568 2

15. NOWE ŹRÓDŁA I TECHNOLOGIE WYTWARZANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

15.3.6. Generatory

Generatory napędzane turbinami wiatrowymi pracują ze stalą lub zmienną prędkością obrotową.

Pomiędzy mocą P rozwijaną przez turbinę a momentem napędowym M i prędkością kątową co zachodzi relacja

P = Mco

W przypadku podmuchu wiatru wzrasta moc rozwijana przez turbinę o AP(t), czyli można zapisać zależność

P + AP(t) - (M + AM(t))(co + Aco(t))

Stąd przyrost momentu

AM{x) =

AP(t) — MAcq(x) oj + Aco(t)

(15.17)

gdzie: AP(x), AM(t) i Aco(t) - przyrosty zmienne w czasie t.

Z wzoru (15.17) wynika, że przyrost momentu AM(i) działającego na łopaty turbiny wiatrowej może być bardzo duży, jeżeli zmiany prędkości Aco będą małe (podobne jest zjawisko przy zderzeniu samochodu ze sztywną lub elastyczną przeszkodą).

Po podmuchu wiatru, w czasie zwiększenia prędkości kątowej, wirnik turbiny wiatrowej o dużym momencie bezwładności akumuluje energię kinetyczną, którą następnie oddaje, gdy mija podmuch wiatru (patrz również (4.20) i (4.21)). Zatem włączony do sieci generator napędzany turbiną powinien umożliwić zwiększenie prędkości obrotowej takiego zespołu.

Zmiana prędkości obrotowej elektrowni wiatrowej ma następujące zalety:

-    możliwość najlepszego wykorzystania energii wiatru (p. 15.3.5);

-    mniejsze naprężenia mechaniczne, mniejsze zużycie i mniejsza awaryjność przekładni - po podmuchu wiatru następuje przyspieszenie wirnika zamiast szkodliwego skoku momentu napędowego;

-    oddawana moc jest bardziej stabilna, ponieważ wirnik turbiny zachowuje się jak pośredniczący magazyn energii.

Zatem zmiana prędkości obrotowej generatora, nawet w zakresie zjawiska poślizgu, jest bardzo pożyteczna.

W elektrowniach wiatrowych istnieje duża różnorodność stosowanych generatorów (prądnic) oraz schematów ich przyłączenia do sieci elektroenergetycznej (odbiorców). Zależy to od przeznaczenia elektrowni i jej mocy.

Małe elektrownie, zwane przydomowymi, zwykle są budowane dla zaspokojenia potrzeb gospodarstwa domowego (najczęściej do podgrzewania wody) lub małych przedsiębiorstw, nie zaś w celu komercyjnej sprzedaży energii. Pracują na sieć wydzieloną. Najczęściej stosowane są prądnice prądu stałego lub prądnice

568