М А Г И С Т Е Р С К А Т Е М А

РАЗВОЈ НА МЕТОДОЛОГИЈА ЗА ОЦЕНКА НА ПРИМЕНАТА НА ЕЛЕКТРИЧНИ МАШИНИ ВО

ВЕТРОГЕНЕРАТОРСКИТЕ СИСТЕМИ ОД АСПЕКТ НА ЕНЕРГЕТСКА ЕФИКАСНОСТ

РЕПУБЛИКА МАКЕДОНИЈА УНИВЕРЗИТЕТ "СВ. КИРИЛ И МЕТОДИЈ" СКОПЈЕ

ФАКУЛТЕТ ЗА ЕЛЕКТРОТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИСКИ ТЕХНОЛОГИИ

Комисија:

Проф. д-р Милан Чундев, претседател

В. проф. д-р. Влатко Стоилков, ментор

В. проф. д-р Крсте Најденкоски, член

Кандидат:Стефан Трајковски, индекс број: 136/2008

1

Содржина• Oсновни параметри на ветрот

• Опис на ветерните турбини

• Начини на регулација на моќноста

• Бетцов Закон

• Ветрогенераторски системи

• Енергетска ефикасност

• Споредба на енергетската ефикасност

• Софтверски пакет RETScreen

• Истражување за избор на најефикасна ветротурбина за Р.Македонија

• Заклучок 2

Создавање и мерење на ветер • Ветерот претставува движење на воздушните маси кон

површината на земјата. Се формира во атмосферата под влијание на разликите на притисоци

• Во практика најголем интерес е разгледување на хоризонталната компонента на ветрот

• Се дефинира со мерења (анемометар) или со помош на супервизија со метеоролошки балон кој испраќа информации за брзина и правец на ветер со радио сонда

3

РОЗА НА ВЕТРИ

8, 12 или 16 сектори, по еден сектор засекои 45, 30 или 22,5 степени одхоризонтот респективно.Радиусот на надворешните и најширокикракови ја прикажуваат релативнатазачестеност (фрекфенција) во даденправец на ветрот,Вториот крак ја дава истатаинформација, но помножен сопросечната брзина на ветрот во секојодделен правец.Внатрешниот (црвен) крак ја даваистата информација како и првиот, нопомножена со кубот од брзината наветрот во секој одделeн сектор(енергетски потенцијал)

РОЗА НА ВЕТРИ – Претставува еден вид метеоролошки отпечаток кој дава

податоци за: релативната брзина на ветрот во различни правци,релативната зачестеност (фрекфенција) во даден правец иенергетскиот потенцијал на соодветната локација

4

ЕНЕРГИЈА НАСПРОТИ БРЗИНАТА НА ВЕТРОТ

Енергијата на ветрот зависи одкубот (третиот степен) одбрзината на ветрот. Ако брзинатана ветерот се зголеми 2 патитогаш енергијата добиена одтурбината ке се зголеми 8 пати

5

ВЕТЕРНИ ТУРБИНИ

• Постојат различни конструкции на ветротурбини. Целта е да се постигне што е можно повисок степен на искористување и стабилна работа во поголем опсег на брзини на ветрот.

6

Ветернитурбини со хоризонтална оскаВетернитурбини со вертикална оска

Компоненти на ветротурбина со хоризонтална оскаПерки на ротор

Столб

Куќиште

Систем за кочење

Систем за насочување

Мултипликатор

Анемометар и ветроказ

Ветрогенератор7

РЕГУЛАЦИЈА НА МОЌНОСТА

• Активна Pitch регулацијаПромена на упадниот агол на перката со што се

постигнува најголем полезен момент.

• Пасивна Stall регулација Перките се прицврстени за роторот под фиксен агол.

обликот на перките е аеродинамички проектиран така

што кога ветерот се засилува, се создава турбуленција

од страната која не е свртена кон ветрот. Така се врши

пригушување на силата на потисок т.е намалување и

одржување на брзината на роторот.

• Комбинирана активно-пасивна регулацијаОва е комбинација се користи кај ветротурбини од 1MW и поголеми. Технички ова е сличен начин на регулација како и кај активната регулација поради можноста за искосување на перките.

8

БЕТЦОВ ЗАКОН

9

• Фактор на интерференција b= V2/V1 – однос на брзината V2 и V1

• Фактор на пропорционалност Cp однос на добиената моќност P од кинетичката енергија на ветерот пред влезот на турбината

• Коефициентот Cp достигнува максимум за b= V2/V1=1/3 V2=1/3V1

• Бетцова граница и важи за сите типови ветерни турбини со хоризонтална оска

КОНВЕРЗИЈА НА МОЌНОСТА

10

PvCp

ЕФИКАСНОСТ НА ВЕТРОТУРБИНА

11

ЕНЕРГЕТСКА ЕФИКАСНОСТ

Аеродинамична ефиканост

Однос помеѓу механичката енергија

на роторот и енергијата на ветрот

Механичка ефиканост

Однос помеѓу механичката енергија

на оската на генераторот и оската

на роторот

Електрична ефиканост

Однос помеѓу електричната енергија

и механичката енергија на оската на

генераторот

Однос помеѓу екстрахираната енергија од ветрот и произведената електрична енергија.

Аеродинамична Ефикасност

12

Аеродинамичната ефикасност на ветротурбината варира со брзината на ветерот со типична максимална вредност од 44% и типична просечна вредност за сите брзини на ветерот од 25%.

Максималната аеродинамичка ефикасност е 59.3% докажана со Бетцов закон

Аеродинамичната ефикасност исто така варира во зависност од дизајнот на перките, активната регулација и материјалот на изработка (матрица од стаклени влакна или јаглеродни влакна импрегнирани со материјал најчесто полиестер)

Механичка Ефикасност

13

Механичка ефикасност се движи од 95-98%

Ефикасноста зависи од изведбата на лагерите и запчаниците, материјалите и видот на подмачкување во мултипликаторот

Тристепен планетарен мултипликатор

Електрична ефикасност

14

Електрична Ефикасност

Ветрогенератор

Енергетски преобразувачи

(конвертор)

Електрична ефикасност се

движи од 96-97%

ВЕТРОГЕНЕРАТОРИ

15

Во споредба со класичните генератори овој тип на генератори работат на извор со многу променлива механичка енергија.

Излезниот напон кај генераторите поголеми од 100-150KW најчесто е 690V трифазен најизменичен напон со фрекфенција 50 или 60Hz кој преку трансформатор се зголемува на 10-30KV.

Ветрогенератори

Променлива брзина

Поврзани преку мултипликатор

Директно поврзани

Фиксна брзинаПоврзан преку мултипликатор

16

ВЕТРОТУРБИНИ СО ФИКСНА БРЗИНА

17

Предности:Предност е во неговата цена, поради тоа што се користи ефтина и робусна асинхрона машина која директно се приклучува на мрежата

Недостатоци:

Повеќе степенест мултипликатор е неопходен за овој концепт.Од мрежата ја користат реактивната моќност потребна за магнетизирањеНе е погоден на локации каде има ударни ветри

ВЕТРОТУРБИНИ СО ПРОМЕНЛИВА БРЗИНА

АСИНХРОН ГЕНЕРАТОР СО КАФЕЗЕН РОТОР

• ПредностиДобра робусна контрола и механичка едноставна изведба

• Недостатоци

Повеќе степенест мултипликатор Потребно е реактивна енергија за магентизирање

18

ВЕТРOТУРБИНИ СО ПРОМЕНЛИВА БРЗИНА

ДВОСТРАНО НАПОЈУВАН АСИНХРОН ГЕНЕРАТОР

n(променлива) f2 (променлива)

n(променлива)

f2(променлива) 19

ВЕТРОТУРБИНИ СО СИНХРОН ГЕНЕРАТОР

20

• Статорската страна на конверторот служи за управување на електромагнетниот момент додека напојната страна на конверторот ја регулира активната и реактивната моќност која се испорачува во дистрибутивната мрежа

• Управување на брзината во сите нивоа дури и при доста ниски брзини. • Можност за управување на флуксот, со што се овозможува минимизирање на

загубите во повеќе рангови на моќност

Висока цена, мултипликатор, загуби во конвертор, загуби во четкичките и прстени

ВЕТРОТУРБИНИ СО ДИРЕКТНО ПОГОНУВАН

СИНХРОН ГЕНЕРАТОР

21

Директно е поврзан со турбината со што се избегнуваат загубите во мултипликаторот.Генераторот поради ниската брзина на вртење е изработен со голем број на полови околу 100-200 при што се создава голем вртежен момент.Голема тежина и обем.

22

РАЗЛИЧНИ ИЗВЕДБИ НА СИНХРОНИ ГЕНЕРАТОРИ СО

ПЕРМАНЕНТНИ МАГНЕТИ

Генератор со внатрешен ротор Генератор со надворешен ротор

23

Нудат нестандардни и голема палета на решенија во однос на нивниот дизајн

Во однос на насоката на флуксот можат да се класифицаат во следните типови:генератори со радиален флуксгенератори со аксијален флуксгенератори со трансверзален флукс

Генератори со аксијален флукс

Генератор без прорези со еден статор и два ротора

Генератор со прорези со еден ротор и два статора

Генератори со трансверзален флукс

24

Загуби во енергетски преобразувачи

25

Загуби во конверторот

Загуби во префрлување

(switching losses)

Загуби во вклучување

Загуби во исклучување

Загуби во спроведување

(Conducting losses)

Back-to-back AC/DC/AC конвертор составен исправувач и инвертор поврзани преку кондезатор.

Споредба на Енергетската ефикасност

26

За споредба е направена претпоставка дека сите претходно разгледани ветернитурбини имаат ист просечен вртлив момент и иста просечна брзина на вртење нароторот

Просе

чна м

оќност

во [

%]

82

84

86

88

90

92

94

96

98

100

АГФБ 1 АГФБ 2 АГКР ДНАГ СГПМ

загуби во конвертор

загуби во генератор

загуби во мултипликатор

произведена моќност

27

Голема база на податоци за климата од метеоролошки станици во 4700 локации плус податоци од НАСА сателит што ја покрива целата површина на планетата

Стандардна анализа во пет фази

анализа на енергијата, анализа на трошоците, анализа на емисијата, финансиска анализа и анализа на чувствителноста и ризици

• Го користат повеќе од 222 земји и е достапен на повеќе од 35 јазика меѓу кој и Македонскиот јазик

• Дел е од наставната програма во повеќе од 300 универзитети и колеџи во светот

• Софтверот е бесплатен за користење

• Го развива и одржува Владата на Канада преку истражувачкиот центар и поддржува меѓународна мрежа од експерти од индустрискиот, владиниот и научниот сектор.

Главни партнери се:

Националната управа за воздухопловство и вселенски простор (НАСА)

Партнерството за обновлива енергија и енергетска ефикасност (РЕЕЕП)

Програмата за животна средина на Обединетите нации (УНЕП)

Светската организација за животна средина (ГЕФ)

28

Област Локација

1 Југозапад Битола

2 Североисток Крива Паланка

3 Југозапад Охрид

4 Север Скопје/Петровец

5 Исток Штип

29

Метеоролошки податоци напросечна годишна брзина на ветер во 2010г. за наведените

локации превземени од базата на RETScreen

30

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Крива Паланка Штип Охрид Скопје/Петровец Битола

80m

10m

m/s

Крива Паланка Штип Охрид Петровец Битола

4 m/s 3,8 m/s 3 m/s 2,2 m/s 2,11 m/s

Производител

DEWIND REPOWER GAMESA NORDEX

ТИП D 8.2 MM82 G 83 N 80

Инсталирана моќност 2МW 2МW 2МW 2,5МW

Дијаметар на роторот 80m 82m 83m 80m

Висина на столб 80m 80m 78m 80m

ГенераторСинхрон

генераторДНАГ ДНАГ ДНАГ

Трансмисија (пренос) мултипликатор мултипликатор мултипликатор мултипликатор31

МЕСЕЧНО ПРОИЗВОДСТВО НА ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГИЈА ЗА

НАВЕДЕНИТЕ ВЕТРОТУРБИНИ ВО ШТИП

32

MWh

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

DEWIND 2MW СГ

REPOWER 2MW ДНАГ

GAMESA 2MW ДНАГ

NORDEX 2.5MW ДНАГ

МЕСЕЧНО ПРОИЗВОДСТВО НА ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГИЈА ЗА

НАВЕДЕНИТЕ ВЕТРОТУРБИНИ ВО КРИВА ПАЛАНКА

33

MWh

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

DEWIND 2MW СГ

REPOWER 2MW ДНАГ

GAMESA 2MW ДНАГ

NORDEX 2.5MW ДНАГ

МЕСЕЧНО ПРОИЗВОДСТВО НА ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГИЈА ЗА

НАВЕДЕНИТЕ ВЕТРОТУРБИНИ ВО ОХРИД

34

MWh

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

DEWIND 2MW СГ

REPOWER 2MW ДНАГ

GAMESA 2MW ДНАГ

NORDEX 2.5MW ДНАГ

СПОРЕДБА НА ПРОИЗВЕДЕНАТА ЕНЕРГИЈА ВО КРИВА

ПАЛАНКА, ШТИП И ОХРИД

35

MWh

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00

Крива Паланка Штип Охрид

DEWIND 2MW СГ

REPOWER 2MW ДНАГ

GAMESA G83 2MW ДНАГ

NORDEX N80 2.5MW ДНАГ

ЗАКЛУЧОК• Енергетската ефикасност кај ВТ со променлива брзина

ДНАГ е неколку проценти подобра во однос АГКР

• Во споредба на ДНАГ со СГПМ директно поврзан и АГ со двефиксни брзини разликата во енергетската ефикасност емногу мала.

• Од истражувањето направено во овој труд

Република Македонија има среден потенцијал за добивање наенергија од ветрот. Ветротурбини со инсталирана моќност од2MW, дијаметар на роторот од 80-83m и висина на столбот

од 80m се решенија кои даваат најдобри резултати волокациите Крива Паланка и Штип.

• Современите тенденции на развој на ВТ за континенталнилокации се инсталирање на ВТ со висина на столбот од 50до 100m и ротори дијаметар со од околу 80m. 36

Благодарам на вниманието

37