מערכת ייצור חשמל - מערכת הליבה להמרת קיבולת טורבינות רוח

כדי להמיר אנרגיה מכנית לזרם חילופין כדי לעמוד בתקן הרשת, טורבינות רוח חייבות להיות מצוידות במערכת המרת אנרגיה, שדרכה מומרת האנרגיה המכנית הכלולה בטורבינת הרוח במהירות משתנה לזרם חילופין יציב בהתאם למתח הרשת. פרמטרי תדר, אנו קוראים למערכת המרת אנרגיה זו מערכת ייצור חשמל.

ישנם סוגים שונים של מערכות ייצור חשמל עבור טורבינות רוח מודרניות גדולות. חברות טורבינות רוח שונות בחרו בדרכים טכניות שונות, והן פיתחו וייצרו טורבינות רוח עם סוגים שונים של מערכות ייצור חשמל, כך שראינו טורבינות רוח בעלות צורות ופנים שונים.

על פי סוג שרשרת ההנעה, ניתן לחלק את סוגי טורבינות הרוח לשלוש קטגוריות: הנעה במהירות גבוהה, הנעה במהירות בינונית והנעה ישירה, כאשר מערכות ייצור כוח בהנעה גבוהה כוללות בעיקר מערכות ייצור חשמל אסינכרוניות עם הזנה כפולה והספק אסינכרוני של כלוב סנאי. מערכות דור, דגמים שאנו מכנים ערכות גנרטור אסינכרוני עם הזנה כפולה וערכות גנרטור אסינכרוני של כלוב סנאי; כונן במהירות בינונית אנו מכנים גם הנעה ישירה למחצה, מערכות ייצור חשמל למערכות ייצור כוח מגנט קבוע, דגמים שאנו מכנים דגמי הנעה ישירה למחצה. מערכת הפקת הכונן במהירות נמוכה היא מערכת הפקת מגנט קבוע.

למרות שקיימים סוגים רבים של מערכות לייצור חשמל, הרכב תצורת הליבה שלהן דומה. מרכיבי הליבה של מערכות ייצור חשמל הם גנרטורים וממירים. בהתבסס על ההבדלים במבנה שרשרת ההינע וההבדלים בגנרטורים ובממירים, מגוון מערכות ייצור חשמל התפתחו ויושמו בהצלחה בטורבינות רוח.

אחד ממרכיבי הליבה של מערכת ייצור חשמל בטורבינות רוח הוא הגנרטור, הממיר אנרגיה מכנית לזרם חילופין דרך הגנרטור. הסוגים העיקריים של גנרטורים הם גנרטורים סינכרוניים מגנט קבוע, גנרטורים אסינכרוניים אסינכרוניים עם הזנה כפולה ומחוללי כלובי סנאי; סוגי גנרטורים שונים מתאימים לסוגים שונים של מבני שרשרת הנעה. בשל האופי הבלתי יציב של הרוח, התדירות והמתח של זרם החילופין מהגנרטור אינם יציבים, ולכן מערכת ייצור החשמל צריכה להיות מצוידת גם ברכיב ליבה נוסף.

רכיב הליבה הנוסף הזה הוא הממיר. טורבינות רוח ממירות את החשמל הלא יציב בתדר ובמתח מהגנרטור לחשמל יציב בתדר ומתח העומד בתקני הרשת באמצעות הממיר, הזמין בעיקר כממיר הספק מלא וממיר כפול. יש להגדיר סוגי גנרטורים שונים עם ממירים שונים כדי להשיג איכות ייצור חשמל יציבה, בקרת ייצור חשמל, בקרת מומנט ופונקציות אחרות.

אז מהי תצורת המודל המרכזי של תעשיית כוח הרוח עבור מערכות ייצור חשמל? להלן מבוא לכל אחד מהם, המעניק לך מבט מאקרו של סוגי מערכות ייצור החשמל, התצורות העיקריות שלהן ותרחישי היישום.

מערכות ייצור חשמל אסינכרוניות עם הזנה כפולה

גנרטורים אסינכרוניים עם הזנה כפולה בתוספת ממירים עם הזנה כפולה

סוג שרשרת ההנעה של טורבינת רוח אסינכרונית עם הזנה כפולה היא הנעה מהירה, ומערכת ייצור החשמל שלה היא מערכת ייצור חשמל אסינכרונית עם הזנה כפולה, המורכבת מגנרטור אסינכרוני בעל הזנה כפולה וממיר בעל הזנה כפולה.

האימפלר של היחידה המוזנת כפול מחובר לרוטור של הגנרטור האסינכרוני המוזן כפול דרך תיבת הילוכים הגדלת מהירות. התדר, המתח, המשרעת והפאזה של עירור מתפתל הרוטור מותאמים אוטומטית על ידי הממיר בהתאם לדרישות התפעול, כך שהיחידה יכולה לייצר חשמל במהירויות שונות בתדר קבוע, שיש לו את היתרונות של טווח רחב של מהירויות ויסות, התאמה עצמאית של הספק פעיל ותגובתי, קיבולת קטנה של ממיר עירור הרוטור (כ-1/3 מהקיבולת הנקובת של הגנרטור), מהירות גבוהה, מומנט קטן, גודל ומשקל קטן, יחס הגדלת מהירות גדול של תיבת ההילוכים, גנרטור עם טבעות החלקה ומברשות משפיעים על האמינות במידה מסוימת. כיום, יחידות מוזנות כפול הן טורבינות הרוח המיינסטרים ביותר.

מערכות ייצור חשמל אסינכרוניות של כלוב סנאי

גנרטורים אסינכרוניים לכלוב סנאי בתוספת ממירי הספק מלא

בהשוואה לטורבינות רוח אסינכרוניות עם הזנה כפולה, ההבדל העיקרי בין מערכות ייצור כוח אסינכרוניות של טורבינות רוח בכלוב סנאי הוא שרוטור הגנרטור הוא מבנה כלוב סגור, שאינו דורש מבנים כגון מברשות וטבעות החלקה, לבין פיתולי הסטטור של הגנרטור. מחוברים לרשת באמצעות ממיר הספק מלא. לגנרטור האסינכרוני-כלוב הסנאי אין מבנה עירור ייעודי והוא מסופק עם עירור דרך ממיר צד סטאטור להשגת מהירות משתנה ובקרת תדר קבוע. למערכות כוח רוח אסינכרוניות לכלוב יש את היתרונות של אמינות גבוהה ומגוון רחב של ויסות מהירות. גנרטורים אסינכרוניים של כלוב סנאי דורשים ממיר בהספק מלא וכל האנרגיה צריכה להיות מומרת דרך הממיר, כך שעלות הממיר גבוהה יותר מממיר עם הזנה כפולה, למרות שחלק מהיצרנים אימצו מערכות ייצור חשמל אסינכרוניות של כלוב סנאי בדגמים ימיים עקב האמינות הגבוהה שלהם.

מערכות סינכרוניות של מגנט קבוע עם הנעה ישירה

גנרטור הנעה ישירה בתוספת ממיר הספק מלא

מערכת הגנרטור היא מערכת ייצור חשמל סינכרוני מגנט קבוע, המחולקת למחולל מגנט קבוע בעל הנעה ישירה, מחולל מגנט קבוע בהנעה למחצה ישירה ומחולל מגנט קבוע במהירות גבוהה בהתאם לרשתות ההנעה השונות ותעשיית כוח הרוח. משתמש בעיקר בגנרטור מגנט קבוע בעל הנעה ישירה ובמחולל מגנט קבוע בעל הנעה ישירה למחצה

האימפלר של PMG מחובר ישירות לגנרטור, ומבטל את הצורך בתיבת הילוכים מאיץ והרוטור מתרגש על ידי מגנט קבוע, מבטל את הצורך באספקת כוח עירור חיצונית ומפחית הפסדי עירור. המחולל של יחידת ההנעה הישירה PMG מחובר לרשת באמצעות ממיר הספק מלא, בעל היתרונות של יעילות גבוהה, רעש נמוך ויכולת נסיעה במתח נמוך; למחולל הסינכרוני PMG יש מספר רב של זוגות קטבים והוא גדול יותר בגודל ובמשקל.

לכל אחת מהמערכות הללו יתרונות וחסרונות משלה, וחברות טורבינות רוח שונות בוחרות את סוג המערכת לפי בחירת הטכנולוגיה והעלות שלהן, כמו גם שיקול הדעת של השוק, ומפתחות טורבינות רוח המתאימות לסוג המערכת. .