9.2.Elektrownie o zmiennej prędkości obrotowej

            W przypadku elektrowni o zmiennej prędkości obrotowej generator łączony jest z siecią pośrednio, za pomocą układu falownikowego. Pozwala to na dostosowanie prędkości wirnika, do aktualnej prędkości wiatru, tak aby w zakresie prędkości wiatru poniżej znamionowej, uzyskiwać maksymalny współczynnik wykorzystania energii niesionej przez wiatr.

            Elektrownie wiatrowe o zmiennej prędkości obrotowej mają następujące zalety:

Większy zysk energii (10-15 %)

Mniejsze naprężenia mechaniczne (po podmuchu wiatru, zamiast skoku momentu występuje przyspieszenie prędkości wirnika)

Oddawana moc jest bardziej stabilna (wirnik zachowuje się jako pośredni magazyn energii)

Mniejsza hałaśliwość (możliwość ograniczenia hałasu w godzinach nocnych przez zmniejszenie prędkości obrotowej wirnika)

Całość pracuje z większą sprawnością, wykorzystując większą ilość energii zawartej w wietrze.

Rozwiązania:

a)      Elektrownie z przekładnią: Jako generator pracuje maszyna szybkoobrotowa. Może to być maszyna indukcyjna pierścieniowa do której wirnika dołączone są układy przekształtnikowe.

b)  Elektrownie bez przekładni. Jako generator pracuje maszyna asynchroniczna lub   synchroniczna i cała energia przeważana jest przez przekształtnik

 

Na rysunku 27 przedstawione są korzyści wynikające z zastosowania elektrowni o zmiennej prędkości obrotowej z kontrolą mocy typu „pitch” w porównaniu z elektrownią o stałej prędkości obrotowej z kontrolą mocy typu „stall”.

 

Rys.27.Dwa typy kontroli mocy.

 

            Wykres (rys.27), przedstawia jaką moc uzyskujemy z elektrowni przy określonej prędkości wiatru. Maszyna pracującą ze zmienną prędkością obrotową pracuje z tak dobranymi obrotami, żeby współczynnik wykorzystania wiatru był jak najwyższy. Wirnik pracujący ze stałą prędkością obrotową, ma jeden tylko taki punkt w którym współczynnik wykorzystania wiatru jest największy (tu oba wykresy są zbliżone). W pozostałych przypadkach, pracuje on z mniejszą sprawnością. Poza tym następują wahania mocy przy prędkościach wiatru przekraczających wartość nominalną.

            Biorąc pod uwagę roczną produkcje energii elektrownia pracująca ze zmienna prędkością obrotową, dostarczy  więcej energii w ciągu roku. Dla określonego terenu znany jest roczny rozkład prędkości wiatru. Wynika z niego, że wiatry poniżej nominalnych (które nie pozwalają uzyskać mocy nominalnej elektrowni) wieją częściej, niż wiatry silniejsze. Dlatego dodatkowa moc uzyskana przy mniejszych prędkościach wiatru jest tak istotna. Zapewniają ją elektrownie o zmiennej prędkości obrotowej.