RO127035A0 - Microcentrală eoliană cu limită extinsă de utilizare a vitezei vântului - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o microcentrală eoliană care poate să valorifice viteze ale vântului mult superioare celor la care funcţionează centralele normale. Microcentrala conform invenţiei este constituită dintr-un subansamblu rotor () eolian de construcţie cunoscută, dar cu rezistenţă mecanică superioară la forţele centrifuge de dezintegrare şi la solicitările de încovoiere ale palelor şi manşoanelor de fixare, dintr-un grup () generator electric antrenat de rotorul () eolian, format din două generatoare electrice () având acelaşi arbore () central, generatoarele () de puteri nominale diferite sunt corelate astfel încât să asigure o extracţie optimă a puterii convertite a vitezei vântului, prin cuplarea mecanică a acestor generatoare (), cu ajutorul unui cuplaj electromagnetic (), fie pe rând, fie concomitent, la arborele central (), în funcţie de viteza vântului, are un sistem () mecanic sau electromagnetic de variaţie a coeficientului de putere al rotorului (), comandat de un bloc () electronic de control, un bloc () electronic de forţă, cu funcţii de redresare la oprirea generatorului (), o baterie () de acumulatoare, un bloc () electronic pentru comanda cuplajului () electromagnetic, un bloc () cu rol de redresare şi conversie electronică a parametrilor mărimilor electrice de ieşire ale generatorului () de putere superioară, şi un bloc () operativ cu rol de control al funcţionalităţii de ansamblu.

Description

Microcentrala eoliana cu limita extinsa de utilizare a vitezei vântului este destinata valorificării unui domeniu de viteze situat deasupra celui utilizat la centralele normale din motive de rezistenta mecanica a palelor, de context optim intre regimurile de pornire si nominal, precum si de momentul in care acestea sunt scoase din funcțiune.

Se cunosc microcentrale eoliene pentru conversia energiei vântului in energie electrica utilizabile intr-un domeniu limitat, de compromis, din punct de vedere al rezistentei mecanice a palelor si al dimensionării generatorului electric, inclusiv ca moment de inerție si cuplu rezistent de pornire, cuprins in general intre 3-5 m/s pentru pornire si 10-12 m/s pentru regimul nominal si totodată maximal. Aceste microcentrale prezintă dezavantajul obligativității de a limita sau chiar bloca funcționalitatea prin « scoatere din vânt » la viteze ale vântului care depasesc regimul maximal si, ca urmare, a imposibilității de valorificare a unui important potențial de viteze superior spre circa 20 m/s, in zone cu preponderenta a unor condiții meteo favorabile; aceasta cu atat mai mult cu cat puterea convertibila este proporționala cu cubul vitezei vântului.

Problema tehnica pe care o rezolva invenția consta in realizarea unei microcentrale cu limita extinsa de utilizare a vitezei vântului care valorifica resursele energetice eoliene la valori ale vitezei vântului superioare celor statornicite, pana in prezent, ca optime pentru microcentralele cunoscute.

Microcentrala eoliana cu limita extinsa de utilizare a vitezei vântului înlătură acest dezavantaj prin aceea ca, concomitent cu masuri de creștere a rezistentei mecanice a palelor rotorului eolian la forțele centrifuge si de încovoiere corespunzătoare valorilor crescute ale vitezei vântului, se utilizează un ansamblu de doua generatoare electrice cu puteri nominale diferite astfel corelate incat sa se asigure extragerea optima a puterii resursei eoliene in toata gama extinsa a vitezei vântului, care pot funcționa independent, respectiv cuplate pe rând prin cuplaj electromagnetic comandabil, dar si concomitent, funcție de condițiile meteo si de sarcina, iar exploatarea acestor doua generatoare ca surse electrice se efectuează fie direct, fie prin intermediul unor convertizoare electronice de forța care realizează parametrii electrici doriți.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- valorificarea potențialului energetic a curentilor de aer naturali cu viteze superioare celor statornicite, pana in prezent, ca optime pentru microcentralele eoliene cunoscute;

- realizarea unui randament de conversie mecanic-electric avantajos in întreaga gama extinsa de viteze a vântului, prin utilizarea a doua generatoare de puteri diferite cu flexibilitate ridicata de intercuplare si interconectare;

- multiple posibilități de funcționare pe rețea electrica proprie sau de conectare la rețeaua industriala.

OV 201 1-00785--

4 -08- 2911

In continuare se prezintă exemple de realizare a invenției in legătură si cu fig. 1 care reprezintă:

- Fig.1. - Schița de principiu si schema electrica bloc a microcentralei eoliene cu limita superioara extinsa de utilizare a vitezei vântului, cu următoarele notatii: cp - variator al coeficientului de putere;

G1 - generator de putere mică;

G2 - generator de putere superioară;

BC1 - bloc electronic de control;

BF - bloc electronic de forță;

Bt - baterie acumulatori;

BC2 - bloc electronic comandă cuplaj;

BRC - bloc electronic redresare - conversie;

BO - bloc electronic operativ;

RL - rețea locală;

Rl - rețea industrială;

RN - rețea națională

Conform invenției, microcentrala eoliana cu limita extinsa de utilizare a vitezei vântului, este alcatuita fig.1, din subansamblul rotor eolian 1 de construcție cunoscuta, dar cu rezistenta mecanica superioara la forțele centrifuge de dezintegrare si la solicitările de încovoiere a palelor si mansoanelor de fixare ale acestora, si din subansamblul grup generator electric 2 antrenat de rotorul eolian 1, format din doua generatoare electrice 2.1 si 2.2 cu arbore central comun 3, de puteri nominale diferite si astfel corelate încât sa se asigure o extracție optima a puterii convertite in toata gama extinsa a vitezei vântului prin cuplarea mecanica a acestor generatoare cu ajutorul unui cuplaj electromagnetic 4, fie independent - pe rând, fie concomitent la arborele central 3, funcție de condițiile meteo si de exploatare, precum si din subansamble secundare, opționale, respectiv un sistem mecanic sau electromecanic 5 de variație a coeficientului de putere al rotorului eolian, spre exemplu prin unghiul de incidența al palelor, comandat printr-un bloc electronic de control 6 cu reacție pe parametrii mărimilor de ieșire, un bloc electronic de forța comandat 7 cu funcții de redresare la ieșirea generatorului de putere relativ mica 2.1 si de ajustare a tensiunii continue corespunzător încărcării bateriei de acumulatoare 8, si eventual de generare prin conversie electronica a unei tensiuni alternative la parametrii similari rețelei de joasa tensiune, un bloc electronic 9 pentru comanda cuplajului electromagnetic 4 al grupului generator electric 2, un bloc 10 cu rol de redresare - conversie electronica de forța a parametrilor mărimilor electrice de ieșire ale generatorului 2.2, de putere superioara, conform parametrilor rețelei industriale de

^- 2 0 1 1 - 0 0 7 8 5 -0 4 -08- 2011 joasa tensiune si, in final, un bloc operativ 11 cu rol de control a funcționalității de ansamblu.

Conform invenției, microcentrala eoliana cu limita superioara extinsa de utilizare a vitezei vântului, alcatuita ca mai sus, este compatibila sa funcționeze optimizat atat in domeniul normal incetatenit de viteza a vântului pentru microcentralele existente, spre exemplu 3-10 m/s, in care caz conversia energetica mecano-electrica are loc la nivelul generatorului 2.1 de putere relativ mica specific condițiilor normale, cat si in domeniul de extindere a limitei superioare de viteze a vântului, spre exemplu 10-20 m/s, in care caz conversia energetica mecano-electrica are loc la nivelul generatorului 2.2 de putere nominala superioara, specific condițiilor de extindere, dar poate avea loc si la nivelul ambelor generatoare cuplate concomitent la arborele de acționare central 3, toate aceste regimuri de funcționare realizandu-se prin manevre adecvate la nivelul cuplajului electromagnetic 4 comandat de la blocul electronic operativ 11.

Conform invenției, microcentrala eoliana cu limita superioara extinsa de utilizare a vitezei vântului, ca mai sus, este compatibila sa debiteze energie electrica fie pe rețea independenta de curent continuu in paralel cu bateria de acumulatoare tampon 8 si eventual pe o rețea locala de curent alternativ monofazata prin blocul electronic convertizor comandat 7, in ambele cazuri conversia macano-electrica avand loc la nivelul generatorului 2.1 specific condițiilor normale, fie pe o rețea industriala de c.a., in care caz conversia mecano-electrica are loc la nivelul generatorului 2.2 specific condițiilor de extindere a limitei superioare de viteze a vântului, cu adaptarea parametrilor prin blocul convertizor 10.

Conform invenției, microcentrala eoliana cu limita superioara extinsa de utilizare a vitezei vântului, ca mai sus, poate avea grupul generator electric 2 echipat, pentru secțiunea 2.1 specifica condițiilor normale de vânt si exploatare fie cu generator de curent alternativ sincron urmat de un redresor, fie cu generator de curent continuu, iar pentru secțiunea 2.2 specifica extinderii gamei de viteze a vântului fie cu generator de curent alternativ sincron conectat prin convertizor electronic de forța la rețea, fie cu generator de curent alternativ asincron cu rotor in scurt circuit si conectat direct la rețea sau asincron cu dubla excitație conectat mixt la rețea, respectiv o înfășurare direct si a doua prin convertizor.

Claims (4)

1. Revendicări

   1. Microcentala cu limita superioara extinsa de utilizare a vitezei vântului echipata cu subansamblu rotor eolian (1) de construcție cunoscuta, dar cu rezistenta mecanica superioara la forțele centrifuge de dezintegrare si la solicitările de încovoiere a palelor si mansoanelor de fixare ale acestora, caracterizat prin aceea ca este alcatuita si din subansamblul grup generator electric (2) antrenat de rotorul eolian (1), format din doua generatoare electrice (2.1) si (2.2) cu arbore central comun (3) , de puteri nominale diferite si astfel corelate incat sa se asigure o extracție optima a puterii convertite in toata gama extinsa a vitezei vântului prin cuplarea mecanica a acestor generatoare cu ajutorul unui cuplaj electromagnetic (4), fie independent - pe rând, fie concomitent la arborele central (3), funcție de condițiile meteo si de exploatare, precum si din subansamble secundare, opționale, respectiv un sistem mecanic sau electromecanic (5) de variație a coeficientului de putere al rotorului eolian, spre exemplu prin unghiul de incidența al palelor, comandat printr-un bloc electronic de control (6) cu reacție pe parametrii mărimilor de ieșire, un bloc electronic de forța comandat (7) cu funcții de redresare la ieșirea generatorului de putere relativ mica (2.1) si de ajustare a tensiunii continue corespunzător încărcării bateriei de acumulatoare (8), si eventual de generare prin conversie electronica a unei tensiuni alternative la parametrii similari rețelei de joasa tensiune, un bloc electronic (9) pentru comanda cuplajului electromagnetic (4) al grupului generator electric (2), un bloc (10) cu rol de redresare - conversie electronica de forța a parametrilor mărimilor electrice de ieșire ale generatorului (2.2), de putere superioara, conform parametrilor rețelei industriale de joasa tensiune si, in final, un bloc operativ (11) cu rol de control a funcționalității de ansamblu.
2. 2. Microcentala cu limita superioara extinsa de utilizare a vitezei vântului conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca este compatibila sa funcționeze optimizat atat in domeniul normal uzual de viteza a vântului pentru microcentralele existente, spre exemplu 3-10 m/s, in care caz conversia energetica mecanoelectrica are loc la nivelul generatorului (2.1) de putere relativ mica specific condițiilor normale, cat si in domeniul de extindere a limitei superioare de viteze a vântului, spre exemplu 10-20 m/s, in care caz conversia energetica mecanoelectrica are loc la nivelul generatorului (2.2) de putere nominala superioara, specific condițiilor de extindere, dar poate avea loc si la nivelul ambelor generatoare cuplate concomitent la arborele de acționare central (3), toate aceste regimuri de funcționare realizandu-se prin manevre adecvate la nivelul cuplajului electromagnetic (4) comandat de la blocul electronic operativ (11).
3. 3. Microcentala cu limita superioara extinsa de utilizare a vitezei vântului conform revendicărilor 1 si 2, caracterizat prin aceea ca este compatibila sa debiteze <<-20 1 1 - 0 0 7 8 5 -Ο <ι -08- 2311 energie electrica fie pe rețea independenta de curent continuu in paralel cu bateria de acumulatoare tampon (8) si eventual pe o rețea locala de curent alternativ monofazata prin blocul electronic convertizor comandat (7), in ambele cazuri conversia macano-electrica avand loc la nivelul generatorului (2.1) specific condițiilor normale, fie pe o rețea industriala de c.a., in care caz conversia mecano-electrica are loc la nivelul generatorului (2.2) specific condițiilor de extindere a limitei superioare de viteze a vântului, cu adaptarea parametrilor prin blocul convertizor (10).
4. 4. Microcentala cu limita superioara extinsa de utilizare a vitezei vântului conform revendicărilor 1, 2 si 3, caracterizat prin aceea ca poate avea grupul generator electric (2) echipat, pentru secțiunea (2.1) specifica condițiilor normale de vânt si exploatare fie cu generator de curent alternativ sincron urmat de un redresor, fie cu generator de curent continuu, iar pentru secțiunea (2.2) specifica extinderii gamei de viteze a vântului fie cu generator de curent alternativ sincron conectat prin convertizor electronic de forța la rețea, fie cu generator de curent alternativ asincron cu rotor in scurt circuit si conectat direct la rețea sau asincron cu dubla excitație conectat mixt la rețea, respectiv o înfășurare direct si a doua prin convertizor.