rotoru, s multiplikatorom

Prednosti: jednostavno upravljanje jalovom snagom, iroko podruje brzina vrtnje, jednostavan za upravljanje, male dimenzije i masa generator, standardni generator.

Nedostaci: potreban pretvara za ukupnu snagu, potreban uzbudni sustav, klizni koluti i etkice, troenje i odravanje, visoka cijena, gubici, problem odravanja multiplikatora.

Slika 3. Vjetroagregat s multiplikatorom, sinkronim generatorom i turbinom promjenjive brzine vrtnje

Prikljuenje generator ovog tipa u energetski sustav fiksne frekvencije izvodi se upotrebom frekvencijskog pretvaraa.

2.4. Sinkroni generator s uzbudnom strujom na rotoru, direktan pogon

Prednosti: jednostavno upravljanje jalovom snagom, iroko podruje brzina vrtnje, jednostavan za upravljanje, jednostavnija izvedba vjetroagregata jer nema multiplikatora koji se smatra kompliciranim za izradu i odravanje, vea korisnost agregata

Nedostaci: potreban pretvara za ukupnu snagu, potreban uzbudni sustav, klizni koluti i etkice, troenje i odravanje,velike dimenzije i masa, problem izrade, transporta i montae.

Slika 4. Vjetroagregat bez multiplikatora, sa sinkronim generatorom i turbinom promjenjive brzine vrtnje

Ovo je primjer ne klasine izvedbe generatora, velikih dimenzija i mase. Zbog velikog broja polova i male brzine vrtnje generator mora razvijati veliki moment vrtnje.

2.5. Sinkroni generator s trajnim magnetima, s multiplikatorom

Prednosti: jednostavan rotor bez potronih dijelova i uzbudnog namota, nema gubitaka u rotoru, vea korisnost agregata, male dimenzije i masa generatora, standardni generator

6

Nedostaci: visoka cijena trajnih magneta, mogunost razmagnetiziranja, nema regulacije struje uzbude, visoka cijena, gubici, problemi odravanja multiplikatora

2.6. Sinkroni generator s trajnim magnetima,direktan pogon

Prednosti: jednostavan rotor bez potronih dijelova i uzbudnog namota, nema gubitaka u rotoru, vea korisnost agregata, jednostavnija izvedba cijelog vjetroagregata jer nema multiplikatora koji se smatra kompliciranim za izradu i odravanje, vea korisnost agregat

Nedostaci: visoka cijena trajnih magneta, mogunost razmagnetiziranja, nema regulacije struje uzbude, velike dimenzije i mase, problemi izrade, transporta i montae

Generatori s trajnim magnetima pokazuju se kao dobro rjeenje zbog laganog odravanja. Kod vjetroagregata s multiplikatorom rotor vjetroturbine je preko vratila i leajeva spojen na

prijenosnik prijenosnog omjera do 1:100. Na drugom kraju prijenosnika nalazi se vratilo asinkronog generatora koji u pravilu ima nominalnu brzinu oko 1500 o/min. Asinkroni generator moe biti i kavezni sa dvije brzine vrtnje 1000 o/min i 1500 o/min, a ovo rjeenje generatora nalazimo kod vjetroagregata do 1000 kW. Izmeu prijenosnika i generatora nalazi se disk sa konim oblogama.

Kod vjetroagregata bez multiplikatora energija vjetra preko rotora turbine i generatora pretvara se u elektrinu energiju koja se dalje preko frekventnog pretvaraa i transformatora prenosi u mreu .

Rotor vjetroturbine i rotor generatora su na istoj osovini. Generator je sinkroni s mnogo polova (vie od 60), s ili bez permanentnih magneta. Brzina je promjenljiva, pa tako i inducirani napon i frekvencija. Da bi u mreu dobili konstantan napon i frekvenciju izmeu generatora i transformatora nalazi se frekvencijski pretvara.

3. KOMPONENTE VJETROAGREGATA

Neovisno o izboru vrste vjetroagregata (direktan pogon ili s multiplikatorom) potrebno je definirati i ostale znaajnije komponente vjetroagregata kao to su temelj stupa s ugraenim temeljnim segmentom, stup, glavni nosa sa sustavom za zakretanja gondole, glavinu sa sustavom za zakretanje lopatica, lopatice, sustav za koenje, oplatu gondole, gromobransku zatitu, sustav za upravljanje, transformatorsku stanicu.

Stup vjetroagregata izrauje se u vie sekcija zbog transportnih ogranienja. S poveanjem snage poveava se i visina stupa pa danas imamo vjetroagregate visine preko 100 m. Stupovi se izrauju u vie izvedbi i to: elini konusni, elini reetkasti i betonski. Prevladavaju elini konusni stupovi. Na stup se smjeta gondola s lopaticama. U dnu stupa nalaze se kontrolni paneli i dio upravljakih ormara. Kroz stup proteu se ljestve, a u stupove vie od 70 m ugrauju se dizala. Energetski kabeli polau se uz stjenku stupa.

Sustav zakretanja gondole (yaw) sastoji se od: okretnice gondole, asinkronih motora s prijenosnikom te konica, koji dobivaju nalog iz sustava upravljanja vjetroagregata. Ovaj sustav je stalno u radu i kada agregat ne proizvodi. Kada se pojavi razlika izmeu smjera kabine i smjera vjetra vea od podeenog iznosa (obino 10o) i ako odstupanje traje due od podeenog vremena (obino 10 min.) sustav upravljanja vjetroagregata dati e naloge konici i servomotorima da se provede korekcija i da se vjetroagregat okrene u smjeru vjetra. Za osiguranje dugovjenosti zupanika predvien je sustav za podmazivanje zupanika.

Lopatica je projektirana za podesivi postavljeni kut lopatice i promjenjivi broj okretaja. Lopatica se moe regulirano zakretati do 30, a u sluaju veih brzina vjetra (olujnih) okree se do 90o, t.j. "na no". Zbog toga nije predviena posebna aerodinamika konica na vrhu lopatice.

Izrauje se iz dvije ljuske (gornje i donje) i ramenjae (kutijasti nosa uzdu lopatice), koja lopatici daje vrstou i krutost na savijanje. Obje ljuske su sendvi konstrukcije: izmeu dva sloja epoksidne smole ojaane staklenim vlaknima nalazi se srednji sloj iz pjenaste plastike (PVC).

Epoksidna smola za izradu lopatice ima malo skupljane to osigurava postojanost oblika i fleksibilnost lopatice i kod ekstremnih uvjeta isijavanja sunca. Higroskopnost lopatice je mala budui je premazana Gelcoat-om.

U vrhu i bridu lopatice ugraen je aluminijski receptor od kojeg se munja odvodi posebnim gromobranskim AL kabelom do vanjskog inox prstena u korijenu lopatice. Na vrhu lopatice na usisnoj strani je izbuen provrt mm za odvodnjenje.

7

Lopatica je iznutra zatvorena drvenom ploom sa otvorom za ovjeka za potrebe nadzora. Na vanjskom cilindrinom dijelu korijena lopatice ugraen je kini krov za zatitu ulaska vode u

spiner. U vrhu lopatice ugraene su zatvorene komore za balansiranje lopatice. U sluaju potrebe izbui

se provrt u komoru za ulijevanje olova. Sustav za koenje sastoji se od hidraulikog agregata za koenje rotora i gondole (kabine).

Koenje vjetroagregata vri se ovisno o vrsti vjetroagregata. Kod vjetroagregata sa zakretanjem lopatica ono je kombinacija aerodinamikog koenja (zakretanje lopatica u poloaj najmanjeg otpora prema vjetru) i mehanikog koenja sa diskom i konim oblogama. Na vratilu je uvren koioni disk, a na statikom dijelu tri hidraulike kone naprave. Konica rotora izvedena je kao samosigurna t.j. sa oprugom koja osigurava silu koenja. Kada je vratilo slobodno hidrauliki sustav osigurava ulje pod tlakom koje dri eljusti konice otvorene.

U sluaju kvara hidraulikog sustava turbina se zaustavlja. Kod vjetroagregata sa stall regulacijom postoji samo mehaniko koenje ili se izbacuje dio

lopatica slino kao kod aviona. Zbog servisnih radova na vjetroagregatu predviena je parking konica to jest mehaniki klin

odgovarajue vrstoe koji se mehaniki runo, prema potrebi, umee i zaklinjuje izmeu odgovarajueg otvora u ploi diska konice i istog otvora u statikom dijelu vjetroagregata.

Oplata gondole izrauje se uglavnom od staklo - plastike u sendvi izvedbi s duplom stjenkom. Oplata titi unutranje komponente od atmosferskih utjecaja (kia, vlaga, praina, UV- zraenje i slino ) pomou kvalitetnog sustava brtvi i umanjuje buku koju ine komponente u unutranjosti gondole. Na vrhu vanjskog dijela oplate nalaze se anemometri i senzori koji su potrebni za praenje smjera i brzine vjetra, oklopljeni zbog gromobranske zatite.

U unutranjosti nepokretnog dijela gondole nalazi se upravljaki ormar privren preko gumenih amortizera za pod.

Na stropu gondole privren je kran za podizanje manjih tereta. Ulaz u unutranjost gondole mogu je kroz toranj. Svaki vjetroagregat ima protupoarnu i gromobransku zatitu koja sa uzemljivakim sustavom

ini jednu cjelinu. Gromobranska zatita modernih vjetroagregata predstavlja probleme, koji nisu uobiajeni kod ostalih objekata. Ovi problemi su rezultat slijedeeg:

a) vjetroagregati su visoki objekti, do vie od 150 m visine b) vjetroagregati se najee smjetaju na lokacijama vrlo izloenim udarima groma c) najee izloeni dijelovi vjetroagregata, kao lopatice i gondole, izraeni su od kompozitnih

materijala nesposobnih da izdre direktni udar munje ili da provedu struju groma d) lopatice, glavina i gondola u normalnom radu rotiraju e) struja groma mora biti odvedena kroz konstrukciju vjetroagregata u zemlju, pri emu znaajni

dio struje groma prolazi kroz ili blizu svih dijelova vjetroagregata f) vjetroagregati u vjetroparkovima meusobno su elektriki povezani i esto smjeteni na

lokacijama sa slabim uvjetima uzemljenja Struja groma do zemlje prolazi kroz pitch leajeve, osovinske leajeve, dno gondole, azimutske

(yaw) leajeve i stup. Struja groma koja prolazi kroz leajeve moe izazvati oteenja, naroito ako postoji izolacijski sloj maziva izmeu kuglinog leaja i njihove staze, odnosno zuba u zupaniku. Modernim rjeenjima gromobranske zatite nastoji se premostiti leajeve vodljivim spojem (uetom, etkicama ili iskritem) ili izolacijom sprijeiti put kroz leajeve.

Vjetroagregati su zatieni od vrhova lopatica do temelja u skladu s IEC 1024-1. Budui da je nemogue izbjei udar groma u vjetroagregat, potrebno je upravljati i provesti struju groma kroz turbinu i stup minimizirajui moguu tetu.

Kada grom udari vjetroagregat struja e uvijek proi kroz put s najboljom vodljivou (najmanji otpor). Totalna gromobranska zatita usmjerava put munje kroz turbinu. Struja groma se vodi od vrha lopatice, kroz lopaticu, pokraj glavine, preko glavnog nosaa, eline konstrukcije gondole i kroz toranj do uzemljivaa u zemlji.

8

Sustav upravljanja vjetroagregata u najirem smislu obuhvaa: a) upravljanje vlastitom potronjom vjetroagregata b) sustav mjerenja varijabli za potrebe upravljanja i regulacije c) sustav regulacije vjetroagregata d) sustav zatite vjetroagregata e) sustav nadzora i monitoringa vjetroagregata f) sustav mjerenja varijabli i registracija proizvedene elektrike energije (obraunska brojila) g) sustav upravljanja startom, normalnim zaustavljanjem i zaustavljanjem u nudi h) komunikacija s operaterom, lokalno i s udaljenim centrom i) vatrodojava, PPZ, nadzor pristupa Vjetroagregati su jedinice koje su razmjetene gdje postoje uvjeti za proizvodnju, u naelu,

daleko od naselja, a koji zbog ekonominosti, rade bez stalne posade. Vjetroagregati su stoga komunikacijski spojeni sa udaljenim upravljakim centrom, koje mora tom komunikacijom dobivati dostatne informacije za voenje pogona te signal za potrebne intervencije.

Transformatorska stanica slui za preuzimanje proizvedene elektrine energije na naponskom nivou 400 ili 690 V, i njenu transformaciju na razdjelni napon 10 (20) kV ili neki vei

napon. Transformatorska stanica moe se nalaziti u dnu tornja ili to je najee, pokraj vjetroagregata.

4. RAZVOJ I TEHNOLOKA RJEENJA VJETROAGREGATA KONAR KO-VA 57/1

Analizom trita za koritenje energije vjetra te na osnovu dugogodinjeg iskustva u proizvodnji energetske opreme, grupa Konar postavila je razvoj i proizvodnju vjetroagregata kao jedan od kratkoronih stratekih ciljeva.

Za proraun mehanikih optereenja konstrukcije koristio se programski paket GH Bladed koji omoguuje pravilan izbor sila i momenata optereenja konstrukcije.

To je integrirani paket koji omoguuje kombinacijom aerodinamikog i strukturnog modela, proraun optereenja potrebnih za konstruiranje i certificiranje vjetroelektrane. Iscrpna mjerenja i testovi pokazali su da se simulacijski rezultati iz Bladeda odlino slau sa stvarnim rezultatima dobivenim mjerenjima na realnim sustavima. Stoga meunarodni standardi priznaju rezultate iz Bladeda kao ravnopravne mjerenjima.

Kod prorauna sila i momenta ukljuuju se svi relevantni imbenici kao to su inercijalne sile, gravitacija, centrifugalna sila, deformacija lopatice kao i drugi imbenici.

Ove sile i momenti predstavljaju ulazne podatke za programe koji omoguuju proraun vijanih spojeva te dimenzioniranje vijaka, kao i ulazne podatke u programe za 3D proraun komponenti.

Vjetroagregat tipa KO VA 57/1 temelji se na konusnom elinom tornju visine 59 m, na kojeg se montira glavni nosa preko okretnice gondole. Glavni nosa je oslonac kompletnog sklopa koji se nalazi na vrhu tornja i zbog toga je paljivo dimenzioniran i odabran. Sve komponente u gondoli linijski su postavljene u odnosu na glavnu os vjetroagregata. Proizvodnja svih komponenata u skladu je s ISO 9001, a zavrna kontrola kvalitete i odgovarajui izvjetaj prate svaki proizvedeni vjetroagregat. Razvijeni vjetroagregat zadovoljava meunarodne standarde (IEC, ISO i dr.) i preporuke, koje se odnose na vjetroagregate.

Vjetroagregat se ukljuuje na mreu kada brzina vjetra u 10 minutnom prosjeku prijee 2.5 m/s. Tada se pomou elektromotora s multiplikatorom zakree kompletna gondola u smjeru vjetra, a pomou elektromotora automatski se postavlja odgovarajui kut tetive lopatice u odnosu na ravninu vrtnje (pitch). Disk konica oslobaa rotor generatora i pomou sustava upravljanja pokree se generator, koji proizvodi varijabilan izmjenini napon promjenljive frekvencije. Preko AC/DC/AC frekvencijskog pretvaraa napon se najprije ispravlja, a zatim se pretvara u konstantni izmjenini napon mrene frekvencije. Pri veim brzinama od doputene radne brzine vjetra (30 m/s) sustav upravljanja vjetroelektrane odvaja generator od mree, lopatice se pomou pitcha postavljaju u poloaj gdje pruaju najmanji otpor vjetru (na no), te po potrebi disk konicama zakoi vjetroturbinu.

Agregat ostvaruje nazivnu snagu od 1 MW pri nazivnoj brzini vrtnje 27 o/min. U vjetroagregatu je ugraen trofazni sinkroni generator u potpunosti razvijen i izraen u Konar

GIM. Radi se o potpuno novoj konstrukciji i tehnologiji gradnje jer je po prvi put raen generator za tako

9

specifinu svrhu, 60 polova, snaga 1000 kVA, frekvencija 5 14,5 Hz, prikljuak na mreu preko frekvencijskog pretvaraa.

Nekoliko je razloga zato je za Konarev vjetroagregat odabran pogon bez prijenosnika: a) iskoritava vei opseg brzine vjetra (do 15 %) b) manji mehaniki gubici zbog izostanka prijenosnika c) manje kolebanje elektrine energije jer regulirana turbina djeluje kao priguiva naleta vjetra d) smanjena buka e) vea pogonska sigurnost f) mogunost proizvodnje jalove energije g) vee uee komponenti vlastite proizvodnje h) jednostavnije i jeftinije odravanje i) ekoloki istija energija (manje podmazivanja) Sustav hlaenja generatora je u skladu s IEC 60034-6. Hlaenje se odvija putem strujanja

rashladnog zraka kroz generator (zrani raspor, meupolni prostor, kanali oko statorskog paketa te oplakivanje glava statorskog i uzbudnog namota) uslijed ventilacijskog djelovanja njegovog rotora. Na taj se nain na jednoj strani generatora usisava rashladni zrak, dok se na drugoj zagrijani zrak izbacuje u unutranji prostor gondole.

Uzbuda generatora se za vrijeme njegovog pokretanja ostvaruje iz nezavisnog izvora, a zatim se nakon preuzimanja optereenja generator prevodi u samouzbudni rad.

Generator je opremljen s ureajima za kontrolu zagrijavanja i zatite od prekoraenja dozvoljenog prirasta temperature. Isto tako ima ugraene ureaje za spreavanje kondenzacije vlage na unutarnjim dijelovima za vrijeme mirovanja generatora.

Openito, vjetroagregati su iskoristivi na lokacijama gdje je prosjena brzina vjetra vea od 4.5 m/s. Idealna lokacija bi trebala imati konstantno strujanje vjetra bez turbulencija i sa minimalnom vjerojatnosti naglih olujnih udara vjetra. Lokacije se prvo selektiraju na osnovi karte vjetra, te se onda potvruju praktinim mjerenjima. Moemo ih podijeliti na kopnene , priobalne i lokacije na moru.

Prosjena brzina vjetra jedan je od glavnih faktora za odabir lokacije vjetroagregata. Vjetroagregat ovog tipa predvien je za postavljanje na lokacijama na kopnu i u priobalnim

podrujima, s turbulencijama do 18% i brzinom vjetra do 59,5 m/s. Obzirom na radno podruje preferiraju se lokacije s brzinama vjetra izmeu 2,5 m/s i 30 m/s na visini 60 m.

5. ZAKLJUAK

Bez obzira na odabrano tehnoloko rjeenje vjetroagregata, domaa industrija pokazuje veliko zanimanje za sudjelovanjem u proizvodnji, ali i razvoju gotovo svih komponenti vjetroagregata. Tek 30-tak posto komponenata nema osiguranih kapaciteta za proizvodnju unutar Hrvatske, i to su uglavnom komponente na bazi staklo plastike i lijeva. Odabrana tehnoloka rjeenja za prvi Konarev vjetroagregat, kao i izrada njegovih komponenata, pokazala se kvalitetnom. Agregat je u pogonu ve vie od godine dana, i uz propisano odravanje radi bez znaajnijih kvarova.

Kao rezultat analize trita unutar grupe Konar trenutno se radi na razvoju vjetroagregata snage 2,5 MW. Svi vodei svjetski proizvoai vjetroagregata (Enercon, Vestas, GE, Gamesa itd.) imaju u proizvodnom asortimanu agregate nominalne snage oko 1 MW i agregate s nominalnom snagom izmeu 2 i 3 MW. Projekti vjetroparkova koji se razvijaju, kako u svijetu tako i u Hrvatskoj, predviaju upravo agregate pojedinane snage izmeu 2 i 3 MW.

LITERATURA

[1] D. Ban, D. arko, M. Maeri, Z. ulig, M. Petrini, Generatori za vjetroelektrane, trendovi u primjeni i hrvatska proizvodnja, CIGRE Cavtat, Hrvatska, studeni 2007, A1-10

[2] D. Petranovi, S. Neki, Vjetroagregat KO-VA 57/1, Konar IET d.d., rujan 2006