Skrzynia biegów generatora wiatraka. Współpraca z siecią elektroenergetyczną.

Moc z wirnika jest przekazywana do generatora za pomocą wału wolnoobrotowego (głównego), skrzyni biegów i wału szybkoobrotowego.

Moc z wirnika jest przekazywana do generatora za pomocą wału wolnoobrotowego (głównego), skrzyni biegów i wału szybkoobrotowego. Pominięcie tego układu przy tradycyjnym generatorze dwu, cztero lub sześciobiegunowym nie wchodzi w grę, gdyż prędkość wirnika musiałaby wtedy wynosić 1000 - 3000 obr/min (średnio prędkość ta wynosi 22 obr/min). Przy wirniku o średnicy 43 metry, jego końcówka poruszałaby się dwa razy szybciej od dźwięku. Można ominąć ten problem budując wolnoobrotowy generator wielobiegunowy. Aby uzyskać rozsądną prędkość wirnika 30 obr/min, maszyna taka musiałaby jednak mieć 100 par biegunów (przy sieci 50 Hz). Pociągnęłoby to za sobą wzrost masy wirnika, a więc i wzrost momentu obrotowego potrzebnego do jego napędzania, nie wspominając o większych kosztach. Dlatego bardzo praktycznym rozwiązaniem, znanym z przemysłu motoryzacyjnego, jest zastosowanie skrzyni biegów. Mając skrzynie biegów możemy wybrać między niską prędkością obrotową i wysokim momentem napędowym otrzymywanym od wirnika a wysoką prędkością obrotową i niskim momentem napędowym. Skrzynia biegów w turbinie pracuje przy jednym, stałym przełożeniu. Przykładowo dla elektrowni o mocy 600 kW jest to zazwyczaj przełożenie 1:50

Skrzynia biegów elektrowni wiatrowej

Skrzynie biegów komplikują budowę elektrowni wiatrowej, zwiększają jej masę, utrudniają czynności serwisowe i naprawcze. Dlatego, szczególnie w turbinach dużej mocy, popularność zdobyła koncepcja z wolnoobrotowym generatorem synchronicznym, w której o wartość częstotliwości wyjściowej dba układ energoelektroniczny.


Siłownia wiatrowa bez przekładni głównej. Można ją poznać na pierwszy rzut oka po bardzo zwartej sylwetce gondoli

Współpraca z siecią elektroenergetyczną

Aby elektrowni oddawać prąd musimy mieć elektrownie lub farme elektrowni, która da nam min 250 kW dlatego każdy może zainstalować sobie koło domu mini elektrownie wiatrową.

Zdecydowana większość dużych elektrowni wiatrowych oddaje wytworzoną moc do publicznych sieci elektroenergetycznych.

Zmiany produkcji energii w elektrowni wiatrowej w ciągu doby.

Wykres powyżej pokazuje przebiegi mocy wyjściowej turbiny wiatrowej (650 MW) w czasie tygodnia, zainstalowanej na zachodzie Danii. Niebieska krzywa pokazuje przebieg mocy 25 lipca 1997 roku. Na dole wykresu znajdują się przebiegi dla pięciu poprzednich dni. Jak widzimy, zachowanie wiatru dla większości dni jest takie, że jest on słabszy w nocy, a silniejszy w dzień. Oznacza to, że zmiany produkcji energii wiatrowej w ciągu dnia pasują do zmian dobowej konsumpcji energii. W nocy, kiedy zapotrzebowanie na energię spada, produkcja energii w elektrowniach wiatrowych również spada.

W umiarkowanych strefach klimatycznych w lecie wiatry są generalnie słabsze niż zimą. Konsumpcja energii w tych rejonach jest także w lecie słabsza niż w zimie. W chłodniejszych obszarach globu idealne jest połączenie ogrzewania elektrycznego z energią wiatrową. Kiedy rośnie wiatr, rośnie wychłodzenie mieszkań, ale również rośnie produkcja energii elektrycznej.

Jak wskazują doświadczenia, elektrownie wiatrowe mają także niekorzystne z punktu widzenia systemu cechy techniczne. Zależność obciążenia od prędkości wiatru powoduje:

* konieczność zwiększenia rezerw mocy w innych źródłach,
* utrudnione prowadzenie ruchu systemu, np. wskutek gwałtownych zrzutów obciążenia i zmian kierunków przepływu energii w sieciach,
* trudności w planowaniu bilansu mocy i energii.

Występować mogą problemy z regulacją napięcia i mocy biernej, pogarszaniem jakości energii elektrycznej, opanowaniem mocy zwarcia i stabilnością pracy systemu. Problemy te łagodzić może odpowiednie wyposażenie elektrowni wiatrowych w nowoczesne jednostki wytwórcze przystosowane do regulacji parametrów w szerokim zakresie.

Należy zatem postawić pytanie o wpływ pracy elektrowni wiatrowej na jakość energii. Wśród czynników pogarszających parametry jakości energii w sieci elektroenergetycznej powodowanych pracą elektrowni wiatrowych można rozpatrzyć cztery rodzaje:

* wahania mocy,
* wahania napięcia,
* migotanie,
* wyższe harmoniczne.

Wahania mocy. Wahanie mocy czynnej występuje w elektrowniach na skutek zmienności prędkości wiatru. Wahania mocy biernej pobieranej przez prądnice asynchroniczne są wynikiem zmian generowanej mocy czynnej.

Wahania napięcia. Zmiany napięcia występujące jako następstwo powolnych zmian mocy generowanej przez prądnice (mogą być kompensowane regulacją zmian zaczepów transformatorów w GPZ, do których są przyłączone elektrownie wiatrowe). Wahania napięcia mogą być także spowodowane zmiennością mocy biernej pobieranej przez prądnice asynchroniczne (kompensacja za pomocą regulatora mocy biernej z odpowiednią baterią kondensatorów) oraz prądami rozruchowymi.

Migotanie (flicker). Gwałtowne zmiany mocy wyjściowej z turbiny wiatrowej, załączanie generatora i łączenie baterii kondensatorów powodują zmiany wartości skutecznej napięcia. Powyżej pewnego poziomu takie zmiany powodują tzw. migotanie oświetlenia elektrycznego.

Wyższe harmoniczne. Zawartość wyższych harmonicznych pochodzących z prądnic siłowni wiatrowych może powodować zakłócenia w działaniu automatyki i zabezpieczeń w układach elektroenergetycznych. Drgań harmonicznych należy szukać w przemiennikach częstotliwości. Jednak nowoczesne układy energoelektroniczne, praktycznie dla każdego typu współcześnie produkowanych elektrowni wiatrowych dużej mocy (powyżej 1 MW), nie wnoszą swojego udziału składowych harmonicznych ponad dopuszczalne przepisami.

Energetyka wiatrowa jest zaliczana do tzw. generacji rozproszonej (nie planowanej centralnie, o ograniczonej centralnej dyspozycji, współpracującej na ogół z siecią dystrybucyjną, o mocy zainstalowanej na ogół mniejszej niż 500-1000 MW). Wprowadzenie generacji rozproszonej do istniejących systemów elektroenergetycznych ma znaczący wpływ na planowanie i eksploatacje systemu w czasie rzeczywistym. Zdolność systemu do integracji tej formy generacji charakteryzuje się szeregiem czynników nieokreśloności, tak więc wpływ rozproszenia źródeł musi być uwzględniany przy ocenie charakterystyk systemu tak, aby jego funkcjonowanie i bezpieczeństwo nie zostały zakłócone. Generacja rozproszona zwiększa stopień komplikacji sterowania, automatyki zabezpieczeniowej i procedur eksploatacji systemów dystrybucyjnych. Przykładowo selektywność zabezpieczeń musi być zmodyfikowana, gdyż rozproszone źródła mogą zmieniać wartość, czas trwania i rozpływ prądów zwarciowych. Ponadto przy każdym włączeniu nowego źródła konieczne jest sprawdzenie działania automatyki zabezpieczeniowej i jej dostrojenie w sposób zapobiegający powstawaniu zakłóceń.

Krajem o największym nasyceniu energetyką wiatrową jest Dania. Stawia to przed tamtejszym operatorem systemu przesyłowego poważne wyzwania techniczne. Elektrownie wiatrowe i elektrociepłownie stanowią kluczową rolę w produkcję energii w zachodniej części Danii stanowiąc 50% produkcji energii w roku 2001, co doprowadziło do kilku sytuacji przeciążenia sieci. Obecnie bilansowanie energią w sieci, jaką posiada Dania jest możliwe tylko dzięki połączeniu jej z innymi obszarami, które posiadają jednostki produkcyjne innego rodzaju, ale nie jest to rozwiązanie, które może być długoterminowe. Nadmiar energii powstały ponad przyjętym poziomem może być eksportowany do Szwecji, Norwegii, a nawet Niemiec. Jeśli jednak wyprodukowana nadwyżka będzie większa od pojemności sieci importujących, nastąpi krytyczne przeciążenie sieci. Może to spowodować wystąpienia zakłóceń i załamania systemu.

Znaczenie prognozy pogody w rynku bilansującym w zachodniej części Danii. Przedstawiono trzy charakterystyczne sytuacje: gdy wiatr wzrasta później niż przewidziano (doprowadza to do braku około 800 MW), gdy prędkość wiatru wzrasta przed przewidywaniami, doprowadzając do nadwyżki, gdy prędkość wiatru rośnie zgodnie z przewidywaniam.

http://www.elektrownie.tanio.net/siec.html