Regulacja mocy turbiny wiatrowej

Siłownia wiatrowa może pracować ze stałą lub zmienną prędkością obrotową. Istotnym aspektem jest sposób regulacji prędkości obrotowej turbiny i kierunku ustawienia łopat względem wiatru. Regulacja taka może odbywać się w trybie aktywnym lub pasywnym.

W trybie pasywnym następuje samoczynne zatrzymanie wirnika, bez konieczności stosowania specjalistycznych sterowników. Siłownia wiatrowa musi wyłączyć się w przypadku wystąpienia wiatru mogącego uszkodzić jej konstrukcję lub spowodować jej zniszczenie. Zatrzymanie wirnika można uzyskać dzięki zastosowaniu odpowiedniego profilu płata, który zahamuje wirnik przy dużych prędkościach wiatru.

Regulacja aktywna natomiast polega na zmianie kąta ustawienia płatów oraz zmianie obciążenia.

Zarówno metody aktywne jak i pasywne regulacji mocy oddawanej przez elektrownię
wiatrową mają na celu wygenerowanie energii elektrycznej o odpowiednich
parametrach oraz zmniejszenie przeciążeń mechanicznych.

W energetyce wiatrowej stosuje się następujące metody regulacji mocy wytwarzanej przez elektrownie wiatrową.

Regulacja ustawieniem elektrowni w kierunku wiatru (Yaw Control)
Jest to metoda najczęściej stosowana w regulacji mocy siłowni wiatrowych. Polega ona na zmianie osi obrotu wirnika względem kierunku wiatru poprzez obrót gondoli. Regulacja ta może przebiegać w sposób aktywny lub pasywny. Sposób pasywny ze względu na swoją prostotę stosowany jest w małych siłowniach wiatrowych, w dużych instalacjach stosuje się natomiast sterowanie aktywne. Pasywne sterowanie elektrowni w kierunku wiatru polega na umieszczeniu na gondoli chorągiewki lub steru kierunkowego. W przypadku sterowania aktywnego wymagane jest umieszczenie na szczycie wieży specjalnego zębatego pierścienia połączonego z kołem zębatym na wale silnika kierunkowego. Sterowanie mechanizm regulacji odbywa się przez elektroniczny kontroler, który kilka razy na sekundę sprawdza odczyty z wiatrowskazu i w razie potrzeby koryguje ustawienie kierunku.

Regulacja kątem ustawienia łopat (Active Pitch Regulation)
Dane o prędkości i mocy wiatru przekazywane do układu regulacji mocy powodują ustawienie łopat siłowni pod odpowiednim kątem natarcia. Ten sposób regulacji zmienia wielkości sił nośnych i hamujących, jakie oddziaływają na łopaty wirnika.
Regulacja ta umożliwia pracę siłowni ze stałą prędkością obrotową, ale niesie ze sobą zastosowanie ruchomych części konstrukcyjnych turbiny i tym samym ryzyko awarii.
Firma Vestas stosuje ten rodzaj sterowania siłownią w systemie OptiTip, w rozwiązaniu tej firmy zastosowanie regulacji kąta ustawienia łopat spowodowało zmniejszenie hałasu jaki generuje turbina oraz zwiększenie wydajności pracy siłowni.

Regulacja przez zmianę obciążenia (Load Control)
Metoda ta polega na odpowiednim obciążaniu generatora, co powoduje zmianę punktu pracy siłowni z jednej charakterystyki mechanicznej na taką, aby odpowiadała aktualnym, warunkom prędkości i kierunku wiatru. Obciążanie generatora musi odbywać się w sposób odpowiedni, by nie uszkodzić wału i innych elementów.

Regulacja przez „przeciągnięcie” (Stall Regulation)
Metoda ta wykorzystuje zjawiska aerodynamiczne, jej zastosowanie wymaga precyzyjnego określenia geometrii płatów i dlatego stosowana jest rzadko.
Metoda ta zalicza się do metod pasywnych i polega na wykorzystaniu aerodynamicznych cech wirnika ograniczających moment napędowy przy wyższych prędkościach wiatru. Podczas przepływu powietrza nad płatem, załamuje się on i traci siłę nośną. Dzieje się tak dzięki specjalnej budowie płata. Metoda ta posiada wady oraz zalety, do wad należy zaliczyć drgania płatów podczas utykania oraz problemy z utrzymaniem stabilnej krzywej mocy. Do najważniejszych zalet tej metody zaliczyć można uniknięcie stosowania ruchomych części i brak automatyki.

Regulacja lotkami łopat wirnika (Aileron Control)
Metoda ta wykorzystuje zjawiska aerodynamiczne, jej zastosowanie wymaga precyzyjnego określenia geometrii płatów i dlatego stosowana jest rzadko. Metoda ta jest analogiczna do metod regulacyjnych stosowanych w lotnictwie podczas startu czy lądowaniu samolotów, polega na zmianie charakterystyk aerodynamicznych łopat poprzez odpowiednie ustawienie lotek. W energetyce wiatrowej stosowana była dawno temu i obecnie stosowana jest dość rzadko.

Regulacja przez zmianę poślizgu generatora
Metoda ta spotykana jest tylko w niektórych generatorach, które to posiadają możliwość regulacji prędkości obrotowej poprzez zmianę poślizgu. Cecha ta staje się bardzo przydatna w elektrowniach z regulacją mocy poprzez zmianę kąta natarcia łopat. Regulacja ta polega na tym, że kiedy generator oddaje moc zbliżoną do znamionowej poślizg ustawia się na połowę jego wartości maksymalnej. Gdy wiatr zwiększa swoją prędkość, sygnał o tym fakcie przekazywany jest przez elektroniczny kontroler do wirnika by zwiększyć poślizg umożliwiając tym samym zwiększenie obrotów wirnika. Po skorygowaniu kąta natarcia łopat poślizg znowu się zmniejsza. Natomiast, gdy prędkość wiatru zmniejsza się, sytuacja odwraca się.

admin

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *