Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ

Παρουσίαση με θέμα: "Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
1Η Τύποι αιολικών μηχανών Άνεμος Αιολική Μηχανή Μετατροπή Ενέργειας Κατανάλωση Μεταφορά Αποθήκευση Κινητική Ενέργεια Ανέμου Μηχανικό Έργο Πιθανή Μετατροπή Σε Άλλη Μορφή Ενέργειας Αποθηκευμένη Κατανάλωση Μεταφερόμενη Ενέργεια Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή επί τόπου παραγωγή υδρογόνου

2 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
2Η Τύποι αιολικών μηχανών Ο βέλτιστος σχεδιασμός (τεχνικά και οικονομικά) ενός πλήρους συστήματος εκμετάλλευσης της αιολικής ενέργειας περιλαμβάνει: Μελέτη των χαρακτηριστικών του ανέμου με σκοπό την εκλογή της βέλτιστης τοποθεσίας για εγκατάσταση της αιολικής μηχανής και πρόβλεψη της παραγωγής ενέργειας Σχεδιασμός της αεροδυναμικής διάταξης που να μετατρέπει κατά τον αποδοτικότερο τρόπο την κινητική ενέργεια του ανέμου σε μηχανική Μελέτη της περίπτωσης μετατροπής του μηχανικού έργου σε άλλη πιο συμφέρουσα μορφή ενέργειας και βέλτιστο σχεδιασμό του συστήματος μετατροπής του μηχανικού έργου του δρομέα

3 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
3Η Τύποι αιολικών μηχανών Εύρεση του καλύτερου τρόπου αντιμετώπισης των διακυμάνσεων της ενέργειας του ανέμου Μελέτη του βέλτιστου τρόπου μεταφοράς της ενέργειας, αν απαιτείται Διερεύνηση της καλύτερης προσαρμογής της μεταβαλλόμενης παραγωγής ενέργειας του συστήματος προς κατανάλωση Η βέλτιστη διάταξη αναφέρεται κυρίως από την σκοπιά του οικονομικού ανταγωνισμού της αιολικής ενέργειας σε σχέση με τις συμβατικές μορφές ενέργειας

4 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
4Η Τύποι αιολικών μηχανών-Μηχανές οριζόντιου άξονα Παραδοσιακοί ανεμόμυλοι Μήκος πτερυγίων: 5-15m Πλάτος πτερυγίων: ~0.2*μήκος Ταχύτητα περιστροφής: στροφές ανά λεπτό Λόγος ακροπτερυγίου: 2-3 [λ=Rω/u] Συντελεστής απόδοσης: [Cp=Pμηχ./Pανέμου=2*Pμηχ /(ρ*Α*u3)] Oπότε η μέγιστη παραγόμενη ισχύς: Pmax=0.15*(2*R)2*u3

5 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
5Η Τύποι αιολικών μηχανών-Μηχανές οριζόντιου άξονα Αργές αιολικές μηχανές Χρήση ανεμοδείκτη για τον προσανατολισμό της μηχανής Αριθμός πτερυγίων: 12-24 Διάμετρος πτερωτής:6-8m (max:15m) Λειτουργία σε χαμηλές ταχύτητες του ανέμου (Uin=2-3m/sec) Χρήση: συνήθως για άντληση νερού Λόγος ακροπτερυγίου για βέλτιστη απόδοση: ~1 Συντελεστής απόδοσης: 0.3 Χαμηλής ισχύος μηχανές λόγω μεγάλου βάρους και λειτουργίας σε μικρές ταχύτητες ανέμου

6 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
6Η Τύποι αιολικών μηχανών-Μηχανές οριζόντιου άξονα Γρήγορες αιολικές μηχανές Μηχανές μικρού σχετικά βάρους και μικρού κόστους κατασκευής σε σχέση με τις πολύπτερες Αριθμός πτερυγίων: 2-4 Λειτουργία σε υψηλές ταχύτητες του ανέμου (Uin=5m/sec) Συχνά χρησιμοποιείται ανεμοδείκτης ή είναι αυτοπροσανατολιζόμενες Λόγος ακροπτερυγίου: μέχρι και 10 Λόγος ακροπτερυγίου για βέλτιστη απόδοση: ~6  Συντελεστής απόδοσης: 0.4

7 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
7Η Τύποι αιολικών μηχανών-Μηχανές οριζόντιου άξονα Άλλες αιολικές μηχανές Μονόπτερη αιολική μηχανή: Πτερύγιο και αντίβαρο Εμφανίζει σημαντικούς κραδασμούς Αιολική μηχανή με ηθμό διάχυσης Αύξηση της ροής στην πτερωτή Ο ηθμός είναι τοποθετημένος έτσι ώστε η στενή διατομή του να στρέφεται προς την διεύθυνση του πνέοντος ανέμου Αύξηση κατά 50% της ταχύτητας του ανέμου λόγω ηθμού με κατά συνέπεια η παραγόμενη ισχύς x3.5 Σπάνια χρήση λόγω προβλημάτων όπως δύσκολη περιστροφή του συστήματος

8 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
Πτερύγιο Μεταβλητού βήματος Ρυθμιζόμενο ακροπτερύγιο μεταπτερύγιο Σύστημα αεροδυναμικής πέδησης σταθερού Ρύθμιση βήματος-ισχύος Α/Γ 8Η Χαρακτηριστικά αιολικών μηχανών οριζόντιου άξονα Σχεδιασμός πτερωτής. Βέλτιστος συνδυασμός: Του αριθμού των πτερυγίων Του πλάτους των πτερυγίων Της αεροτομής Του γεωμετρικού βήματος Συμπεριφορά της πτερωτής κατά την εκκίνηση, επιβράδυνση, κλπ Ρύθμιση του βήματος των πτερυγίων Για περιορισμό της ισχύος όταν η ταχύτητα του ανέμου είναι μεγαλύτερη από την ονομαστική της Α/Γ Για διατήρηση σταθερών στροφών Για να υπάρχει η δυνατότητα με αλλαγή βήματος να έχουμε βέλτιστη απόδοση σε διαφορετικά πεδία ταχυτήτων

9 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
9Η Χαρακτηριστικά αιολικών μηχανών οριζόντιου άξονα Μελέτη αυτοματισμών σε σχέση με την ταχύτητα έναρξης λειτουργίας και ην ταχύτητα εξόδου: Υδραυλικά, μηχανικά, ηλεκτρικά συστήματα (σερβομηχανισμοί) Ηλεκτρονικά συστήματα Συστήματα με αντίβαρα Σύστημα προσανατολισμού της πτερωτής Πτερύγιο προσανατολισμού Αυτόματος έλεγχος μέσω αισθητήρα Αντοχή των υλικών κατασκευής των πτερυγίων Μελέτη των τάσεων και ταλαντώσεων των πτερυγίων Εύρεση κατάλληλων υλικών (ξύλο, fiberglass, ανθρακονήματα συνθετικά υλικά, ...)

10 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
10Η Χαρακτηριστικά αιολικών μηχανών οριζόντιου άξονα Προσδιορισμός του ύψους από το έδαφος του άξονα της πτερωτής. Η αύξηση του ύψους αυξάνει το κόστος εγκατάστασης αλλά ταυτόχρονα και την παραγόμενη ισχύ. Εκείνο που καθορίζει βασικά το ύψος εγκατάστασης είναι η τραχύτητα του εδάφους και τα εμπόδια στην ροή του αέρα Κατασκευή και θεμελίωση του πύργου στήριξης Σταθερότητα και αντοχή κατασκευής Έλεγχος αντοχής κατασκευής σε σεισμό Επίδραση του πύργου στήριξης στην ροή του αέρα Μικρή επίδραση στην ροή του αέρα και κατά συνέπεια στην απόδοση του συστήματος Μελέτη ταλαντώσεων του πύργου

11 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
11Η Χαρακτηριστικά αιολικών μηχανών οριζόντιου άξονα Η μορφή του πεδίου πίσω από την πτερωτή Επίδραση σε αιολικά πάρκα όπου υπάρχει αλληλεπίδραση Α/Γ, μελέτη ελάχιστης απόστασης μεταξύ Α/Γ Επιλογή των υποσυστημάτων της αιολικής μηχανής Επίδραση της αιολικής μηχανής στο περιβάλλον Παράμετροι όπως Αντιδιαβρωτική προστασία και προστασία από τους κεραυνούς Μελέτη συνθηκών φόρτισης για υπερβολικό άνεμο Κανονική λειτουργία Α/Γ με ταχύτητα <VR με παρουσία ριπής ανέμου 35m/sec Λειτουργία Α/Γ με ταχύτητα =Vout με ριπή ανέμου 60m/sec Ακινητοποιημένη Α/Γ με ταχύτητα ανέμου 60m/sec Φόρτιση Α/Γ λόγω απώλειας πτερυγίου (συνθήκες αστοχίας)

12 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
12Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Πτερωτή Κύριος άξονας (low speed) Πολλαπλασιαστής στροφών Άξονας (high speed) Κέλυφος ατράκτου Ηλεκτρική Γεννήτρια Ηλεκτρονικός Έλεγχος Μέτρηση Ταχύτητας Διεύθυνσης ανέμου Nacelle Rotor Blades Low speed shaft Gearbox High speed shaft Electrical generator Electronic control Cooling unit Tower Anemometer Wind vane

13 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
13Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Πτερωτή Στόχος στο σχεδιασμό του δρομέα είναι ο βέλτιστος συνδυασμός των διαφόρων παραμέτρων που τον συνθέτουν (διάμετρος δρομέα, γωνιακή ταχύτητα περιστροφής, αριθμός και υλικό πτερυγίων κλπ.) με κριτήριο τη μεγιστοποίηση της παραγόμενης ενέργειας και ελαχιστοποίηση του κόστους Η διάμετρος της πτερωτής εξαρτάται από την ονομαστική ισχύ της Α/Γ και το αιολικό δυναμικό της περιοχής εγκατάστασης Η γωνιακή ταχύτητα λειτουργίας της πτερωτής επιλέγεται έτσι ώστε ο λόγος ταχύτητας του ακροπτερυγίου (λ) να βρίσκεται στην περιοχή βέλτιστης τιμής του συντελεστή ισχύος (Cp)

14 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
14Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Πτερωτή Ο αριθμός των πτερυγίων εξαρτάται από την εφαρμογή: Πολυπτέρυγοι (π.χ. Αμερικάνικου τύπου) που στο παρελθόν βρήκαν πλατιά εφαρμογή για άντληση νερού με μειονεκτήματα: μικρός συντελεστής ισχύος (max 0.3), μικρή διάμετρος Με λίγα πτερύγια (2-3) πού έχουν μορφή των ελίκων των αεροσκαφών. Μεγάλοι συντελεστές ισχύος (~0.4) και βέλτιστη λειτουργία σε μεγάλο λόγο ταχυτήτων ακροπτερυγίου (λ). Πιο ταχύστροφοι και οικονομικότεροι από τους πολυπτέρυγους. Ο τρίπτερος δρομέας είναι ~5% αποδοτικότερος από τον δίπτερο και με μικρότερα φορτία, αλλά ακριβότερος. Ο μονόπτερος είναι οικονομικότερος αλλά με 10% μικρότερη ενεργειακή απόδοση από τον δίπτερο.

15 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
15Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Πτερωτή Το μέγεθος της ανεμογεννήτριας: Μικρής ισχύος (μέχρι 20kW) όπου η διάμετρος είναι έως 10m περίπου Μέσης ισχύος (20-250kW) με διαμέτρους μέχρι 25m Μεγάλης ισχύος (μεγαλύτερη από 250kW και γενικά kW) όπου η διάμετρος είναι μέχρι 80m. Γενικά είναι δύσκολο να ξεπεράσει κανείς την ισχύ των 2500kW γιατί απαιτείται κατασκευή πτερωτών πολύ μεγάλης διαμέτρου (άνω των 80m) η οποία παρουσιάζει σοβαρά τεχνικά προβλήματα Σε μία μοντέρνα Α/Γ 600kW η διάμετρος μπορεί να φτάσει τα 40m

16 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
16Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Πτερωτή Τα πτερύγια σε μεγάλης ισχύος Α/Γ κατασκευάζονται από εποξικό υλικό ενισχυμένο με υαλονήματα καθώς και ανθρακονήματα, ενώ χρησιμοποιείται η τεχνολογία των ελίκων των αεροσκαφών Στους μέσου μεγέθους πτερωτές χρησιμοποιούνται επίσης υαλονήματα με εναλλαγή της κατεύθυνσης των υαλονημάτων σε πολλαπλές στρώσεις, η ακόμα και ξύλο το οποίο εμφανίζει μεγάλη αντοχή και μικρή κόπωση Τα πτερύγια σε μικρές Α/Γ κατασκευάζονται από πολυουρεθάνη, υαλόνημα και ξύλο Σημαντική η συμπεριφορά των υλικών σε εναλλασσόμενη φόρτιση που μπορεί να οδηγήσει σε πρόωρη γήρανση

17 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
17Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Πτερωτή Υπάρχουν πτερύγια σταθερού και μεταβλητού βήματος που στην δεύτερη περίπτωση έχουν ως σκοπό την εξισορρόπηση, για ταχύτητες μεγαλύτερες της ονομαστικής, της παραγόμενης ισχύος με την ονομαστική ισχύ της εγκατάστασης (π.χ. γεννήτριας) ώστε να μην υπάρχουν προβλήματα υπερφόρτωσης Τρόποι μηχανικής ρύθμισης ισχύος για περιπτώσεις όπου η ταχύτητα του ανέμου >Vout, όταν δεν υπάρχει κατανάλωση,... Αλλαγή προσανατολισμού ολόκληρου του πτερυγίου ή μέρους του ως προς την διεύθυνση του ανέμου Ρύθμιση με βοήθεια αεροδυναμικών φρένων στα άκρα των πτερυγίων

18 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
18Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Κύριος άξονας Συνδέει το κέντρο της πτερωτής με τον πολλαπλασιαστή στροφών Ο σφυρήλατος κύριος άξονας στηρίζεται σε δύο κύρια έδρανα Σε μία σύγχρονη ανεμογεννήτρια 600kW ο δρομέας περιστρέφεται σχετικά αργά με ταχύτητα 19 έως 30 περιστροφές το λεπτό (RPM) Ο άξονας συνδέεται με δίκτυο σωληνώσεων του υδραυλικού συστήματος που χρησιμοποιείται για την λειτουργία των αεροδυναμικών φρένων

19 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
19Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Πολλαπλασιαστής στροφών Ο πολλαπλασιαστής στροφών (gear box) έχει στόχο την προσαρμογή των στροφών του δρομέα στις στροφές της γεννήτριας Άμεση σύνδεση του κύριου άξονα με την γεννήτρια (50Hz AC) με 2, 4 ή 6 πόλους θα απαιτούσε μία ταχύτητα περιστροφής RPM, που αντιστοιχεί 2 φορές περίπου στην ταχύτητα του ήχου Έλλειψη του πολλαπλασιαστή στοφών απαιτεί χρήση γεννήτριας με πολλούς πόλους και χαμηλές ταχύτητες περιστροφής (περίπου 200 πόλους για ταχύτητα 30 RPM) Η αδράνεια του ρότορα που θα πρέπει να χειριστεί η γεννήτρια σε άμεση σύνδεση απαιτεί στιβαρή και άρα ακριβή γεννήτρια Τελική περιστροφή περίπου 1500 RPM

20 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
20Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Πολλαπλασιαστής στροφών  Κριτήρια επιλογής του είναι : Η διάρκεια ζωής, βαθμός απόδοσης, θόρυβος κατά τη λειτουργία του Λόγω της συνεχούς μεταβολής της ταχύτητας του ανέμου ο πολλαπλασιαστής στροφών λειτουργεί συνεχώς με κρουστικά φορτία που οδηγούν σε πολύ γρήγορη φθορά του και μείωση της διάρκειας ζωής του. Το κιβώτιο ταχυτήτων επιλέγεται να έχει ονομαστική ισχύ πολύ μεγαλύτερη από την ονομαστική ισχύ της Α/Γ και ονομαστική ροπή κατά 200% μεγαλύτερη από την ονομαστική ροπή της αιολικής μηχανής

21 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
21Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Πολλαπλασιαστής στροφών Υπάρχουν γενικά δύο είδη κιβωτίων: Κιβώτιο με παράλληλες οδοντώσεις γραναζιών (κιβώτιο παράλληλων αξόνων). Απλούστερο κατασκευαστικά και με μικρό κόστος συντήρησης Κιβώτιο όπου οι οδοντωτοί τροχοί έχουν ελικοειδή οδόντωση (κιβώτιο με πλανητικό σύστημα τροχών). Υψηλό κόστος αγοράς και συντήρησης, αλλά με μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης και χαμηλότερες στάθμες θορύβου Για την αύξηση του χρόνου ζωής και την μείωση των κρουστικών φορτίων λειτουργίας το κιβώτιο του πολλαπλασιαστή στοφών μπορεί να στηριχθεί πάνω σε ελατήρια απόσβεσης κραδασμών  Σε μία σύγχρονη ανεμογεννήτρια 600kW ο λόγος του πολλαπλασιαστή στροφών είναι 1:50 Κέλυφος Υδραυλικά φρένα Low speed side High speed side

22 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
22Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Σύστημα πέδησης άξονα δρομέα Υπάρχουν διάφοροι τρόποι ακινητοποίησης του δρομέα: Μεταβολή βήματος πτερυγίου, ακροπτερυγίου ή αεροπέδη Στροφή του δρομέα παράλληλα στον άνεμο Πέδηση του άξονα Σε περίπτωση αστοχίας των μηχανισμών ρύθμισης του βήματος του πτερυγίου απαιτείται ύπαρξη συστήματος πέδησης άμεσα στον άξονα του δρομέα (συνήθως τύπου δισκόφρενο) Συνήθως γίνεται τοποθέτηση του φρένου στον υψηλόστροφο άξονα της μηχανής γιατί η ροπή πέδησης είναι μικρή Συχνά η πέδη είναι ηλεκτρομαγνητικού τύπου και ενεργοποιείται αυτόματα με την διακοπή του ρεύματος (η πέδη παραμένει ανοικτή με ηλεκτρομαγνήτες)

23 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
23Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Ηλεκτρική γεννήτρια (Σύγχρονες) Η μηχανική ισχύς μεταφέρεται από τον πολλαπλασιαστή στροφών στην ηλεκτρική γεννήτρια μέσω ενός άξονα μετάδοσης. Όλες οι τριφασικές γεννήτριες χρησιμοποιούν μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο Οι σύγχρονες γεννήτριες δεν απαιτούν εξωτερική τάση για την διέγερσή τους. Η διέγερση είναι συνεχούς ρεύματος και παράγεται από την ίδια την γεννήτρια Όταν ο αιολικός σταθμός είναι συνδεδεμένος στο δίκτυο τότε οι συχνότητες του δικτύου και της γεννήτριας ταυτίζονται Οι διακυμάνσεις των στροφών λόγω απότομων μεταβολών του ανέμου μεταφέρονται κατευθείαν στο δίκτυο

24 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
24Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Ηλεκτρική γεννήτρια (Σύγχρονες) Σε αυτόνομη λειτουργία της Α/Γ (όχι διασύνδεση με το δίκτυο ρεύματος) είναι απαραίτητη η περιστροφή των ρότορα με σταθερή γωνιακή ταχύτητα για να παραχθεί εναλλασόμενο ρεύμα με σταθερή συχνότητα Στην πράξη οι σύγχρονες γεννήτριες με μόνιμους μαγνήτες χρησιμοποιούνται ελάχιστα λόγω: Σταδιακός απομαγνητισμός των μόνιμων μαγνητών, κυρίως εξαιτίας της λειτουργίας τους μέσα στα ισχυρά μαγνητικά πεδία που υπάρχουν στην γεννήτρια Οι ισχυροί μαγνήτες κατασκευάζονται από σπάνια υλικά (π.χ. Νεοδύμιο) τα οποία είναι κατά κανόνα ακριβά Χρήση ηλεκτρομαγνητών στο ρότορα και τροφοδοσία του με συνεχές ρεύμα από το δίκτυο

25 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
25Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Ηλεκτρική γεννήτρια (Σύγχρονες) Στάτης AC Ρότορας DC Ταχύτητα περιστροφής του στάτη= Ταχύτητα περιστροφής του πεδίου του ρότορα= Ωs

26 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
26Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Ηλεκτρική γεννήτρια (Σύγχρονες) Αυξάνοντας τον αριθμό των πόλων, μπορούμε να μειώσουμε την απαραίτητη ταχύτητα περιστροφής του πεδίου. Οι περισσότερες Α/Γ χρησιμοποιούν 4-6 πόλους για λόγους οικονομίας και όγκου Αργή μεγάλη (ακριβή) γεννήτρια Γρήγορη μικρή (φθηνή) γεννήτρια

27 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
27Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Ηλεκτρική γεννήτρια (Ασύγχρονες) Τα πλεονεκτήματα της ασύγχρονης γεννήτριας είναι η απλότητα της κατασκευής της, το χαμηλό κόστος και η ευκολία σύνδεσης με το δίκτυο Η ασύγχρονη γεννήτρια με δρομέα τύπου κλωβού χρησιμοποιείται ευρύτατα σε μικρή ισχύος Α/Γ (μέχρι 300kW), συνιστάται σε περιοχές με μικρές διακυμάνσεις της ταχύτητας του ανέμου Ο ρότορας είναι κυρίως εκείνος που κάνει την ασύγχρονη γεννήτρια διαφορετική από την σύγχρονη. Αποτελείται από ένα αριθμό χάλκινων ή αλουμινένιων ράβδων οι οποίες είναι ενωμένες στις άκρες τους και στο κέντρο του υπάρχει μεταλλικός πυρήνας. Ο ρότορας τοποθετείται στο εσωτερικό του στάτορα ο οποίος έχει συνήθως 4 πόλους.

28 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
28Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Ηλεκτρική γεννήτρια (Ασύγχρονες) Όταν ο ρότορας περιστρέφεται με ταχύτητα μεγαλύτερη από την σύγχρονη (1500 RPM για γεννήτρια 4 πόλων), δηλαδή με συχνότητα μεγαλύτερη από την συχνότητα μεταβολής του πεδίου του στάτορα, ισχυρά ρεύματα εμφανίζονται στο ρότορα. Όσο γρηγορότερα περιστρέφεται ο στάτορας τόσο περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια παράγεται Η μεταβολή των στροφών που απαιτείται είναι της τάξεως 1-5% (1515 RPM για γεννήτρια 4 πόλων) Η γεννήτρια μεταβάλει ελάχιστα την ταχύτητά της με την μεταβολή της ροπής. Αυτό σημαίνει ότι μειωμένες τριβές στον πολλαπλασιαστή στροφών και αποτελεί από τους βασικούς λόγους χρήσης της ασύγχρονης γεννήτριας

29 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
29Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Ηλεκτρική γεννήτρια (Ασύγχρονες) Στάτης ΑC Ταχύτητα περιστροφής του πεδίου του στάτη: Ωs Ταχύτητα περιστροφής του ρότορα: Ωr =(1-s) Ωs s: slip (ολίσθηση): s=(Ωs – Ωr)/ Ωs Μαγνητικό Πεδίο Ισχυρά ρεύματα

30 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
30, 31Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Γεννήτρια συνεχούς ρεύματος Οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος βρίσκουν εφαρμογή στη φόρτιση συσσωρευτών και όχι σε εξυπηρέτηση καταναλωτών. Έχουν μεγάλη ευπάθεια των ψηκτρών – συλλέκτη Μεγάλο σχετικά κόστος Έχουν αναπτυχθεί Α/Γ χωρίς πολλαπλασιαστή στροφών όπου η γεννήτρια συνδέεται απευθείας στο ρότορα και κινείται από αυτόν. Η γεννήτρια είναι μια πολύ-πολική μηχανή και βασίζεται στην αρχή λειτουργίας των σύγχρονων γεννητριών. Η γεννήτρια που αναπτύχθηκε συνδυάζει χαμηλό βάρος με υψηλή απόδοση. Επίσης επιτυγχάνεται ελαχιστοποίηση του θορύβου από τον πολλαπλασιαστή στροφών και μείωση των βλαβών, σε υψηλές ταχύτητες ανέμου, των μηχανολογικών εξαρτημάτων

31 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
32Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Σύστημα ελέγχου πτερυγίων Μεταβολή του βήματος του πτερυγίου ή του ακροπτερυγίου Στροφή του δρομέα ώστε το επίπεδό του να γυρίσει παράλληλα στην διεύθυνση του ανέμου (yaw control) Αύξηση της αεροδυναμικής αντίστασης με την ενεργοποίηση αεροπέδης (spoiler) Μηχανική πέδηση του άξονα Σύστημα ελέγχου Όλες οι λειτουργίες της Α/Γ μετρώνται και ελέγχονται από μια μονάδα ελέγχου που βασίζεται σε μικροεπεξεργαστή και περιέχει τα κατάλληλα κυκλώματα ελέγχου ισχύος

32 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
33Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Σύστημα προσανατολισμού Στις μικρού ή μεσαίου Α/Γχρησιμοποιείται καθοδηγητικό πτερύγιο Στις Α/Γ μεγάλου μεγέθους χρησιμοποιείται σερβοκινητήρας ο οποίος ελέγχεται από από τον ανεμοδείκτη του ανεμογράφου Ο δρομέας προσανατολίζεται (yaw control) με δύο ηλεκτροκίνητους οδοντωτούς τροχούς προσανατολισμού που εφαρμόζουν σε μια οδοντωτή κορώνα τοποθετημένη στην κορυφή του πύργου.

33 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
34Η Μέρη Α/Γ οριζόντιου άξονα Κέλυφος ατράκτου Το κέλυφος της ατράκτου (nacelle) είναι συνήθως από πολυεστερικό υλικό ενισχυμένο με υαλοβάμβακα και προστατεύει τον ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό της Α/Γ. Η πρόσβαση στην άτρακτο επιτυγχάνεται από κεντρικό άνοιγμα, ανεξάρτητα από τη θέση της ατράκτου ως προς τον πύργο Πύργος Ο πύργος είναι κυλινδρικός, ελαφρά κωνικός. Επιμεταλλώνεται και βάφεται συνήθως με λευκή βαφή. Κατασκευάζεται συνήθως σε 3 ή περισσότερα τμήματα με εσωτερικές φλάντζες σύνδεσης. (€ / 10m)

34 P=0.16*S*V3 [όπου S=h(2d-e)]
Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 35Η Αιολικές μηχανές κατακόρυφου άξονα Τύπου Savonius Η πτερωτή αποτελείται από δύο ημικυλίνδρους Σημαντικό ρόλο παίζει η απόσταση μεταξύ των ημικυλίνδρων (e) σε σχέση με την διάμετρό τους (d) Ο αρχικός τύπος είχε κατασκευαστεί έτσι ώστε ο λόγος e/d να ισούται με 1/3 (τύπος IV) Ο λόγος ακροπτερυγίου (λ=ωR/u) για τον οποίο έχουμε την μεγαλύτερη απόδοση πρέπει να έχει τιμές: 0.9<λ<1 Ο αντίστοιχος Cp=0.25 και η μέγιστη παραγόμενη ισχύς είναι: P=0.16*S*V3 [όπου S=h(2d-e)]

35 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
36Η Αιολικές μηχανές κατακόρυφου άξονα Τύπου Darrieus Αποτελούνται από άκαμπτα πτερύγια στερεωμένα και στα δύο άκρα τους Η επιφάνεια τους μπορεί να είναι κυλινδρική, κωνική ή παραβολική Ο συντελεστής ισχύος: Cp=λ*Cm όπου Cm ο συντελεστής ροπής του συστήματος Η μέγιστη παραγόμενη ισχύς (2-3 πτερύγια) είναι: P=0.25*S*V3 για λ=(5*R/(b*l))1/2 l:μήκος χορδής πτερυγίων, R: η μέγιστη απόσταση του πτερυγίου από το κέντρο, b:συνάρτηση της γεωμετρίας του συστήματος

36 Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ
37Η Αιολικές μηχανές κατακόρυφου άξονα Τύπου Darrieus Απλότητα και οικονομία στην κατασκευή Ελαφρύ σύστημα που δεν χρειάζεται μεγάλο πύργο στήριξης Δεν απαιτείται τοποθέτηση σε μεγάλο ύψος από το έδαφος Δεν απαιτείται σύστημα προσανατολισμού Δεν χρειάζεται ρύθμιση για περιορισμό της ισχύος σε υψηλές ταχύτητες λόγω της ευνοϊκής καμπύλης Cp-λ Χαμηλή απόδοση σε σχέση με μηχανές οριζόντιου άξονα