Energiemanagement Windturbines

Transcriptie

1 Energiemanagement Windturbines Treinen op windenergie Windturbines: onderdelen / kosten Modern vasten is een week zonder computer, internet en telefoon - Annet Aukes succes agenda Lesinhoud (boek hfst ) Vorige les: Hoofdcomponenten en functies Vermogensberekening Energieberekening Lesinhoud windturbines (boek hfst ) Vorige les: Hoofdcomponenten en functies Vermogenberekening Energieberekening Deze les Vragen Generator en overbrenging Kosten Variabele speed control system Optimalisatie van het vermogen Hoe groter de pitch-hoek, hoe groter de liftkracht. Een te grote hoek geeft loslating. Bij een bepaalde hoek kan loslating optreden bij grotere windsnelheden. Active regeling is de oplossing: Pitchregeling zorgt voor maximalisatie van de pitch-hoek om de liftkracht zo groot mogelijk te maken (c p zo groot mogelijk maken) Voorkomt stall (loslating) Zorgt voor ongeveer een toename in electriciteitsproductie van rond de 10% Bron: [Wind Turbine Blade Aerodynamics] 1

2 Vermogenskarakteristiek Gemiddelde windsnelheid over 30 jaar Bron: [Toegepaste Energietechniek, deel 2, J. Ouwehand] Subsystemen windturbine 1. Toren 2. Rotor 3. Transmissie (optioneel) 4. Generator 5. Electrical converter 6. Variable speed control system (optioneel) Type energieomzettingen Van wind (kinetische) energie naar mechanische energie Van mechanische energie naar electrische energie Wind V Rotor ω 1,T 1 wind Tandwielkast ω 2,T 2 Generator U,I Converter U,I Electriciteitsnet Vermogen van de wind P = ½* η*ρ*a*v 3 Mechanisch vermogen P = M*ω Electrisch vermogen: P = U*I Efficiëntie van de verschillende onderdelen Rotor: c p 49% (aerodynamische verliezen + niet-omkeerbare energie) Transmissie: η transmissie = 95% (mechanische verliezen) Generator: η generator = 93% (electrische verliezen) Converter: η converter = 98% (electrische verliezen) Totale rendementη totaal = c p* η transmissie *η generator *η converter = 42% 9% 5% 8% 43% Transmissie Doel van een transmissie : De draaisnelheid van de generatoras is onafhankelijk van de draaisnelheid van de bladen. Hierdoor zorg je voor een maximaal productie van energie door zowel de bladen als de generator. Het gewenste toerental van de bladen ligt lager dan die van de generatoras. Hoe groter de RPM van de rotor van de generator, hoe compacter de generator ontworpen kan worden 2

3 Mechanische tandwielkast configuraties Meertraps parallelle as Werking van een generator: inductie Wanneer een electrische geleider beweegt door een magnetisch veld, dan wordt er door een electromagnetische kracht (EMF) in de geleider stroom opgewekt (EMI). Zie: Planetair per trap i tot 6,5 De generator bestaat uit twee onderdelen: Stator (stilstaande deel) Rotor (ronddraaiende deel) Mogelijke opties generatoren Je kunt ervoor kiezen om zowel de stator en/of rotor uit te voeren met: Een magneet (permanent magnet) Met kopere windingen Voorbeeld generator voor kleinere windturbines Geintegreerd generator en transmissie Magneten op de rotor Als een magneet wordt toegepast, dan bevindt deze zich op de rotor Een magneet wordt vaker toegepast bij kleinere windturbines vanwege de kosten Bron: [Wind turbine Generator Technologies] Generator DFIG Bron: [Wind turbine Generator Technologies] 85% van de grote windmolens maakt gebruik van een dergelijke systeem Windingen op de stator en de rotor Kan optimaal vermogen doorgeven op verschillende rotatiesnelheden Via sleepringen wordt de electriciteit van de rotor overgebracht. Deze zijn kwetsbaar Direct drive Wordt met een magneet uitgevoerd Geen transmissie Ontworpen voor 1 optimale rotatiesnelheid van de rotor (blz 162) 3

4 Specificaties direct drives Electrical converter (Nominaal vermogen) Doordat de rotatiesnelheid van de bladen afhankelijk is van de wind, is de frequentie van de opgewekte electriciteit wisselend Doel van een electrical converter: Garanderen dat de electriciteit die wordt afgegeven aan het grid een constante frequentie, spanning en voltage heeft De conversie verloopt van AC naar DC en weer terug naar AC om de frequentie van de AC constant te krijgen. Bron: [Innovation in Wind Turbine design] Cost of energy Aanschafkosten Bron: [Innovation in Wind Turbine Design] Bron: [Innovation in Wind Turbine Design] Betrouwbaarheid (reliability) De betrouwbaarheid van een systeem is de kans dat het systeem operationeel blijft De betrouwbaarheid is afhankelijk van: Aantal onderdelen Kwaliteit van het ontwerp (veiligheidsfactoren) Kwaliteit van de materialen (slijtage) Hoeveelheid onderhoud dat wordt gepleegd Hoe groter de gewenste betrouwbaarheid bij het ontwerp, hoe duurder de aanschafkosten Bron: Zeeuwind Nieuws, december

5 Operationele en onderhoudskosten (OM cost) Zog, invloed op klimaat? Manieren om onderhoud uit te voeren: Preventief onderhoud (gepland) Reactief onderhoud (niet gepland) Om preventief onderhoud te optimaliseren: Condition monitoring system toepassen In het ontwerp informatie verzamelen over de kans dat onderdelen stuk gaan en de levensduur Terugblik Functies van de hoofdonderdelen Generator en overbrenging Rendement versus snellopendheid Energie- en vermogensbepaling Kosten; investering, onderhoud, beschikbaarheid Voorbeeldvragen Waar is cost of energy van afhankelijk? Hoe kun je de cost of energy verlagen? Wat is ongeveer de efficiëntie van een generator? Wat is het voordeel van een direct drive? Op welke manieren kun je de betrouwbaarheid van een systeem vergroten? Hoe kun je onderhoudskosten van een windturbine verkleinen? Hoe kun je de beschikbaarheid van een windturbine maximaliseren? Op welke manieren kun je onderhoud uitvoeren? Opgave 1 van hoofdstuk 6; bepaal de enrgie-opbrengst. 5