Πτυχιακή εργασία ΤΓΚΡΙΣΙΚΗ ΑΝΑΛΤΗ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΤΣΗΜΑΣΩΝ ΚΑΙ ΔΛΔΓΥΟ ΙΥΤΟ Δ ΤΣΗΜΑ ΜΔ ΑΜΓΣ (ΑΤΓΥΡΟΝΗ ΜΗΥΑΝΗ ΓΙΠΛΗ ΣΡΟΦΟΓΟΙΑ) Γεκφπνπινο νθηαλφο ΑΔΜ:4177

Transcript

1 Πτυχιακή εργασία ΤΓΚΡΙΣΙΚΗ ΑΝΑΛΤΗ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΤΣΗΜΑΣΩΝ ΚΑΙ ΔΛΔΓΥΟ ΙΥΤΟ Δ ΤΣΗΜΑ ΜΔ ΑΜΓΣ (ΑΤΓΥΡΟΝΗ ΜΗΥΑΝΗ ΓΙΠΛΗ ΣΡΟΦΟΓΟΙΑ) Γεκφπνπινο νθηαλφο ΑΔΜ:4177 1

2 Πίλαθαο πεξηερνκέλσλ Περίληψη :... 5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Η ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΟ ΠΕΡΑΜΑ ΣΟΤ ΧΡΟΝΟΤ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΧΗΜΑΣΙΜΟ ΣΩΝ ΑΝΕΜΩΝ ΜΕΗ ΣΙΜΗ ΣΗ ΣΑΧΤΣΗΣΑ ΣΟΤ ΑΝΕΜΟΤ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΧΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΣΗ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΣΡΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΣΙ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΣΡΙΕ ΣΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΕΙΔΗ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΔΟΜΗ ΜΙΑ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΣΡΙΑ Νασέλλα Πύργος Βάση ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΤΓΧΡΟΝΕ ΓΕΝΝΗΣΡΙΕ ΤΓΧΡΟΝΕ ΓΕΝΝΗΣΡΙΕ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΘΟΔΟΙ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΣΡΙΕ ΣΑΘΕΡΩΝ ΣΡΟΦΩΝ

3 ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΣΡΙΕ ΜΕΣΑΒΛΗΣΩΝ ΣΡΟΦΩΝ PITCH CONTROL (ζλεγχοσ μεταβολήσ τησ κλίςησ των πτερυγίων) ΣΕΧΝΟΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΜΕΛΕΣΗ ΑΙΟΛΙΚΟΤ ΠΑΡΚΟΤ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ- ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΣΙΚΑ ΟΦΕΛΗ ΚΡΙΣΗΡΙΑ ΓΙΑ ΣΗΝ ΚΑΣΑΛΛΗΛΗ ΘΕΗ ΕΓΚΑΣΑΣΑΗ ΕΝΟ ΑΟΛΙΚΟΤ ΠΑΡΚΟΤ ΓΙΑΣΙ ΛΕΜΕ ΝΑΙ ΣΑ ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΠΑΡΚΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ DC ΜΕΣΑΦΟΡΑ ΒΑΙΜΕΝΗ Ε VSC ΤΝΟΠΣΙΚΑ ΕΙΑΓΩΓΗ ΣΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΕΣΑΣΡΟΠΕΩΝ ΠΗΓΗ ΣΑΗ (VSC) PWM ΜΕΣΑΣΡΟΠΕΙ ΣΟ PROJECT HELLSJON ΤΝΕΡΓΑΙΑ ΜΕ ΣΗΝ ΣΟΠΙΚΗ ΧΡΗΗ ΠΡΟΟΜΟΙΩΗ ΚΑΙ ΔΟΚΙΜΗ ΧΕΔΙΑΜΟ ΣΟΤ ΜΕΣΑΣΡΟΠΕΑ ΒΑΙΚΑ ΚΤΚΛΩΜΑΣΑ ΕΛΕΓΧΟ ΔΟΚΙΜΗ ΑΝΑΠΣΤΞΗ ΕΞΟΠΛΙΜΟ ΕΛΕΓΧΟΤ ΕΡΓΑΣΗΡΙΑΚΗ ΔΟΚΙΜΗ ΣΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΗΜΙΣΟΝΟΕΙΔΗ ΡΤΘΜΙΗ ΣΟΤ ΠΛΑΣΟΤ ΣΩΝ ΠΑΛΜΩΝ

4 8.2. ΕΠΙΛΕΚΣΙΚΗ ΑΠΟΚΟΠΗ ΑΡΜΟΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ : ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΟΟΜΟΙΩΗ ΤΣΗΜΑΣΟ ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΓΕΝΝΗΣΡΙΑ ΔΙΠΛΗ ΣΡΟΦΟΔΟΙΑ (DFIG) ΚΑΙ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ Εισαγωγή Αρχή τησ διπλήσ ςίτιςησ Αποτελζςματα μελζτησ Μελζτη προςομοίωςησ Συμπεράςματα

5 Πεξίιεςε : Έλα ζψκα ή ζχζηεκα ζσκάησλ πεξηέρεη ελέξγεηα, φηαλ έρεη ηε δπλαηφηεηα παξαγσγήο έξγνπ ή κπνξεί λα εθπέκπεη θσο ή ζεξκφηεηα Κηλεηηθή ελέξγεηα είλαη ε ελέξγεηα ελφο ζψκαηνο ή ζπζηήκαηνο ζσκάησλ ή ελφο ξεπζηνχ ιφγσ ηεο θίλεζεο ηελ νπνία έρεη. Απηή ε ελέξγεηα κπνξεί λα βξεζεί ζηνλ άλεκν, ζην λεξφ ελφο πνηακνχ, ή ζε έλα ζψκα πνπ πέθηεη απφ ςειφ. Κάζε ζψκα πνπ θηλείηαη έρεη θηλεηηθή ελέξγεηα, ε νπνία κπνξεί λα έρεη πξνέιζεη απφ ηε κεηαηξνπή άιιεο κνξθήο ελέξγεηαο, φπσο γηα παξάδεηγκα ε θίλεζε ηνπ δξνκέα ελφο ειεθηξνθηλεηήξα ιφγσ ηεο θαηαλαιηζθφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Δπίζεο κπνξεί λα έρεη πξνέιζεη απφ αμηνπνίεζε κηαο θπζηθήο πεγήο, φπσο είλαη ε θίλεζε ηεο θηεξσηήο κηαο αλεκνγελλήηξηαο απφ ηνλ άλεκν. Οη πεξηζζφηεξεο κνξθέο θηλεηηθήο ελέξγεηαο πνπ απαληψληαη ζηε θχζε νλνκάδνληαη έκκεζεο κνξθέο ειηαθήο ελέξγεηαο, γηαηί πξνέξρνληαη απφ ηε κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε θηλεηηθή ελέξγεηα Σέηνηεο είλαη ε αηνιηθή ελέξγεηα, ε πδξνδπλακηθή ελέξγεηα, ε ελέξγεηα ησλ θπκάησλ, νη παιίξξνηεο θαη ηα ξεχκαηα ησλ 'σθεαλψλ. ηελ παξνχζα εξγαζία παξνπζηάδνληαη δηάθνξνη ηχπνη αηνιηθψλ ζπζηεκάησλ. Οη δπν βαζηθέο θαηεγνξίεο ζηηο νπνίεο δηαθξίλνληαη νη αλεκνγελλήηξηεο θαη ζπλεπψο ηα αηνιηθά ζπζηήκαηα, είλαη νη ζηαζεξήο ηαρχηεηαο (fixed speed) θαη νη κεηαβιεηήο ηαρχηεηαο (variable speed). ε θαζέλαλ απφ ηνπο ηχπνπο απηνχο είλαη δπλαηφ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ επαγσγηθέο ή ζχγρξνλεο γελλήηξηεο. Αθνχ αλαθεξζνχλ ηα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ηεο επαγσγηθήο (θισβνχ ή δαθηπιηνθφξνπ δξνκέα) θαη ηεο ζχγρξνλεο γελλήηξηαο, παξνπζηάδεηαη ε ιεηηνπξγία ηνπ θάζε ηχπνπ γελλήηξηαο ζε αηνιηθφ ζχζηεκα ξπζκηζκέλεο ηαρχηεηαο αλεκνγελλήηξηαο ή ζε αηνιηθφ ζχζηεκα κεηαβιεηήο ηαρχηεηαο αλεκνγελλήηξηαο. Αλαθέξνληαη πιενλεθηήκαηα θαη κεηνλεθηήκαηα γηα θάζε πεξίπησζε. Δηδηθά γηα κεηαβιεηήο ηαρχηεηαο αηνιηθά ζπζηήκαηα, πνπ παξνπζηάδνπλ θαη ην κεγαιχηεξν ελδηαθέξνλ, παξνπζηάδνληαη 3 πεξηπηψζεηο : Α.Μ. κε θισβφ θαη ζχλδεζε ΔΡ/Ρ/ΔΡ ζην ζηάηε, Α.Μ. κε δαθηπιηνθφξν δξνκέα θαη ζχλδεζε ΔΡ/Ρ/ΔΡ ζην δξνκέα,.μ. κε ζχλδεζε ΔΡ/Ρ/ΔΡ ζην ζηάηε. Απφ απηέο ζα εζηηάζνπκε ζηελ πεξίπησζε ηνπ δαθηπιηνθφξνπ δξνκέα (δηπιήο ηξνθνδφηεζεο). 5

6 Γίλεηαη αλαιπηηθή παξνπζίαζε ηεο δνκήο θαη ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ ειεθηξνληθνχ κεηαηξνπέα πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζε κηα επαγσγηθή γελλήηξηα δηπιήο ηξνθνδφηεζεο. Η δηάηαμε απηή είλαη ε «πιάηε κε πιάηε» ζχλδεζε δχν Μεηαηξνπέσλ Πεγήο Σάζεο (VSC) θαη ε ρξήζε ηεο έρεη αξθεηά πιενλεθηήκαηα απφ ηε ρξήζε κεηαηξνπέσλ κε ζπξίζηνξο. ε αηνιηθφ ζχζηεκα κε ηέηνηνπ ηχπνπ γελλήηξηα ζα γίλεη έιεγρνο ηζρχνο. Γηα λα γίλεη απηφ, αξρηθά παξάγεηαη έλα πξφηππν ηεο επαγσγηθήο κεραλήο δηπιήο ηξνθνδνζίαο (DFIG) ζε ζχζηεκα δχν αμφλσλ (d-q).ηε ζπλέρεηα πεξηγξάθεηαη ε δηαδηθαζία ζχλδεζεο ηνπ ζπζηήκαηνο κε ην δίθηπν. Αθνινπζεί ν έιεγρνο ηεο ελεξγνχ θαη ηεο αέξγνπ ηζρχνο. Γηα λα πεηχρνπκε ηνλ έιεγρν ηεο ελεξγνχ θαη ηεο άεξγνπ ηζρχνο ηνπ ζηάηε ε νπνία αληαιιάζζεηαη αλάκεζα ζηε DFIG θαη ην δίθηπν, παξνπζηάδεηαη κηα κέζνδνο δηαλπζκαηηθνχ ειέγρνπ. Μειεηψληαη πξνζνκνηψζεηο γηα δπν ηχπνπο ειεγθηψλ : ηνλ θιαζηθφ PI ειεγθηή θαη ηνλ πνιπσλπκηθφ RST. Οη απνθξίζεηο ησλ δχν απηψλ ηχπσλ ειεγθηψλ ζπγθξίλνληαη ζε δηάθνξεο πεξηπηψζεηο. Πξνθχπηεη πσο ν RST ειεγθηήο είλαη πην απνδνηηθφο ζηηο πεξηπηψζεηο φπνπ ε ηαρχηεηα κεηαβάιιεηαη απφηνκα, ελψ είλαη πην ηζρπξφο έλαληη κεηαβνιψλ ησλ παξακέηξσλ ηεο DFIG. Σέινο, εμεηάδεηαη ε κεηαβαηηθή απφθξηζε ηνπ ζπζηήκαηνο ζηελ πεξίπησζε ηνπ PI ειεγθηή, γηα δηαθνξεηηθέο ηηκέο ησλ παξακέηξσλ ηνπ PI ειεγθηή. Γηαπηζηψλνπκε φηη κεγαιχηεξεο ηηκέο ησλ παξακέηξσλ ηνπ ειεγθηή δίλνπλ θαη θαιχηεξεο απνθξίζεηο. 6

7 ΔΙΑΓΩΓΗ Ο Άλεκνο είλαη δχλακε. Μηα δχλακε, πνπ ν άλζξσπνο ρξεζηκνπνίεζε απφ ηα πξψηα βήκαηα ηεο εμέιημεο ηνπ πνιηηηζκνχ ηνπ σο θπζηθή πεγή ελέξγεηαο. Υξεζηκνπνηήζεθε απφ ηα αξραία ρξφληα ζηε Ναπζηπιν Σα (ηζηηνθφξα) θαη ζηε γεσξγία κ~ ηε ρξήζε αλεκφκπισλ, γηα ηελ άληιεζε ηνπ λεξνχ θαη ην άιεζκα ησλ δεκεηξηαθψλ. Οη αξραίνη Έιιελεο ζε έλδεημε ζεβαζκνχ γηα απηή ηελ πξνζθνξά ηεο θχζεο, ζενπνίεζαλ απηή ηε δχλακε θαη νλφκαζαλ Αίνιν ην ζεφ ησλ αλέκσλ. Αθφκε θαη ζήκεξα ε ελέξγεηα ηνπ αλέκνπ νλνκάδεηαη αηνιηθή. Η δχλακε ηνπ αλέκνπ δελ ειέγρεηαη. ε κηα ζενκελία (ηπθψλαο) κπνξεί λα θαηαζηξέςεη ζπίηηα, δέληξα, ζπαξηά, ηα πάληα. Αληίζεηα, άιιεο θνξέο κπνξεί λα πξνζθέξεη ηε δξνζεξή ηνπ αχξα, λα βνεζά ζηελ θίλεζε κηθξψλ θαη κεγάισλ πινίσλ ζηηο αλνηθηέο ζάιαζζεο, λα θηλεί αλεκφκπινπο γηα ηελ άληιεζε ηνπ λεξνχ, γηα ηελ χδξεπζε θαη ηελ άξδεπζε θαιιηεξγεηψλ. Μπνξεί λα βνεζήζεη ζην άιεζκα δεκεηξηαθψλ, ζην πξηφληζκα μχισλ θαη ηέινο, ε ζπνπδαηφηεξε ίζσο εθαξκνγή ζηελ επνρή καο, λα θηλεί ην δξνκέα (θηλεηφ κέξνο) κεραλψλ, πνπ παξάγνπλ ειεθηξηθφ ξεχκα θαη νλνκάδνληαη Αλεκνγελλήηξηεο. 7

8 ηε γεληθή ηνπο κνξθή νη Αλεκνγελλήηξηεο. κεηαηξέπνπλ ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα ηνπ αλέκνπ ζε άιιεο πην ρξήζηκεο κνξθέο ελέξγεηαο, φπσο ζεξκηθή, ειεθηξηθή θαη θπζηθά κεραληθή.ο άλεκνο φκσο, είλαη κηα αλεμέιεγθηε θαη ρξνληθά κεηαβαιιφκελε ζε φιεο ηεο ηηο παξακέηξνπο πεγή ελέξγεηαο. Η δέζκεπζε θαη ρξεζηκνπνίεζε ηεο ελέξγεηαο απηήο, είλαη σο εθ ηνχηνπ κηα πνιχ δαπαλεξή δηαδηθαζία. Η ζρεδίαζε θαη ε θαηαζθεπή κηαο απνδνηηθήο θαη παξάιιεια νηθνλνκηθήο αλεκνκεραλήο δελ είλαη εχθνιε δνπιεηά. Παξφια απηά, νη ζχγρξνλεο αλεκνκεραλέο (πνπ ε επηζηεκνληθή νλνκαζία ηνπο είλαη «ζπζηήκαηα κεηαηξνπήο» ηεο αηνιηθήο ελέξγεηαο, ή πην απιά «αλεκνθηλεηήξεο», ή φηαλ παξάγνπλ ειεθηξηθή ελέξγεηα «αλεκνγελλήηξηεο»), ρξεζηκνπνηψληαο ηα πξφζθαηα επηηεχγκαηα ζηελ ηερλνινγία ησλ πιηθψλ, ζηε κεραλνινγία, ζηελ ειεθηξνληθή θαη ζηελ αεξνδπλακηθή, έρνπλ αλεβάζεη ζε πςειά επίπεδα ηελ απφδνζε ηνπο, κεηψλνληαο ζπλερψο ην θφζηνο ηεο παξαγφκελεο ελέξγεηαο. Η κειέηε ελφο ζπζηήκαηνο αλεκνγελλήηξηαο, πεξηιακβάλεη ηελ αεξνδπλακηθή ζρεδίαζε θαη ηε κειέηε εθαξκνγήο, ζηελ νπνία πεξηιακβάλνληαη ε κεραλνινγηθή κειέηε θαη ζρεδίαζε, ε κειέηε ηνπ ειεθηξνινγηθνχ ζπζηήκαηνο θαη ηα ειεθηξνινγηθά ζπζηήκαηα ειέγρνπ θαη αζθαιείαο. Η αεξνδπλακηθή ζρεδίαζε απνηειεί πξνυπφζεζε γηα ηνλ ζρεδηαζκφ ελφο ζπζηήκαηνο δέζκεπζεο θαη κεηαηξνπήο ηεο ελέξγεηαο ηνπ αλέκνπ, ελψ ε ειεθηξνκεραλνινγηθή κειέηε είλαη ην ακέζσο επφκελν θαη αλαγθαίν ζηάδην γηα ηελ πινπνίεζε ελφο ηέηνηνπ ζπζηήκαηνο, θαηά ηνλ απνδνηηθφηεξν θαη πιένλ ζπκθέξνληα ηερλννηθνλνκηθφ ηξφπν. Η ηερλνινγία ησλ αλεκνγελλεηξηψλ αλαπηχρζεθε ζε ηέηνην βαζκφ ηα ηειεπηαία ρξφληα, ψζηε ην θφζηνο παξαγσγήο κηαο kwh απφ ηνλ άλεκν λα είλαη αληαγσληζηηθφ ηνπ αληίζηνηρνπ κηαο ζπκβαηηθήο κνλάδαο. Γηα ηελ Διιάδα νη ζρεηηθέο κειέηεο εθηηκνχλ φηη ην ηερληθά εθκεηαιιεχζηκν ζπλνιηθφ αηνιηθφ δπλακηθφ, κε βάζε ηηο ζεκεξηλέο ηερλνινγηθέο δπλαηφηεηεο θαη ηνπο πεξηνξηζκνχο ρσξνζέηεζεο ησλ αηνιηθψλ πάξθσλ, αλέξρεηαη ζε MW γηα ηαρχηεηα αλέκνπ κεγαιχηεξε ησλ 6m/s (κέηξηνο άλεκνο -4 BEAUFORT ζηελ αληίζηνηρε αλεκνκεηξηθή θιίκαθα). Με ηε ζεκεξηλή κείσζε ησλ απνζεκάησλ πεηξειαίνπ, ηα πεξηβαιινληηθά πξνβιήκαηα πνπ πξνθαιεί ε ρξήζε ηνπ θαη ε ζηαζεξή αχμεζε ελεξγεηαθήο δήηεζεο, ε αηνιηθή ελέξγεηα ρξεζηκνπνηείηαη πεξηζζφηεξν γηα παξαγσγή ειεθηξηθήο. ελέξγεηαο. 8

9 Σα ηειεπηαία ρξφληα ε εμέιημε ηεο ηερλνινγίαο ησλ πιηθψλ ζπλέβαιε ζηελ ηεξάζηηα πξφνδν ηεο εθκεηάιιεπζεο ηεο αηνιηθήο ελέξγεηαο κε ηε κεηαηξνπή ηεο ζε ειεθηξηθή κε ηε ρξήζε αλεκνγελλεηξηψλ κεγάιεο ηζρχνο. Η δπλακηθή αχμεζε ηεο εθκεηάιιεπζεο αηνιηθήο ελέξγεηαο ζε παγθφζκηα θιίκαθα κε πξφβιεςε σο ην 2010 παξνπζηάδεηαη ζηνλ πίλαθα πνπ αθνινπζεί. Απεηθφληζε ηεο αχμεζεο ηεο εθκεηάιιεπζεο αηνιηθήο ελέξγεηαο απφ ην 1980 κε πξφβιεςε κέρξη ην 2010 Η παξαγφκελε απφ ηελ αλεκνγελλήηξηα ειεθηξηθή ελέξγεηα εμαξηάηαη θπξίσο απφ ηελ εηήζηα θαηαλνκή ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ ζηε ζέζε φπνπ απηή είλαη ηνπνζεηεκέλε. Απηφο ν παξάγνληαο πξνυπνζέηεη ηελ πινπνίεζε κειεηψλ ηνπ αηνιηθνχ πεδίνπ θάζε πεξηνρήο (πεξάζκαηα αέξα) θαη ηελ πεηξακαηηθή ηνπο επαιήζεπζε γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ηεο ζέζεο ηνπ αηνιηθνχ πάξθνπ, δειαδή ηεο πεξηνρήο εγθαηάζηαζεο πνιιψλ αλεκνγελλεηξηψλ. ηηο Η.ΠΑ παξάγνληαη πεξίπνπ 3 δηζεθαηνκκχξηα kwh ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ αηνιηθά πάξθα. Η πνιηηεία ηεο Καιηθφξληαο παξάγεη ην κεγαιχηεξν πνζνζηφ κε πεξηζζφηεξεο απφ αλεκνγελλήηξηεο ζε ιεηηνπξγία. Απηέο νη αλεκνγελλήηξηεο κπνξνχλ λα θαιχςνπλ ηηο ελεξγεηαθέο απαηηήζεηο κηαο πφιεο θαηνίθσλ. Η παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ ηνλ άλεκν εμνηθνλνκεί αξθεηά εθαηνκκχξηα βαξέιηα πεηξέιαην ην ρξφλν. Δίλαη ε πνζφηεηα πνπ ζα απαηηείην γηα ηελ θάιπςε ησλ ίδησλ αλαγθψλ ζε ειεθηξηζκφ, αλ ρξεζηκνπνηνχληαλ νη ηππηθέο εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο κε 9

10 ζπκβαηηθά θαχζηκα. ηα ακέζσο επφκελα ρξφληα πξνβιέπεηαη ε εγθαηάζηαζε αθφκε πεξηζζφηεξσλ αηνιηθψλ πάξθσλ ζηηο ππφινηπεο πνιηηείεο. ηελ Δπξψπε ε αηνιηθή ελέξγεηα ζεσξεηηθά ζα κπνξνχζε λα θαιχςεη φιεο ηηο ελεξγεηαθέο αλάγθεο, επεηδή ην αηνιηθφ δπλακηθφ είλαη ηεξάζηην. Τπάξρεη πξφγξακκα ηεο Δ.Δ. πνπ πξνβιέπεη ηελ παξαγσγή MW ειεθηξηζκνχ απφ αηνιηθή ελέξγεηα κέρξη ην Υψξεο, φπσο ε Αγγιία, ε Γεξκαλία, ε Οιιαλδία θαη ε Γαιιία πξνσζνχλ ηε ρξήζε ηεο αηνιηθήο ελέξγεηαο, θαηαζθεπάδνληαο κεγάιεο αλεκνγελλήηξηεο, ρξεζηκνπνηψληαο ηηο γλψζεηο ηεο αεξνδηαζηεκηθήο ηερλνινγίαο. ηνλ ηνκέα ηεο αηνιηθήο ελέξγεηαο, ε πεξηζζφηεξν ηερλνινγηθά πξνεγκέλε επξσπατθή ρψξα είλαη ε Γαλία, ε νπνία ζήκεξα θαιχπηεη κε απηφ ηνλ ηξφπν ην 10% ησλ ελεξγεηαθψλ αλαγθψλ ηεο. Δίλαη απφ ηηο πξψηεο επξσπατθέο ρψξεο πνπ εθάξκνζε ηελ ηδέα ηεο παξαγσγήο ειεθηξηζκνχ απφ ηνλ άλεκν. Λεηηνπξγεί εθεί ην δεχηεξν αηνιηθφ πάξθν ζηελ Δπξψπε, πνπ είλαη ζπλδεδεκέλν κε ην δεκφζην δίθηπν παξνρήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ ην ηε Κχζλν απφ ην 1982 ιεηηνπξγεί ην πξψην επξσπατθφ αηνιηθφ πάξθν θαη απφ ηφηε πινπνηνχληαη αλαπηπμηαθά πξνγξάκκαηα παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ αλεκνγελλήηξηεο. Δπίζεο, κε ζρεηηθή λνκνζεζία έρνπλ δνζεί θίλεηξα ζε ηδηψηεο παξαγσγνχο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Η ρξεζηκνπνίεζε ηεο αηνιηθή ο ελέξγεηαο ηδηαίηεξα ηα ηειεπηαία ρξφληα νθείιεηαη ζε νξηζκέλα ηδηαίηεξα ραξαθηεξηζηηθά ηεο, φπσο: Δίλαη κηα αλεμάληιεηε κνξθή ελέξγεηαο ρσξίο θφζηνο αγνξάο θαπζίκσλ (ν άλεκνο είλαη δσξεάλ). Γε κνιχλεη ηελ αηκφζθαηξα θαη ηα χδαηα, πξνθαιψληαο φμηλε βξνρή ή εθπνκπέο δειεηεξησδψλ αεξίσλ. Γε ξππαίλεη ην πεξηβάιινλ κε ζθνππίδηα, ππξεληθά θαη ηνμηθά απφβιεηα ή ηε ζθφλε θαη ηα θαχζηκα ησλ αηκνειεθηξηθψλ ζηαζκψλ. Δίλαη ελέξγεηα πνπ πεξηνξίδεη ηελ εμάξηεζε απφ ηα ζπκβαηηθά θαχζηκα. Ο κεραληθφο εμνπιηζκφο ησλ αλεκνγελλεηξηψλ έρεη κεγάιε πνηθηιία ζρεδηαζκνχ γηα ηε βειηηζηνπνίεζε ηνπ βαζκνχ απφδνζεο ηεο κεραλήο. Δπηζθεπάδεηαη εχθνια θαη κπνξεί 10

11 λα θαηαζθεπαζηεί αθφκε θαη απφ βηνηερλίεο, εμαζθαιίδνληαο ζέζεηο εξγαζίαο θαη πξνζθέξνληαο πνιχηηκν ζπλάιιαγκα ζε κηα ρψξα. ε απνκαθξπζκέλεο πεξηνρέο θαη λεζηά απνηειεί ηνλ πην νηθνλνκηθφ ηξφπν παξαγσγήο ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Έρεη ην κηθξφηεξν θφζηνο παξαγσγήο kwh απφ άιιεο λεφηεξεο ηερλνινγίεο παξαγσγήο θαη είλαη άκεζα ρξεζηκνπνηήζηκε κε κεγάιν βαζκφ απφδνζεο. Ο ειιαδηθφο ρψξνο θαη εηδηθά ε πεξηνρή ηνπ Αηγαίνπ απνηειεί ηδαληθή επηινγή γηα ηε εγθαηάζηαζε θαη ιεηηνπξγία αηνιηθψλ πάξθσλ, επεηδή ην αηνιηθφ δπλακηθφ πνπ δηαζέηεη είλαη απφ ηα πςειφηεξα θαη πιένλ ζπλερή ζε δηάξθεηα ηεο Δπξψπεο. Απνηειεί ιχζε γηα ηνλ πεξηνξηζκφ ηεο ξχπαλζεο ηνπ πεξηβάιινληνο Γπζηπρψο, ε αηνιηθή ελέξγεηα δελ είλαη πξνβιέςηκε, νχηε νκαιή, νχηε ζπλερήο. Η εγθαηάζηαζε αηνιηθψλ πάξθσλ απνηειεί κηα αηζζεηηθή αιινίσζε ηεο θχζεο. Λφγσ ησλ ηεξαζηίσλ δπλάκεσλ πνπ αλαπηχζζνληαη απφ ηελ πεξηζηξνθή ησλ πηεξπγίσλ ησλ αλεκνγελλεηξηψλ ζηηο κάδεο ηνπ αέξα, δεκηνπξγεί πξνβιήκαηα αλάπηπμεο ηεο ρισξίδαο ζηε δψλε ηνπ αηνιηθνχ πάξθνπ. Σα πηεξχγηα ησλ αλεκνγελλεηξηψλ είλαη ππεχζπλα' γηα ην ζάλαην ρηιηάδσλ πηελψλ θάζε ρξφλν. Σέινο, κεηνλέθηεκα απνηειεί εμαηηίαο ηνπ απξφβιεπηνπ ηεο δηαζεζηκφηεηαο ηεο, ε απνζήθεπζε ηεο παξαγφκελεο απφ ηηο αλεκνγελλήηξηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Παξφια ηα αλσηέξσ κεηνλεθηήκαηα, ε αχμεζε ηεο ηηκήο ηνπ πεηξειαίνπ, ην πεπεξαζκέλν ησλ ελεξγεηαθψλ πφξσλ, ε αηκνζθαηξηθή ξχπαλζε θαη ε θαηαζθεπή φιν θαη πην θζελψλ θαη κε κεγάιν βαζκφ απφδνζεο αλεκνγελλεηξηψλ, θαζηζηνχλ ηελ αηνιηθή ελέξγεηα σο κηα απφ ηηο θαιχηεξεο ελαιιαθηηθέο ιχζεηο 11

12 ΚΔΦΑΛΑΙΟ Η ΑΙΟΛΙΚΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑ ΣΟ ΠΔΡΑΜΑ ΣΟΤ ΥΡΟΝΟΤ χκθσλα κε ηηο απφςεηο ησλ αξραηνιφγσλ θαη ηζηνξηθψλ γχξσ ζηνλ 7ν πρ, αηψλα ζηελ Πεξζία ρξεζηκνπνηήζεθαλ γηα πξψηε θνξά αλεκνκεραλέο (αλεκφκπινη) γηα ην άιεζκα ησλ δεκεηξηαθψλ θαη ηελ άληιεζε λεξνχ. Πηζηεχεηαη φηη ηελ ηδέα ησλ αλεκφκπισλ ζηελ Αγγιία θαη Γαιιία κεηέθεξαλ απφ ηελ Αλαηνιή ζηελ παηξίδα ηνπο νη ζηαπξνθφξνη πεξίπνπ ηνλ 120 αηψλα θαη ρξεζίκεπαλ γηα ην άιεζκα ησλ ζηηεξψλ. Σν 1500 κυ. εκθαλίδνληαη ζηελ Οιιαλδία νη γλσζηνί αλεκφκπινη, πνπ απνηεινχλ απφ ηφηε ηνπηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ηεο. Σν 1600 ε ηερλνινγία θαηαζθεπήο ηνπο κεηαθέξεηαη ζηελ Ακεξηθή. Ο αλεκφκπινο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα άξδεπζε θαη χδξεπζε, πεξηιακβάλεη έλαλ αλεκνηξνρφ κε 20 πεξίπνπ πξεζαξηζηά μχιηλα ή αηζάιηλα πηεξχγηα, ηνπνζεηεκέλα ζε έλαλ άμνλα, ν νπνίνο ζηεξίδεηαη ζε έλζθαηξν ηξηβέα (ξνπιεκάλ). Ο ηξνρφο έρεη δηάκεηξν 3-4 κέηξα θαη ηνπνζεηείηαη ζηελ θνξπθή δηθηπσηνχ αηζάιηλνπ πχξγνπ χςνπο 7,5 m. ' ηα κέζα ηνπ 19νπ αηψλα εκθαλίδνληαη νη πξψηνη ακεξηθάληθνπ ηχπνπ αλεκφκπινη κε πνιιά πηεξχγηα απφ αινπκίλην ή μχιν, πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ σο αληιεηηθέο κεραλέο. Η ζρεδίαζή ηνπο επέηξεπε ηελ πεξηζηξνθή ηνπο θαη κε ρακειή ηαρχηεηα αλέκνπ. Ο πχξγνο ηνπο είρε χςνο απφ 6-15 κέηξα. Σν 1900 ζηε Γαλία θαηαζθεπάδνληαη νη πξψηεο αλεκνκεραλέο, πνπ νλνκάζηεθαλ αλεκνγελλήηξηεο θαη ρξεζίκεπαλ ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Απηέο νη αλεκνκεραλέο είραλ ηέζζεξα πηεξχγηα κήθνπο 11 κέηξσλ, ελψ ν πχξγνο είρε χςνο 24 κέηξα. Οη κεραλέο απηέο απέδηδαλ 25 kw. Σν 1920 ζηελ Ακεξηθή επηηπγράλεηαη ε πξψηε Βηνκεραληθή παξαγσγή αλεκνγελλεηξηψλ, πνπ ππνζηεξίδνπλ κηθξέο θαηαλαιψζεηο ζε αγξνηηθέο θπξίσο θαηνηθίεο πνπ δελ ηηο ηξνθνδνηνχζε ην ειεθηξηθφ δίθηπν. Σν 1929 ζηε Γαιιία εηαηξεία παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο θαηαζθεχαζε αλεκνγελλήηξηα κε δχν πηέξπγεο δηακέηξνπ 20 κέηξσλ. Η κεραλή θαηαζηξάθεθε ζχληνκα απφ ηνλ άλεκν. 12

13 Σν 1931 νη νβηεηηθνί έζεζαλ ζε ιεηηνπξγία γηα δχν ρξφληα αλεκνγελλήηξηα δηακέηξνπ πηεξχγσλ 30 κέηξσλ ζηελ πεξηνρή ηεο Κξηκαίαο, ε νπνία παξείρε ηζρχ 32 kw. Μεηά ηνλ Β' Παγθφζκην Πφιεκν πινπνηήζεθε ζηε Γαιιία κειέηε επξείαο θιίκαθαο, πνπ θάιπςε ηελ αηνιηθή ελέξγεηα ζε πνιιέο πεξηνρέο θαη νδήγεζε ζηελ θαηαζθεπή πνιιψλ πεηξακαηηθψλ αλεκνγελλεηξηψλ, φπσο ήηαλ ε αλεκνγελλήηξηα "Best Romani" κε ηξεηο πηέξπγεο, δηακέηξνπ 30 κέηξσλ θαη παξαγσγήο ειεθηξηθήο ηζρχνο 800 kw, παξαιιειηζκέλε κε ην ειεθηξηθφ δίθηπν. Σν ζπγθεθξηκέλν πξσηνπνξηαθφ πεηξακαηηθφ κνληέιν ρξεζίκεπζε γηα ηελ εμαγσγή πνιχηηκσλ ζπκπεξαζκάησλ, δνπιεχνληαο ζε δπζκελείο θαη αθξαίεο ζπλζήθεο ιεηηνπξγίαο. Έλα απφ ηα ζεκαληηθά ζπκπεξάζκαηα απφ απηήλ ηε κειέηε ήηαλ φηη κε ηνλ θαηάιιειν ζρεδηαζκφ ησλ πηεξχγσλ, ηελ θαηάιιειε ηνπνζέηεζε ηνπ πχξγνπ (απνθπγή ηνπ πςειφηεξνπ ζεκείνπ ηεο πεξηνρήο) γηα ηελ απνθπγή ηεο ηπξζψδνπο ξνήο ηνπ αέξα θαη ηνπ ππνινγηζκνχ ηνπ δηαδξφκνπ ξνήο ησλ ηνπηθψλ αλέκσλ, ε αλεκνγελλήηξηα θαηά ηε ιεηηνπξγία ηεο δελ θάλεη θαζφινπ ζφξπβν. ηηο αξρέο ηεο δεθαεηίαο ηνπ '50 θαηαζθεπάδεηαη ε κεγαιχηεξε αλεκνγελλήηξηα φισλ ησλ επνρψλ απφ θαζεγεηέο ηνπ Σερλνινγηθνχ Ιδξχκαηνο ηεο Μαζαρνπζέηεο (ΜΙΣ). Σν πεξηζηξεθφκελν κέξνο ηεο αλεκνγελλήηξηαο έθεξε δχν πηεξχγηα δηακέηξνπ 53 κέηξσλ κε ζπλνιηθφ βάξνο 16 ηφλσλ. Παξήγαγε.γηα 5 ρξφληα ελαιιαζζφκελε ηάζε θαη παξείρε ηζρχ 1,25 MW. ην ηέινο ηεο ίδηαο δεθαεηίαο θαηαζθεπάζηεθε ζηε Γπηηθή Γεξκαλία αλεκνγελλήηξηα κε δηάκεηξν. πηεξπγίσλ 34 κέηξα. Η πξσηνπνξία απηήο ηεο κεραλήο ήηαλ ην γεγνλφο φηη ηα πηεξχγηά ηεο ήηαλ θαηαζθεπαζκέλα απφ ειαζηηθά λήκαηα πάινπ, ην νπνίν είλαη πιηθφ αλζεθηηθφ ζηηο αηκνζθαηξηθέο δηαβξψζεηο θαη νμεηδψζεηο. Έθηνηε θαη θπξίσο κεηά ηελ ελεξγεηαθή θξίζε ηνπ 1974 ζηελ Ακεξηθή, ηνλ Καλαδά αιιά θαη ζηελ Δπξψπε πινπνηνχληαη κεγαιφπλνα πξνγξάκκαηα γηα ηε ζρεδίαζε, εγθαηάζηαζε θαη ιεηηνπξγία αλεκνγελλεηξηψλ, νη νπνίεο δηαθξίλνληαη ζε δχν κεγάιεο θαηεγνξίεο. Απηέο πνπ ν άμνλαο πεξηζηξνθήο ησλ πηεξπγίσλ ηνπο είλαη νξηδφληηνο (ζπλεζέζηεξνο ηχπνο) θαη ζε απηέο πνπ ν άμνλαο πεξηζηξνθήο είλαη θαηαθφξπθνο. 13

14 ρήκα 1.1. Αλεκφκπινο γηα άξδεπζε ρήκα 1.2. Αλεκφκπινο ηνπ Μεζαίσλα ρήκα 1.3. Αλεκφκπινο ηνπ Μεζαίσλα 14

15 Πεξηζζφηεξνη απφ αλεκφκπινη είραλ εγθαηαζηαζεί ζηε Βφξεηα Δπξψπε. ηελ Γεξκαλία ζηηο αξρέο ηνπ 20νπ αηψλα, ρξεζηκνπνηνχληαλ αθφκα πεξίπνπ αλεκφκπινη. Απφ ηνλ 19ν αηψλα θαη κεηά, θπξίσο ζηελ Ακεξηθή, δηαδφζεθε έλαο ηχπνο αλεκφκπινπ γλσζηφο σο «western wheel» (ζρήκα 1.4).Οη θαηαζθεπέο απηέο είραλ πνιιά πηεξχγηα, πεξίπνπ 20, ήηαλ θηηαγκέλεο απφ αηζάιη, θαη ρξεζηκνπνηνχληαλ θπξίσο γηα άξδεπζε. Σνλ 20ν αηψλα, σο ηα ηέιε ηεο δεθαεηίαο ηνπ 1930, είραλ εγθαηαζηαζεί πεξίπνπ 8 εθαηνκκχξηα ηέηνηεο κνλάδεο. ρήκα 1.4. Αλεκφκπινο ηχπνπ «western wheel» 15

16 Η πξψηε απφπεηξα λα ρξεζηκνπνηεζεί αηνιηθή κεραλή γηα ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο έγηλε ζηα ηέιε ηνπ δέθαηνπ έλαηνπ αηψλα, κε ηελ αλεκνγελλήηξηα ζπλερνχο ξεχκαηνο ηζρχνο 12 kw ε νπνία θαηαζθεπάζηεθε απφ ηνλ Brush ζηηο ΗΠΑ. Δληνχηνηο γηα κηα κεγάιε πεξίνδν ηνπ εηθνζηνχ αηψλα ππήξρε ειάρηζην ελδηαθέξνλ γηα ηελ ρξήζε ηεο αηνιηθήο ελέξγεηαο. Κάπνηεο αμηνζεκείσηεο εμαηξέζεηο ήηαλ ε αλεκνγελλήηξηα ησλ ακεξηθαλψλ Smith Putnam ε νπνία θαηαζθεπάζηεθε ζηηο ΗΠΑ ην 1941 (ζρήκα 1.5). Η εληππσζηαθή γηα ηελ επνρή ηεο κεραλή είρε αηζάιηλν ξφηνξα δηακέηξνπ 53 m θαη νλνκαζηηθή ηζρχ 1250 kw. ρήκα 1.5. Η αλεκνγελλήηξηα Smith - Putnam 16

17 Δπίζεο ε αλεκνγελλήηξηα ηνπ Gedser ζηε Γαλία ην 1957, νλνκαζηηθήο ηζρχνο 200kW, κε ξφηνξα δηακέηξνπ 24 m θαη ε αλεκνγελλήηξηα Hütter W34 ην 1958,νλνκαζηηθήο ηζρχνο 100 kw, κε ξφηνξα δηακέηξνπ 34 m. Η μαθληθή αχμεζε ηηο ηηκήο ηνπ πεηξειαίνπ ζηελ δεθαεηία ηνπ 70 ππνθίλεζε κηα ζεηξά απφ θπβεξλεηηθά ρξεκαηνδνηνχκελα πξνγξάκκαηα γηα έξεπλα θαη αλάπηπμε αλεκνγελλεηξηψλ. ηηο ΗΠΑ απηφ νδήγεζε ζηελ θαηαζθεπή κηα ζεηξάο πξσηνηχπσλ αλεκνγελλεηξηψλ. μεθηλψληαο ην 1975 κε ην κνληέιν Mod-0 (ζρήκα 1.6). δηακέηξνπ 38 m, ηζρχνο 100 ΚW θαη θαηαιήγνληαο ζην κνληέιν Mod-5B ην 1987, κε δηάκεηξν 97.5 m θαη νλνκαζηηθήο ηζρχνο 2.5 MW (ζρήκα 1.7). Δπίζεο ε αλεκνγελλήηξηα ηνπ Gedser ζηε Γαλία ην 1957, νλνκαζηηθήο ηζρχνο 200kW, κε ξφηνξα δηακέηξνπ 24 m θαη ε αλεκνγελλήηξηα Hütter W34 ην 1958,νλνκαζηηθήο ηζρχνο 100 kw, κε ξφηνξα δηακέηξνπ 34 m. Η μαθληθή αχμεζε ηηο ηηκήο ηνπ πεηξειαίνπ ζηελ δεθαεηία ηνπ 70 ππνθίλεζε κηα ζεηξά απφ θπβεξλεηηθά ρξεκαηνδνηνχκελα πξνγξάκκαηα γηα έξεπλα θαη αλάπηπμε αλεκνγελλεηξηψλ. ηηο ΗΠΑ απηφ νδήγεζε ζηελ θαηαζθεπή κηα ζεηξάο πξσηνηχπσλ αλεκνγελλεηξηψλ (ζρήκα 1.6). μεθηλψληαο ην 1975 κε ην κνληέιν Mod-0 (ζρήκα 1.7). δηακέηξνπ 38 m, ηζρχνο 100 ΚW θαη θαηαιήγνληαο ζην κνληέιν Mod-5B ην 1987, κε δηάκεηξν 97.5 m θαη νλνκαζηηθήο ηζρχνο 2.5 MW (ζρήκα 1.8). ρήκα 1.6. Σα κνληέια Mod 17

18 ρήκα 1.7. Σν κνληέιν Mod-0B ρήκα 1.8. Σν κνληέιν Mod-5B Παξφκνηεο πξνζπάζεηεο έγηλαλ ζηελ νπεδία, Γεξκαλία θαη Βξεηαλία. Σελ επνρή απηή ππήξρε κεγάιε αβεβαηφηεηα σο πξνο ην πνηά θαηαζθεπαζηηθή αξρηηεθηνληθή ζα 18

19 απνδεηρζεί νηθνλνκηθά απνδνηηθφηεξε, έηζη δηεξεπλήζεθαλ δηάθνξεο θαηλνηφκεο ηδέεο. ηνλ Καλαδά θαηαζθεπάζηεθε ε αλεκνγελλήηξηα θάζεηνπ άμνλα Darrieus κε ηζρχ 4MW (ζρήκα 1.9, 1.10). ρήκα 1.9. Αλεκνγελλήηξηα Darrieus ρήκα Αλεκνγελλήηξηα Darrieus Αλεμάξηεηα κε ηελ εμέιημε ζηνλ ηνκέα ησλ κεγάισλ αλεκνγελλεηξηψλ, ζε ρψξεο φπσο νη ΗΠΑ, ε Γαλία, ε Γεξκαλία έγηλαλ ηδηαίηεξεο πξνζπάζεηεο λα ρξεζηκνπνηεζεί ε αηνιηθή ελέξγεηα ζε κεγάιε θιίκαθα. 19

20 ηελ Καιηθφξληα ηε δεθαεηία ηνπ 1980 εγθαηαζηάζεθαλ αλεκνγελλήηξηεο κε ζπλνιηθή ηζρχ πεξίπνπ 1500 MW. ηα πξψηα ζηάδηα εμέιημεο ρξεζηκνπνηνχζαλ αλεκνγελλήηξηεο ηεο ηάμεο ησλ 50 kw. Αξγφηεξα ρξεζηκνπνηήζεθαλ αλεκνγελλήηξηεο ηεο ηάμεο ησλ 100, 150, 250 θαη 500 kw. Η εμέιημε απηή έθαλε δπλαηή ηελ καδηθή παξαγσγή ησλ αλεκνγελλεηξηψλ. Γη απηφ θαη κπνξεί λα παξαηεξεζεί κηα βειηίσζε ζηνλ ηνκέα ηεο αμηνπηζηίαο ησλ ζπζηεκάησλ απηψλ. ηαδηαθά ε αχμεζε ηνπ κεγέζνπο ησλ αλεκνγελλεηξηψλ νδήγεζε ζε κνλάδεο ηεο ηάμεο ησλ kw κε πνιιέο δπλαηφηεηεο. 20

21 ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΥΗΜΑΣΙΜΟ ΣΩΝ ΑΝΔΜΩΝ Η δεκηνπξγία ησλ αλέκσλ είλαη έλα ζέκα πνπ απαζρνιεί ηελ αλζξσπφηεηα απφ ηνπο αξραίνπο ρξφλνπο. Οη απφςεηο ηνπ Αλαμίκαλδξνπ (61 Ο π.υ.) φηη "νη άλεκνη νθείινληαη ζε ιεπηφηαηνπο αηκνχο ηνπ αέξα, νη νπνίνη αλαγθάδνληαη λα θηλνχληαη απφ ηε ζεξκφηεηα ηνπ ήιηνπ", ηνπ Αλαμηκέλε φηη "νη άλεκνη δεκηνπξγνχληαη, φηαλ, έρνληαο ράζεη ν αέξαο ηελ ππθλφηεηά ηνπ γίλεηαη αξαηφο θαη ηίζεηαη ζε θίλεζε" ή αξραίσλ ειιήλσλ θπζηθψλ θηινζφθσλ φηη "Άλεκνο ιέγεηαη ε αηζζεηή νξηδφληηα θίλεζε ηνπ αέξα", επηθξαηνχλ κέρξη ηηο κέξεο καο. Η δεκηνπξγία θαη θίλεζε ηνπ αλέκνπ είλαη έλα ζχλζεην κεηεσξνινγηθφ θαηλφκελν, πνπ νθείιεηαη ζηελ άληζε θαηαλνκή ηεο ζεξκφηεηαο πνπ ζηέιλεηαη απφ ηνλ ήιην πξνο ηε γε. Οη ειηαθέο αθηίλεο, επεηδή πξνζπίπηνπλ ζηηο δηάθνξεο πεξηνρέο ηεο γεο κε δηαθνξεηηθή γσλία, ηηο ζεξκαίλνπλ αλνκνηφκνξθα. Ο ζεξκφο αέξαο αλέξρεηαη ζε πςειφηεξα επίπεδα, επεηδή είλαη ειαθξχηεξνο, θαη ηε ζέζε ηνπ θαηαιακβάλεη ςπρξφο αέξαο. Γεληθά, ηα ςπρξά ξεχκαηα αέξα πνπ πξνέξρνληαη απφ ηνπο πφινπο θαηεπζχλνληαη πξνο ηηο ηξνπηθέο πεξηνρέο, φπνπ ε ζεξκνθξαζία είλαη πςειφηεξε, παίξλνληαο ηε ζέζε ηνπ ζεξκφηεξνπ αέξα ν νπνίνο θαηεπζχλεηαη πξνο ηνπο πφινπο.με απηή ηε θπζηθή ξνή αλαπηχζζνληαη ζηαζεξνί άλεκνη. Ο άλεκνο ραξαθηεξίδεηαη απφ ηα δχν θχξηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ. Σελ ηαρχηεηα θαη ηε δηεχζπλζή ηνπ. Η ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ θπξίσο νθείιεηαη ζηε δηαθνξά ηεο αηκνζθαηξηθήο πίεζεο κεηαμχ δχν ηφπσλ. Οη παξάγνληεο νη νπνίνη δεκηνπξγνχλ δηαθνξά ζηελ αηκνζθαηξηθή πίεζε κεηαμή δχν ηφπσλ πνπ βξίζθνληαη ζην ίδην πςφκεηξν είλαη: Η δξάζε ηεο πξνζπίπηνπζαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζηε γε. Η ειηαθή ππεξηψδεο αθηηλνβνιία, ε νπνία κεηαηξέπεη ην νμπγφλν (0 2 ) ησλ αλψηεξσλ ζηξσκάησλ ηεο αηκφζθαηξαο ζε φδνλ (0 3 ) επεξεάδνληαο ηελ ππθλφηεηα ηνπ αέξα. Η πεξηζηξνθή ηεο γεο γχξσ απφ ηνλ άμνλα ηεο. Η πνηθηινκνξθία ηεο επηθάλεηαο ηεο γεο (σθεαλνί, βνπλφ, ιίκλεο, έξεκνη, δφζε), εμαηηίαο ηεο νπνίαο επεξεάδεηαη ε ζεξκνθξαζία ηνπ εδάθνπο. Η 21

22 ηξηβή πνπ αλαπηχζζεηαη κεηαμχ ηνπ αλέκνπ θαη ηεο επηθάλεηαο πάλσ απφ ηελνπνία πλέεη. Οη πξναλαθεξφκελνη παξάγνληεο δεκηνπξγνχλ αλνκνηνκνξθίεο ζηελ θαηαλνκή ηεο αηκνζθαηξηθήο πίεζεο πάλσ ζηε γε, εμαηηίαο ησλ νπνίσλ αλαπηχζζνληαη δπλάκεηο, νη νπνίεο πξνθαινχλ κεηαηνπίζεηο αεξίσλ καδψλ ζε κεγάιε ή κηθξή θιίκαθα. Η ηαρχηεηα ησλ αλέκσλ εθθξάδεηαη ζε ρηιηφκεηξα αλά ψξα (km/h) ή ζε λαπηηθά κίιηα αλά ψξα (θφκβνη) ή κέηξα αλά δεπηεξφιεπην (m/sec). Η θιίκαθα κέηξεζεο ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ επηλνήζεθε απφ ηνλ Άγγιν πινίαξρν Μπνθφξ ην 1805 θαη ηξνπνπνηεκέλε απφ ηνλ Παγθφζκην Μεηεσξνινγηθφ Οξγαληζκφ ηζρχεη κέρξη ζήκεξα. Η θιίκαθα κπνθφξ πεξηιακβάλεη 12 βαζκνχο (ππνδηαηξέζεηο), πνπ ν θαζέλαο αληηπξνζσπεχεη θαη έλα θαηλφκελν (π.ρ. ζξφηζκα θχιισλ) θαη ην αληίζηνηρν φξην ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ. 22

23 Πίλαθαο κέηξεζεο ηεο έληαζεο ηνπ αλέκνπ (θιίκαθα Μπνθφξ). ηελ Διιάδα ππάξρνπλ πίλαθεο πνπ δείρλνπλ ηε κέζε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ κε ηππηθή απφθιηζε ζε δηάθνξεο πεξηνρέο ηεο ρψξαο. 2.2 ΜΔΗ ΣΙΜΗ ΣΗ ΣΑΥΤΣΗΣΑ ΣΟΤ ΑΝΔΜΟΤ Η ρακειφηεξε πεξηνρή ηεο αηκφζθαηξαο, ζηελ νπνία βξίζθνληαη θαη νη πεξηζζφηεξεο θαηαζθεπέο, νλνκάδεηαη αηκνζθαηξηθφ νξηαθφ ζηξψκα. Δθεί, ε θίλεζε ηνπ αλέκνπ επηβξαδχλεηαη απφ δπλάκεηο ηξηβήο θαη κεγάια εκπφδηα ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο θαζψο θαη απφ θαηλφκελα πνπ νθείινληαη ζην ζηξνβηιηζκφ. Ο ζηξνβηιηζκφο, ν νπνίνο κπνξεί λα είλαη κεραληθήο ή θαη ζεξκηθήο πξνέιεπζεο, πξνθαιεί απφηνκεο κεηαβνιέο ζηελ ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ ζε έλα κεγάιν εχξνο ζπρλνηήησλ θαη πιαηψλ, γλσζηέο σο ξηπέο. 23

24 Απφ κεηξήζεηο ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ ζε δηάθνξα χςε απφ ην έδαθνο, δηαπηζηψλνπκε φηη -ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ απμάλεηαη ζπλαξηήζεη ηνπ χςνπο απφ ην έδαθνο -ζηελ πεξηνρή ππάξρνπλ δηαθπκάλζεηο ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ, δειαδή ζηξνβηιηζκφο -ν ζηξνβηιηζκφο δηαδίδεηαη ζε έλα επξχ θάζκα ζπρλνηήησλ Πξνθεηκέλνπ λα δηαρσξηζηνχλ νη κεηαβνιέο ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ πνπ νθείινληαη ζην ζηξνβηιηζκφ απφ ηηο πην αξγέο, πνπ νθείινληαη ζε καθξνκεηεσξνινγηθά θαηλφκελα, ρξεζηκνπνηείηαη ην κέγεζνο ηεο κέζεο ηηκήο ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ, V, πνπ δίλεηαη απφ ηελ εμίζσζε 2.1: φπνπ v(t) : ε ζηηγκηαία ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ Σ : ην ρξνληθφ δηάζηεκα ζην νπνίν γίλεηαη ε νινθιήξσζε ψζηε λα ππνινγηζηεί ε κέζε ηηκή. Η ελεξγεηαθή θαζκαηηθή θαηαλνκή ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ έρεη δχν πεξηνρέο. Η πεξηνρή ρακειψλ ζπρλνηήησλ ηνπ θάζκαηνο αληηζηνηρεί ζηα καθξνκεηεσξνινγηθά θαηλφκελα. ε απηήλ πεξηιακβάλνληαη νη κεηαβνιέο ηνπ αλέκνπ πνπ νθείινληαη ζε αιιαγέο ηνπ θαηξνχ απφ κέξα ζε κέξα έσο εβδνκάδα (ζπλνπηηθέο κεηαβνιέο) θαη νη κεηαβνιέο ηνπ αλέκνπ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο πνπ νθείινληαη ζε ζεξκνθξαζηαθέο δηαθνξέο αλάκεζα ζηε ζηεξηά θαη ηε ζάιαζζα (εκεξήζηεο κεηαβνιέο). Η πιεπξά ησλ πςειψλ ζπρλνηήησλ αληηζηνηρεί ζηα κηθξνκεηεσξνινγηθά θαηλφκελα θαη νη κεηαβνιέο νθείινληαη ζην ζηξνβηιηζκφ. Ο ζηξνβηιηζκφο παίδεη ζεκαληηθφ ξφιν ζην ζρεδηαζκφ θαη ζηελ απφδνζε ησλ αλεκνγελλεηξηψλ, θαζψο θαη ζηελ πνηφηεηα ηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο ζην ηξνθνδνηνχκελν δίθηπν. 2.3 Η ΑΞΙΟΠΟΙΗΗ ΣΗ ΑΙΟΛΙΚΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑ Η ρξεζηκνπνίεζε ηνπ αλέκνπ σο αλαλεψζηκε πεγή ελέξγεηαο βαζίδεηαη ζηε 24

25 κεηαηξνπή ηεο ελέξγεηαο πνπ ππάξρεη ζηηο θηλνχκελεο κάδεο ηνπ αέξα ζε κεραληθή. Η κεραληθή απηή ελέξγεηα απνδίδεηαη κέζσ ελφο πεξηζηξεθφκελνπ άμνλα ζε κηα ειεθηξνγελλήηξηα κέζσ ηεο νπνίαο κεηαηξέπεηαη ηειηθά ζε ειεθηξηζκφ. Τπνινγίδεηαη φηη ζην 25% ηεο επηθάλεηαο ηεο γεο επηθξαηνχλ άλεκνη κέζεο εηήζηαο ηαρχηεηαο πάλσ απφ 5,1 m/s ζε χςνο 10 m [1]. Τπνζέηνληαο φηη, αλά ηεηξαγσληθφ ρηιηφκεηξν επηθάλεηαο κπνξνχλ λα εγθαηαζηαζνχλ θαηά κέζν φξν αλεκνγελλήηξηεο ηζρχνο πεξίπνπ 1-3 MW θαζψο θαη ην γεγνλφο φηη αλά MW εγθαηεζηεκέλεο ηζρχνο παξάγνληαη πεξίπνπ MWh/έηνο, ζε ζπλζήθεο κέηξηνπ αηνιηθνχ δπλακηθνχ ζπλεπάγεηαη φηη ε ζπλνιηθή εηήζηα παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο αλέξρεηαη ζε TWh, γηα εγθαηεζηεκέλε ηζρχ GW. πγθξηηηθά, αμίδεη λα αλαθεξζεί φηη ε ζπλνιηθή θαηαλάισζε ειεθηξηθήο ελέξγεηαο θαηά ην έηνο 1987 ήηαλ πεξίπνπ TWh παγθνζκίσο [1]. πλεπψο, είλαη θαλεξφ φηη ην παγθφζκην αηνιηθφ δπλακηθφ είλαη πνιχ ζεκαληηθφ θαη κπνξεί λα απνηειέζεη κηα πνιχ ζεκαληηθή πεγή παξαγσγήο «θαζαξήο» ελέξγεηαο, δειαδή ελέξγεηαο πνπ δελ ξππαίλεη ην πεξηβάιινλ. Η αηκφζθαηξα ηεο γεο είλαη κηα γηγάληηα κεραλή πνπ ηξνθνδνηείηαη απφ ηνλ ήιην. Σν πνζφ ηεο ζεξκφηεηαο πνπ απνξξνθά ε αηκφζθαηξα κεηαβάιιεηαη κε ην ρψξν θαη ηνλ ρξφλν. Η δεκηνπξγία ησλ αλέκσλ είλαη απνηέιεζκα ηεο αλνκνηφκνξθεο ζέξκαλζεο ηεο αηκφζθαηξαο θαη νθείιεηαη ζηε κεηαθίλεζε ηεξάζηησλ αεξίσλ καδψλ ψζηε λα γίλεη αλαθαηαλνκή ηεο ζεξκφηεηαο πνπ απνξξνθάηαη [2]. Σα θχξηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ αλέκνπ είλαη ε δηεχζπλζε θαη ε έληαζε, ε κέηξεζε ησλ νπνίσλ γίλεηαη κε αλεκφκεηξα θαη αλεκνγξάθνπο θαη δίλεη ηνπο αλεκνινγηθνχο πίλαθεο θαη ράξηεο, πνπ πξέπεη λα πξνέξρνληαη απφ κηα ζεηξά ζπλερψλ κεηξήζεσλ. 2.4 ΔΝΔΡΓΔΙΑΚΑ ΥΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΣΗ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΗΣΡΙΑ Γηα λα πξνζδηνξηζηεί ν βαζκφο απφδνζεο κηαο αλεκνγελλήηξηαο ζπλαξηήζεη ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ, πξέπεη λα δηαηξεζεί θάζε ηζρχο ηεο αληίζηνηρεο θακπχιεο κε ηελ ζεσξεηηθή ηζρχ ηνπ αλέκνπ ζε απηή ηελ ηαρχηεηα. Έηζη πξνθχπηεη ν βαζκφο απφδνζεο ηνπ ζρήκαηνο

26 Έλα άιιν ραξαθηεξηζηηθφ κέγεζνο κηαο αλεκνγελλήηξηαο πνπ εμαξηάηαη απφ ηελ θαηαλνκή ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ θαηά ηελ δηάξθεηα ηνπ έηνπο, ηνλ ηφπν εγθαηάζηαζήο ηεο θαη ηα ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά ηεο είλαη ν ζπληειεζηήο εθκεηάιιεπζήο ηεο. Ο ζπληειεζηήο απηφο εθθξάδεη ην ιφγν ηεο εηήζηαο παξαγφκελεο ελέξγεηαο πξνο απηήλ πνπ ζα παξάγνληαλ αλ ε αλεκνγελλήηξηα ιεηηνπξγνχζε ζηελ νλνκαζηηθή ηζρχ ηεο ζπλερψο θαηά ηελ δηάξθεηα ηνπ έηνπο. Ο ζπληειεζηήο εθκεηάιιεπζεο εθθξάδεη πφζν αμηνπνηείηαη ε αλεκνγελλήηξηα ζηνλ ηφπν εγθαηάζηαζήο ηεο. ρήκα 2.2. Βαζκφο απφδνζεο αλεκνγελλήηξηαο Δίλαη πξνθαλέο φηη θάζε αλεκνγελλήηξηα κπνξεί λα είλαη βειηηζηνπνηεκέλε ψζηε λα απνδίδεη θαιχηεξα ζε έλα εχξνο ηαρπηήησλ. Μεηαβάιινληαο κεγέζε φπσο ην χςνο ηεο ή ηελ γσλία θαη ηε γεσκεηξία ησλ πηεξπγίσλ ή ην κέγεζνο ησλ πηεξπγίσλ ή ην κέγεζνο ηεο γελλήηξηαο κεηαβάιιεηαη ε ελεξγεηαθή ζπκπεξηθνξά ηεο. Αιιάδνληαο ηα δχν ηειεπηαία κεγέζε κεηαβάιιεηαη ε θακπχιε ηζρχνο ηεο αλεκνγελλήηξηαο, ελψ ην χςνο ηεο επεξεάδεη κφλν ηελ ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ. Γεληθά νη αλεκνγελλήηξηεο πξέπεη λα έρνπλ ηνλ κεγαιχηεξν βαζκφ απφδνζεο ζηηο ηαρχηεηεο αλέκνπ πνπ παξάγεηαη ε πεξηζζφηεξε ελέξγεηα εηεζίσο (δει. ζην εχξνο ησλ ζπρλφηεξσλ πςειψλ ηαρπηήησλ). Γηα δεδνκέλν κέγεζνο έιηθα, φζν πην κεγάιε είλαη ε γελλήηξηα θαη φζν κεγαιχηεξεο νη ηαρχηεηεο ηνπ αλέκνπ (απηφ επηηπγράλεηαη απμάλνληαο ην χςνο ηνπ ξφηνξα), ηφζν πην 26

27 πνιχ ελέξγεηα ζα παξάγεηαη, φκσο ζπγρξφλσο δελ ζα απνδίδεη ηθαλνπνηεηηθά ζε κηθξέο θαη κέζεο ηαρχηεηεο. Αληίζεηα γηα ηελ ίδηα έιηθα, φζν κηθξφηεξε είλαη ε γελλήηξηα ηφζν θαιχηεξα ζα απνδίδεη ζε αδχλακνπο αλέκνπο αιιά δελ ζα απνδίδεη ηθαλνπνηεηηθά ζε κεγάιεο ηαρχηεηεο. Οη κηθξέο αλεκνγελλήηξηεο παξάγνπλ κηθξά πνζά ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, φκσο δελ απαηηνχλ ηζρπξφ δίθηπν, παξάγνπλ ζρεηηθά πην ζηαζεξή ηζρχ (δηφηη απνδίδνπλ θαιχηεξα ζε κηθξφηεξεο ηαρχηεηεο), απαηηνχλ κηθξφηεξν θφζηνο ζεκειίσζεο θαη είλαη αηζζεηηθά πην απνδεθηέο απφ ηνπο θαηνίθνπο. Σέινο ηα αηνιηθά πάξθα είλαη πξνθαλψο πην αμηφπηζηα φηαλ έρνπλ πνιιέο κηθξέο αλεκνγελλήηξηεο. Με βάζε ηα παξαπάλσ θαίλεηαη φηη κηα κεγάιε αλεκνγελλήηξηα δελ είλαη πάληα ε θαιχηεξε ιχζε ιφγσ ηεο νηθνλνκίαο θιίκαθαο, αιιά εμαξηάηαη απφ ηελ ηαρχηεηα ησλ αλέκσλ θαη ηηο αλάγθεο καο ζε ειεθηξηθή ελέξγεηα. Σέινο πξέπεη λα αλαθεξζεί φηη νη αλεκνγελλήηξηεο παξαιακβάλνπλ πεξίπνπ κέζα ζε 2-3 κήλεο ιεηηνπξγίαο φιε ηελ ελέξγεηα πνπ απαηηήζεθε γηα λα θαηαζθεπαζηνχλ, ελψ νη παξαζαιάζζηεο αλεκνγελλήηξηεο απαηηνχλ αθφκα ιηγφηεξν ρξφλν. 27

28 ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΓΔΝΙΚΑ ΓΙΑ ΣΙ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΗΣΡΙΔ ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΑ Με ηε ζπλερή έξεπλα θαη ηελ εμέιημε ηεο ηερλνινγίαο νη αλεκνγελλήηξηεο έρνπλ δηαθνξνπνηεζεί απφ ηελ αξρηθή κνξθή ηνπ αλεκφκπινπ ζε δηάθνξα κεγέζε θαη ηχπνπο γηα ηελ επίηεπμε ηνπ κέγηζηνπ βαζκνχ απφδνζεο. Βαζκφο απφδνζεο είλαη ν ιφγνο ηεο απνδηδφκελεο απφ ηνλ άμνλα ηεο κεραλήο ηζρχνο, πξνο ηελ ηζρχ ηνπ αλέκνπ. ήκεξα, ν βαζκφο απφδνζεο πιεζηάδεη ην 40%. Σν θφζηνο θαηαζθεπήο ησλ Α/Γ έρεη κεησζεί ζεκαληηθά, κε απνηέιεζκα ην θφζηνο ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο πνπ παξάγεηαη κε ηε βνήζεηα ηνπ αλέκνπ λα είλαη αξθεηά ρακειφηεξν απφ ην αληίζηνηρν ηεο ππξεληθήο ελέξγεηαο θαη πεξίπνπ ίδηνπ θφζηνπο κε εθείλν πνπ παξάγεηαη απφ ην θπζηθφ αέξην. Πξνβιέπεηαη φηη ην θφζηνο εθκεηάιιεπζεο ηεο αηνιηθήο ελέξγεηαο κπνξεί λα κεησζεί κέρξη θαη 30% ζηα επφκελα 10 ρξφληα. Ιδηαίηεξν βάξνο δίλεηαη ζήκεξα ζηε ιεηηνπξγία αλεκνγελλεηξηψλ κε κεηαβαιιφκελν αξηζκφ ζηξνθψλ. ε απηφλ ηνλ ηχπν βειηηψλεηαη ν Βαζκφο απφδνζεο ησλ Α/Γ θαη κεηψλνληαη νη κεραληθέο θαηαπνλήζεηο ζηα δηάθνξα ππνζπζηήκαηά ηνπο. Ιδηαίηεξε πξνζνρή δίλεηαη επίζεο ζηα ειεθηξνληθά εμαξηήκαηα θαη θπθιψκαηα ηζρχνο, πνπ κεζνιαβνχλ κεηαμχ ηεο εμφδνπ ηεο Α/Γ θαη ηνπ δηθηχνπ παξνρήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. 28

29 Δγθαηαζηεκέλε αλεκνγελλήηξηα κε ηνλ ππνζηαζκφ 3.2 ΔΙΓΗ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΗΣΡΙΩΝ Τπάξρνπλ πνιιά είδε αλεκνγελλεηξηψλ, ηα νπνία θαηαηάζζνληαη ζε δχν βαζηθέο θαηεγνξίεο. 1. Αλεκνγελλήηξηεο κε νξηδόληην άμνλα: ' απηφ ηνλ ηχπν κεραλήο, ν άμνλαο, γηα λα κπνξεί λα πεξηζηξέθεηαη, πξέπεη λα βξίζθεηαη παξάιιεια πξνο ηνλ άλεκν. Η κεραλή απνηειείηαη απφ: α. ην δξνκέα (ζηξεθφκελν κέξνο ηεο κεραλήο), ην άθξν ηνπ νπνίνπ είλαη ηχπνπ έιηθαο θαη κπνξεί λα θέξεη κία (κνλφπηεξνο) δχν ή ηξεηο πηέξπγεο. ηνλ κνλφπηεξν ηχπν ππάξρεη εηδηθή θαηαζθεπή κε βάξνο ηνπνζεηεκέλν ζε ζέζε εθ δηακέηξνπ αληίζεηε ηνπ πηεξπγίνπ γηα ηελ εμηζνξξφπεζε ηεο δπγνζηάζκηζεο ηνπ πηεξπγίνπ. Η πεξηζηξνθή ησλ πηεξπγίσλ ελφο δξνκέα νξηδνληίνπ άμνλα νθείιεηαη ζηε ζπλδπαζκέλε δχλακε ηεο άλσζεο θαη ηεο πίεζεο πνπ αζθείηαη, φηαλ νη κάδεο ηνπ αέξα πξνζπίπηνπλ ζηα πηεξχγηα. 29

30 Γηα ηε κέγηζηε αμηνπνίεζε απηήο ηεο δχλακεο απαηηείηαη θαηάιιεινο ζρεδηαζκφο, ζηε κνξθή ησλ πηεξπγίσλ, ζηε ζηξέςε ηνπο σο πξνο ηνλ άμνλα ζηήξημήο ηνπο (θιίζε) θαη ζηελ ειηθνεηδή δηάηαμή ηνπο (βήκα). Σα πηεξχγηα ζπλήζσο θαηαζθεπάδνληαη απφ εληζρπκέλν πνιπεζηέξα. β. ην ζύζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο, απνηεινχκελν απφ ηνλ θχξην άμνλα, ηα έδξαλφ ηνπ θαη ην θηβψηην πνιιαπιαζηαζκνχ ζηξνθψλ, ην νπνίν πξνζαξκφδεη ηελ ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο ηνπ δξνκέα ζηε ζχγρξνλε ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο (ηαρχηεηα κε ζπγθεθξηκέλν αξηζκφ ζηξνθψλ) ηεο αλεκνγελλήηξηαο. Με ην ζχζηεκα κεηάδνζεο δίλεηαη ε θίλεζε απφ ην δξνκέα (ρακειέο ζηξνθέο), ζηελ ειεθηξνγελλήηξηα (πςειέο ζηξνθέο). ηηο Α/Γ νξηδνληίνπ άμνλα ε ειεθηξνγελλήηξηα θαη ην ζχζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο, ηνπνζεηνχληαη κέζα ζε άηξαθην ζε κεγάιν χςνο απφ ην έδαθνο. γ. ηελ ειεθηξνγελλήηξηα. Δίλαη ζχγρξνλνο ελαιιαθηήξαο, δειαδή κεραλή ελαιιαζζφκελνπ ξεχκαηνο κε 4 ή 6 πφινπο. πλδέεηαη κε ηελ έμνδν ηνπ θηβσηίνπ πνιιαπιαζηαζκνχ ησλ ζηξνθψλ (θηβψηην ηαρπηήησλ) κέζσ ειαζηηθνχ ή πδξαπιηθνχ ζπλδέζκνπ. Η ειεθηξνγελλήηξηα κπνξεί λα είλαη θαη κεραλή ζπλερνχο ξεχκαηνο (DC). Μηθξήο ηζρχνο αλεκνγελλήηξηεο παξάγνπλ ζπλερή ηάζε ηξνθνδνζίαο θαη ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ειεθηξνδφηεζε ζθαθψλ θαη κηθξψλ θαηνηθηψλ. ε κεγάιεο Α/Γ, πνπ ε παξαγφκελε απφ απηέο ηάζε πξφθεηηαη λα παξαιιειηζηεί κε ην δίθηπν, ε ειεθηξνγελλήηξηα είλαη κεραλή ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο (AC). δ. ην δηζθόθξελν ην νπνίν ηνπνζεηείηαη ζηνλ θχξην άμνλα θαη απνηειεί ην ζχζηεκα πέδεζεο ηεο Α/Γ. ε. ην ζύζηεκα πξνζαλαηνιηζκνύ, ην νπνίν αλαγθάδεη ζπλερψο ηνλ άμνλα πεξηζηξνθήο ηνπ δξνκέα λα βξίζθεηαη παξάιιεια κε ηε δηεχζπλζε ηνπ αλέκνπ. Σν ζχζηεκα πξνζαλαηνιηζκνχ βξίζθεηαη ηνπνζεηεκέλν κεηαμχ ηεο αηξάθηνπ θαη ηνπ πχξγνπ ζηεξέσζεο. ζη. ηνλ πύξγν κέζα ζηνλ νπνίν ζηεξεψλεηαη ε ειεθηξνκεραλνινγηθή εγθαηάζηαζε. Ο πχξγνο είλαη ζπλήζσο κεηαιιηθφο, ζσιελσηφο ή δηθηπσηφο θαη ζπαλίσο απφ νπιηζκέλν ζθπξφδεκα (κπεηφλ). ελψ ην χςνο ηνπ είλαη ηέηνην, ψζηε ν αέξαο πνπ πξνζπίπηεη ζηα πηεξχγηα ηεο αλεκνγελλήηξηαο λα έρεη νκαιή ξνή θαη φρη ηπξβψδε. Έηζη, κεηψλεηαη ν ζφξπβνο ζην ειάρηζην. 30

31 δ. ηνλ ειεθηξηθό πίλαθα θαη ηνλ πίλαθα ειέγρνπ πνπ είλαη ηνπνζεηεκέλνη ζηε βάζε ηνπ πχξγνπ. Ο πίλαθαο ειέγρνπ ξπζκίδεη φιεο ηηο ιεηηνπξγίεο ηεο αλεκνγελλήηξηαο. 2. Αλεκνγελλήηξηεο κε θαηαθόξπθν άμνλα: Απηφο ν ηχπνο θέξεη πηεξχγηα πνπ ζηεξίδνληαη θαη ζηξέθνληαη ζε θαηαθφξπθν ζηαζεξφ άμνλα. Πιενλεθηήκαηά ηνπο είλαη φηη δε ρξεηάδνληαη κεραληζκφ ή θάπνην ζχζηεκα, γηα λα ζηξαθνχλ πξνο ην κέησπν ηνπ αλέκνπ, θαη έρνπλ απινχζηεξε κεραληθά θαηαζθεπή. Σν κεηνλέθηεκα απηνχ ηνπ ηχπνπ είλαη φηη δελ κπνξεί λα πεξηζηξέθεηαη κφλνο ηνπ (αληίζεηα κε φ,ηη ζπκβαίλεη κε ηνλ θηλεηήξα νξηδνληίνπ άμνλα) θαη, γηα λα αξρίζεη λα γπξίδεη, πξέπεη λα ππνζηεξίδεηαη απφ θαηάιιειν ειεθηξηθφ θηλεηήξα. Απηφο ν ηχπνο έρεη λα επηδείμεη κεραλέο πεξηζζφηεξν εξεπλεηηθνχ ελδηαθέξνληνο παξά εκπνξηθνχ αληαγσληζκνχ. ήκεξα, ζηελ παγθφζκηα αγνξά έρνπλ επηθξαηήζεη νη αλεκνγελλήηξηεο νξηδνληίνπ άμνλα ζε πνζνζηφ πάλσ απφ 90%. Καη νη δχν πξναλαθεξφκελνη ηχπνη, εθηφο απφ ηνλ πχξγν, ην δξνκέα, ηα πηεξχγηα θαη ηε γελλήηξηα δηαζέηνπλ θαη ηηο αθφινπζεο κνλάδεο: Ρπζκηζηή ηάζεο, κε ηνλ νπνίν επηηπγράλεηαη ε ζηαζεξνπνίεζε ζε ζπγθεθξηκέλα φξηα ηεο παξαγφκελεο ηάζεο. 31

32 πζζσξεπηέο (κπαηαξίεο) γηα ηελ απνζήθεπζε ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ζηελ πεξίπησζε πνπ νη γελλήηξηεο ππνζηεξίδνπλ απηφλνκα ηα θνξηία θαη δελ είλαη παξαιιειηζκέλεο κε ην δίθηπν. Μεηαηξνπέα DC-AC, γηα Α/Γ πνπ παξάγνπλ ζπλερή ηάζε. Δίλαη ειεθηξνληθή δηάηαμε, πνπ κεηαηξέπεη ηε ζπλερή ηάζε πνπ παξάγεη ε Α/Γ ζε ελαιιαζζφκελε. Η ελαιιαζζφκελε ηάζε θαηφπηλ νδεγείηαη ζε κεηαζρεκαηηζηή αλχςσζεο ηάζεο, γηα λα απνθηήζεη εθείλε ηελ ηηκή, πνπ ζα ηεο επηηξέςεη λα παξαιιειηζηεί κε ην δίθηπν ηεο ΓΔΗ. Σέινο ε παξαγφκελε απφ ηελ Α/Γ ειεθηξηθή ελέξγεηα κεηαθέξεηαη κε θαιψδηα (γξακκή κεηαθνξάο). Μεηαηξνπέα AC-DC, γηα Α/Γ πνπ παξάγνπλ ελαιιαζζφκελε ηάζε θαη ε παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα πξφθεηηαη λα απνηακηεπζεί ζε ζπζζσξεπηέο. 3.3 ΓΟΜΗ ΜΙΑ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΗΣΡΙΑ Η αλεκνγελλήηξηα απνηειείηαη απφ ηξία θπξίσο κέξε, ηα νπνία κε ηελ ζεηξά ηνπο απνηεινχληαη απφ άιια επηκέξνπο ζηνηρεία. Σα θχξηα δνκηθά κέξε ηεο Α/Γ είλαη ηα εμήο: 1. Ναζέιια 2. Πύξγνο 3. Βάζε Ναζέιια Η λαζέιια είλαη ην νξηδφληην νγθψδεο ηκήκα πνπ είλαη ηνπνζεηεκέλν ζηελ θνξπθή ηνπ πχξγνπ ηεο αλεκνγελλήηξηαο. Η λαζέιια ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ ζηέγαζε πιήζνπο ζηνηρείσλ φπσο θαίλεηαη ζηελ εηθφλα

33 Δηθφλα 3.1 Ναζέιια Α/Γ Παξαθάησ παξνπζηάδνληαη ζπλνπηηθά ηα ζηνηρεία απηά: Αλεκόκεηξν: Μεηξά ηελ ηαρχηεηα ηνπ αέξα θαη δηαβηβάδεη ηα δεδνκέλα ηεο κέηξεζεο ζηνλ ειεγθηή. Φξέλν: Γηζθφθξελν ηνπνζεηεκέλν ζηνλ άμνλα πςειήο ηαρχηεηαο πνπ κπνξεί λα εθαξκνζηεί κεραληθά, ειεθηξηθά ή πδξαπιηθά γηα λα ζηακαηήζεη ηνλ ζηξνθέα ζε θαηάζηαζε έθηαθηεο αλάγθεο ή φηαλ πξέπεη λα γίλνπλ εξγαζίεο επηζθεπήο ή ζπληήξεζεο ζηελ αλεκνγελλήηξηα. ηελ πξάμε ην θξελάξηζκα επηηειείηαη απφ έλα ζηνηρείν πνπ νλνκάδεηαη δηαβήηεο ηνπ θξέλνπ. Δμαζθαιίδεη αθφκε φηη αθνχ ζηακαηήζεη ν ζηξνθέαο, δελ ζα μεθηλήζεη λα πεξηζηξέθεηαη. Σν δηζθφθξελν θαηαζθεπάδεηαη απφ αηζάιη. Δπεηδή ην θξελάξηζκα πξνθχπηεη απφ ηελ ηξηβή κεηαμχ ηνπ θξέλνπ θαη ηνπ δίζθνπ, ηα θξέλα ησλ αλεκνγελλεηξηψλ δέρνληαη κεγάιεο πηέζεηο. Γη απηφ θαηαζθεπάδνληαη απφ εηδηθφ κεηαιιηθφ θξάκα ηθαλφ λα αληέρεη αθφκα θαη ζε πνιχ πςειέο ζεξκνθξαζίεο ηεο ηάμεο ησλ 700 βαζκψλ Κειζίνπ. Διεγθηήο: Ο ειεγθηήο είλαη έλα απφ ηα ζεκαληηθφηεξα ηκήκαηα ηεο αλεκνγελλήηξηαο αθνχ ζπκκεηέρεη ζηελ ιήςε απνθάζεσλ γηα φια ζρεδφλ ηα δεηήκαηα αζθαιείαο. Η βαζηθή ιεηηνπξγία ηνπ είλαη λα δίλεη εληνιέο ζηνλ θηλεηήξα παξεθηξνπήο ζρεηηθά κε ην πφζν θαη πξνο ηα πνπ λα ζηξέςεη ηελ λαζέιια έηζη ψζηε ν ζηξνθέαο λα βξίζθεηαη πάληα θφληξα ζηελ ξνή ηνπ αλέκνπ. 33

34 Δπηπιένλ αλάινγα κε ηα δεδνκέλα πνπ ιακβάλεη απφ ην αλεκφκεηξν, είηε ζέηεη ζε ιεηηνπξγία ηνλ ζηξνθέα (γηα ηαρχηεηεο αέξα 8 16 κίιηα αλά ψξα), είηε ελεξγνπνηεί ην θξέλν γηα λα ζηακαηήζεη ηελ πεξηζηξνθή ηνπ ζηξνθέα ηφζν γηα κεγάιεο ηαρχηεηεο αέξα (πάλσ απφ 65 κίιηα αλά ψξα θίλδπλνο ππεξζέξκαλζεο ηεο γελλήηξηαο) φζν θαη γηα πνιχ κηθξέο (νηθνλνκηθά αζχκθνξε ιεηηνπξγία). Δθηφο φκσο απφ ηηο πξναλαθεξζείζεο ιεηηνπξγίεο ν ειεγθηήο κεηξάεη θαη άιιεο παξακέηξνπο είηε σο αλαινγηθά, είηε σο ςεθηαθά ζήκαηα. Απηέο είλαη ε ηάζε, ην ξεχκα, ε ζπρλφηεηα, ε ζεξκνθξαζία (ηεο λαζέιιαο θαη ηεο γελλήηξηαο), ην επίπεδν πδξαπιηθήο πίεζεο, ην επίπεδν δφλεζεο, ε ζπζηξνθή ησλ θαισδίσλ ηζρχνο, ε ππεξζέξκαλζε ησλ θηλεηήξσλ θαη ηεο γελλήηξηαο ελψ επηηειεί θαη ηελ ξχζκηζε ηνπ δηαβήηε ηνπ θξέλνπ. ύζηεκα κεηάδνζεο (θηβώηην ηαρπηήησλ): Δίλαη έλα βαξχ θαη δαπαλεξφ ηκήκα πνπ ζπλδέεη ηνλ άμνλα ρακειήο ηαρχηεηαο κε ηνλ άμνλα πςειήο ηαρχηεηαο θαη απμάλεη ηελ ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο απφ rpm (ζηξνθέο αλά ιεπηφ) ζε rpm, αθνχ απηή είλαη ε απαηηνχκελε ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο γηα λα παξαρζεί ειεθηξηθή ελέξγεηα απφ ηελ γελλήηξηα. Αλεκνγελλήηξηεο κέρξη 150 kw έρνπλ ζχζηεκα κεηάδνζεο δχν επηπέδσλ, αλεκνγελλήηξηεο ζηα 300 πεξίπνπ kw έρνπλ ζχζηεκα ηξηψλ επηπέδσλ (2 επίπεδα θαη έλαο ελδηάκεζνο άμνλαο) ελψ ηέινο αλεκνγελλήηξηεο άλσ ησλ 450 kw έρνπλ ζχζηεκα δχν επηπέδσλ ζε ζπλδπαζκφ κε έλαλ νδνλησηφ ηξνρφ. Γελλήηξηα: Παξάγεη ελαιιαζζφκελν ειεθηξηθφ ξεχκα θαζψο πεξηζηξέθεηαη. Σα πηεξχγηα αξρηθά κεηαηξέπνπλ ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα ηνπ αλέκνπ ζε πεξηζηξνθηθή θαη ζηελ ζπλέρεηα ε γελλήηξηα ηελ κεηαηξέπεη ζε ειεθηξηθή. Έπεηηα ην ξεχκα νδεγείηαη πξνο ηα θάησ κέζσ ηνπ πχξγνπ ρξεζηκνπνηψληαο θαιψδηα ηζρχνο. Άμνλαο ρακειήο ηαρχηεηαο: πλδέεηαη κεηαμχ ηνπ ζηξνθέα θαη ηνπ ζπζηήκαηνο κεηάδνζεο. Ο ζηξνθέαο θηλεί ηνλ άμνλα θαη απηφο κε ηελ ζεηξά ηνπ θηλεί ην ζχζηεκα κεηάδνζεο. Άμνλαο πςειήο ηαρύηεηαο: πλδέεηαη κεηαμχ ηνπ ζπζηήκαηνο κεηάδνζεο θαη ηεο γελλήηξηαο. Σν ζχζηεκα κεηάδνζεο θηλεί ηνλ άμνλα θαη απηφο κε ηελ ζεηξά ηνπ θηλεί ηελ γελλήηξηα παξέρνληάο ηεο ηελ απαηηνχκελε πςειή ηαρχηεηα γηα ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Βαζκόο θιίζεο: Σα πηεξχγηα παίξλνπλ αλάινγε θιίζε ή ζηξέθνληαη ψζηε λα ηεζνχλ εθηφο ηεο ξνήο ηνπ αλέκνπ γηα λα εκπνδίζνπλ ηνλ ζηξνθέα λα 34

35 πεξηζηξέθεηαη ζε πνιχ πςειέο ε ρακειέο ηαρχηεηεο αέξα. Αλεκνδείθηεο: Ο αλεκνδείθηεο ζηξέθεηαη απφ ηνλ αέξα. ηελ ζπλέρεηα ελεκεξψλεη ηνλ ειεγθηή ζρεηηθά κε ηελ θαηεχζπλζε ηνπ αλέκνπ θαη ν ειεγθηήο δίλεη εληνιή ζηνλ κεραληζκφ παξεθηξνπήο. Μεραληζκόο παξεθηξνπήο: Κάζε θνξά πνπ αιιάδεη ε θαηεχζπλζε ηνπ αλέκνπ, παίξλεη εληνιή απφ ηνλ ειεγθηή θαη ζηξέθεη ηνλ ζηξνθέα έηζη ψζηε λα είλαη θφληξα ζηελ ξνή ηνπ αέξα. Οπζηαζηηθά πξφθεηηαη γηα έλαλ ηξνρφ πνπ ζηξέθεη νιφθιεξε ηελ λαζέιια. Κηλεηήξαο παξεθηξνπήο: Θέηεη ζε θίλεζε ηνλ ηξνρφ ηνπ κεραληζκνχ παξεθηξνπήο θαη φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα βξίζθεηαη αθξηβψο απφ θάησ ηνπ. ηξνθέαο: Ο ζηξνθέαο πεξηζηξέθεηαη απφ ηνλ άλεκν μεθηλψληαο έηζη ηελ δηαδηθαζία παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Απνηειείηαη απφ 2 ή 3 πηεξχγηα θαη ηελ πιήκλε ζηελ νπνία είλαη ηνπνζεηεκέλα. Παξά ην γεγνλφο φηη νη ζηξνθείο κε 2 πηεξχγηα γιηηψλνπλ ην θφζηνο θαη ην βάξνο ελφο επηπιένλ πηεξπγίνπ, έρνπλ επηθξαηήζεη νη ζηξνθείο κε 3 πηεξχγηα. Απηφ ζπκβαίλεη γηαηί έλαο ζηξνθέαο κε 2 πηεξχγηα ρξεηάδεηαη κεγαιχηεξε πεξηζηξνθηθή ηαρχηεηα γηα παξάγεη ηελ ίδηα ελέξγεηα. Γχν αθφκε κεηνλεθηήκαηά ηνπο είλαη ν απμεκέλνο ζφξπβνο θαη ηα πξνβιήκαηα επζηάζεηαο γηα αλεκνγελλήηξηεο κε άθακπηε θαηαζθεπή. Πηεξύγηα: Σν βαζηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ησλ πηεξπγίσλ είλαη ην αεξνδπλακηθφ ηνπο ζρήκα πνπ δηαδξακαηίδεη ζεκαληηθφ ξφιν ζηελ απφδνζή ηνπο. Αθφκα θαη κηθξέο αιιαγέο ζηνλ ζρεδηαζκφ ηνπο κπνξνχλ λα αιιάμνπλ ηελ θακπχιε ηεο αζθνχκελεο δχλακεο θαζψο θαη ην επίπεδν ζνξχβνπ. Η βάζε ηνπο είλαη ζηεξεσκέλε ζηελ πιήκλε. Η πίζσ πιεπξά ηνπ πηεξπγίνπ είλαη πην θπξηή απφ ηελ κπξνζηηλή. Απηφ ζε ζπλδπαζκφ κε ην αεξνδπλακηθφ ζρήκα πξνθαινχλ ηελ πεξηζηξνθή ηνπ πηεξπγίνπ. Σν πιάηνο, ην πάρνο θαη ε ζπζηξνθή ησλ πηεξπγίσλ είλαη έλαο ζπκβηβαζκφο κεηαμχ ηεο αλάγθεο γηα αεξνδπλακηθφ ζρήκα θαη ηεο αλάγθεο γηα αλζεθηηθφηεηα. Σα ζχγρξνλα πηεξχγηα θαηαζθεπάδνληαη απφ ειαθξχ πιαζηηθφ εληζρπκέλν κε γπαιί, ελψ κηθξφηεξνπ κεγέζνπο πηεξχγηα θαηαζθεπάδνληαη απφ αινπκίλην ή ιεπηά ζηξψκαηα μχινπ. Πιήκλε: Σα πηεξχγηα ζε φιεο ηηο αλεκνγελλήηξηεο ζηεξεψλνληαη ζηελ πιήκλε. Η πιήκλε θαηαζθεπάδεηαη απφ έλαλ εηδηθφ ηχπν ηζρπξνχ θξάκαηνο ζηδήξνπ πνπ 35

36 νλνκάδεηαη SG ρπηνζίδεξνο. Λφγσ ηνπ πεξίπινθνπ ζρήκαηφο ηεο (είλαη δχζθνιν λα θαηαζθεπαζηεί αιιηψο), είλαη πνιχ βνιηθφ λα ρξεζηκνπνηεζεί ρπηνζίδεξνο Πύξγνο Ο πχξγνο είλαη ην ηκήκα ηεο αλεκνγελλήηξηαο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ ζηήξημε ηεο λαζέιιαο θαη ηνπ ζηξνθέα. ην εζσηεξηθφ ηνπ ππάξρεη κηα ζθάια γηα ην πξνζσπηθφ θαη έλαο αλειθπζηήξαο γηα ηα εξγαιεία θαη ηνλ εμνπιηζκφ. Παξαθάησ παξαηίζεληαη ηα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ Ύψος Σν χςνο ηνπ πχξγνπ είλαη ζεκαληηθφο παξάγνληαο πνπ ιακβάλεηαη ππ φςηλ θαηά ηνλ ζρεδηαζκφ κηαο αλεκνγελλήηξηαο νξηδφληηνπ άμνλα. θνπφο ηνπ πχξγνπ είλαη λα πςψλεη ηελ αλεκνγελλήηξηα φζν ην δπλαηφλ ςειφηεξα. Δηθφλα 3.2: Πχξγνη Α/Γ Ο άλεκνο έρεη κεγαιχηεξεο ηαρχηεηεο ζε κεγάια χςε. Η κεηαβνιή ηεο ηαρχηεηαο κε ην χςνο, πνπ νλνκάδεηαη δηάηκεζε αλέκνπ, είλαη εληνλφηεξε θνληά ζηελ επηθάλεηα. Υαξαθηεξηζηηθά θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο εκέξαο ε αχμεζε ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ είλαη αλάινγε κε ηελ έβδνκε ξίδα ηνπ χςνπο. Δλδεηθηηθά αλαθέξνπκε φηη ν δηπιαζηαζκφο ηνπ χςνπο ηνπ πχξγνπ απμάλεη ηηο αλακελφκελεο ηαρχηεηεο 36

37 αέξα θαηά 10% θαη ηελ παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα θαηά 34%. Βέβαηα απφ ηνλ δηπιαζηαζκφ ηνπ χςνπο ζπλεπάγεηαη θαη δηπιαζηαζκφο ηεο δηακέηξνπ, δειαδή πεξηζζφηεξν πιηθφ άξα θαη κεγαιχηεξν θφζηνο θαηαζθεπήο. ηε δηάξθεηα ηεο λχρηαο, ή θαιχηεξα: φηαλ ε αηκφζθαηξα γίλεηαη ζηαζεξή, ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ θνληά ζην έδαθνο, ζπλήζσο ππνρσξεί, ελψ ζην χςνο πνπ βξίζθεηαη ν ζηξνθέαο ηεο αλεκνγελλήηξηαο φρη κφλν δελ κεηψλεηαη πνιχ, αιιά κπνξεί αθφκα θαη λα απμεζεί. Καηά ζπλέπεηα ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ είλαη κεγαιχηεξε θαη ε αλεκνγελλήηξηα ζα παξάγεη πεξηζζφηεξε ελέξγεηα απ φηη ηελ δηάξθεηα ηεο εκέξαο. ε απηήλ ηελ πεξίπησζε δηπιαζηάδνληαο ην χςνο ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ κπνξεί λα απμεζεί απφ 20% έσο θαη 60%. πλνςίδνληαο κπνξνχκε λα πνχκε φηη ε επηινγή ηνπ χςνπο ηνπ πχξγνπ είλαη έλαο ζπκβηβαζκφο κεηαμχ ηεο αχμεζεο ηεο παξαγφκελεο ελέξγεηαο θαη ηεο αχμεζεο ηνπ θφζηνπο θαηαζθεπήο. Ο ζπκβηβαζκφο απηφο επηηπγράλεηαη γηα χςε δηπιάζηα ή ηξηπιάζηα απφ ην κήθνο ησλ πηεξπγίσλ Κατασκευή Οη πχξγνη γηα κεγάιεο αλεκνγελλήηξηεο κπνξεί λα είλαη ζσιελνεηδείο ραιχβδηλνη πχξγνη, πχξγνη δηθηπσηνχ πιέγκαηνο ή ζπκπαγείο ηζηκεληέληνη πχξγνη. Καισδησηνί ζσιελνεηδήο πχξγνη ρξεζηκνπνηνχληαη κφλν γηα κηθξέο αλεκνγελλήηξηεο. σιελνεηδείο ραιύβδηλνη πύξγνη: Οη πεξηζζφηεξεο κεγάιεο αλεκνγελλήηξηεο έρνπλ ζσιελνεηδείο ραιχβδηλνπο πχξγνπο πνπ θαηαζθεπάδνληαη ζε ηκήκαηα χςνπο κέηξσλ κε θιάληδεο ζε θάζε άθξν θαη πνπ ελψλνληαη φια καδί. Οη πχξγνη έρνπλ ζρήκα θψλνπ (δειαδή κε αχμεζε ηεο δηακέηξνπ ηνπο πξνο ηε βάζε) πξνθεηκέλνπ λα απμεζεί ε αληνρή ηνπο θαη γηα ηελ εμνηθνλφκεζε πιηθψλ ηαπηφρξνλα. ηελ εηθφλα 3.3 απεηθνλίδνληαη πχξγνη ηεο θαηεγνξίαο απηήο. 37

38 Δηθφλα 3.3: σιελνεηδείο ραιχβδηλνη πχξγνη Πχξγνη δηθηπσηνχ πιέγκαηνο: Οη πχξγνη απηνί θαηαζθεπάδνληαη ρξεζηκνπνηψληαο ζπγθνιιεκέλα θνκκάηηα ράιπβα. Σν βαζηθφ ηνπο πιενλέθηεκα είλαη ην θφζηνο, θαζψο έλαο πχξγνο δηθηπσηνχ πιέγκαηνο απαηηεί κφλν ηελ κηζή πνζφηεηα πιηθψλ απ φηη έλαο ζσιελνεηδήο πχξγνο κε ηελ ίδηα αθακςία. Σν βαζηθφ ηνπο κεηνλέθηεκα είλαη ε εκθάληζή ηνπο γη απηφ γηα ιφγνπο αηζζεηηθήο έρεη ζρεδφλ θαηαξγεζεί ε ρξήζε ηνπο γηα κεγάιεο ζχγρξνλεο αλεκνγελλήηξηεο. ηελ εηθφλα 3.4 απεηθνλίδεηαη έλαο πχξγνο ηεο θαηεγνξίαο απηήο. Δηθφλα 3.4: Πχξγνο δηθηπσηνχ πιέγκαηνο 38

39 Καισδησηνί πχξγνη: Πνιιέο κηθξέο αλεκνγελλήηξηεο ρξεζηκνπνηνχλ ζηελνχο πχξγνπο πνπ ζηεξίδνληαη κε ζπξκάηηλα θαιψδηα. Σν πιενλέθηεκά ηνπο είλαη ε εμνηθνλφκεζε βάξνπο, πνπ ζπλεπάγεηαη κηθξφηεξν θφζηνο θαηαζθεπήο. Σν κεηνλέθηεκά ηνπο είλαη ε δχζθνιε πξφζβαζε γχξσ ηνπο, γεγνλφο πνπ ηνπο θαζηζηά ιηγφηεξν θαηάιιεινπο γηα αγξνηηθέο πεξηνρέο. Σέινο είλαη πεξηζζφηεξν επηξξεπείο ζε βαλδαιηζκνχο κε απνηέιεζκα λα πεξηνξίδεηαη ε ζπλνιηθή αζθάιεηα. ηελ εηθφλα 3.6 απεηθνλίδεηαη έλαο πχξγνο απηήο ηεο θαηεγνξίαο Βάζε Δηθφλα 3.5: Καισδησηφο πχξγνο Οη βάζεηο ησλ αλεκνγελλεηξηψλ ζπλήζσο θαηαζθεπάδνληαη απφ ζθπξφδεκα εληζρπκέλν κε ραιχβδηλεο κπάξεο. Τπάξρνπλ δχν βαζηθνί ηξφπνη ζρεδηαζκνχ: Έρεη ηελ κνξθή ελφο ξερνχ επίπεδνπ δίζθνπ κε δηάκεηξν 12 πεξίπνπ κέηξα θαη 1 κέηξν πάρνο. Έρεη ηελ κνξθή ελφο βαζχηεξνπ θπιίλδξνπ κε δηάκεηξν 4,5 πεξίπνπ κέηξα θαη 5 κέηξα βάζνο. ην εζσηεξηθφ ηεο ζηεγάδνληαη νη κεηξεηέο θαη ηα θαιψδηα θαη θξαηάεη ηνλ ζηξφβηιν ςειά πάλσ απφ ην επίπεδν ηνπ εδάθνπο γηα ηελ πξνζηαζία ηνπ πεξηβάιινληνο ρψξνπ αιιά θαη ησλ αλζξψπσλ απφ ηα πεξηζηξεθφκελα πηεξχγηα. 39

40 Αθφκε ε βάζε αλπςψλεη ηνλ ζηξφβηιν πάλσ απφ ηα πεξηβάιινληα εκπφδηα πνπ ζα κπνξνχζαλ ζε δηαθνξεηηθή πεξίπησζε λα εκπνδίδνπλ ηελ ξνή ηνπ αλέκνπ θαη λα πεξηνξίδνπλ έηζη ηελ παξαγφκελε ελέξγεηα. 40

41 ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΑΤΓΥΡΟΝΔ ΓΔΝΝΗΣΡΙΔ Οη πεξηζζφηεξεο αλεκνγελλήηξηεο ζηνλ θφζκν ρξεζηκνπνηνχλ ηξηθαζηθέο αζχγρξνλεο γελλήηξηεο κε θισβφ. Απηφο ν ηχπνο γελλήηξηαο παξφιν πνπ δελ ρξεζηκνπνηείηαη επξέσο, είλαη πνιχ δηαδεδνκέλνο εθηφο απφ ηελ βηνκεραλία ησλ αλεκνγελλεηξηψλ, θαη ζηα κηθξά πδξνειεθηξηθά. Σν πεξίεξγν κε απηνχ ηνπ είδνπο ηε γελλήηξηα είλαη φηη αξρηθά είρε ζρεδηαζηεί σο ειεθηξηθφο θηλεηήξαο. Γηα ηελ αθξίβεηα ην έλα ηξίην ηεο παγθφζκηαο ειεθηξηθήο θαηαλάισζεο ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε ιεηηνπξγία αζχγρξνλσλ θηλεηήξσλ κέζα ζε εξγνζηάζηα, αληιίεο, αλειθπζηήξεο, θαη άιιεο εθαξκνγέο φπνπ είλαη απαξαίηεηε ε κεηαηξνπή ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ζε κεραληθή. Έλαο ιφγνο επηινγήο ηνπ θηλεηήξα απηνχ είλαη ε αμηνπηζηία ηνπ θαη φηη είλαη ζρεηηθά θζελφο. Η γελλήηξηα έρεη αθφκα θάπνηα ραξαθηεξηζηηθά πνπ είλαη ρξήζηκα γηα ηηο αλεκνγελλήηξηεο. Έρεη απμεκέλε δπλαηφηεηα νιίζζεζεο, θαη κηα ηθαλφηεηα ππεξθφξησζεο. Η αζχγρξνλε γελλήηξηα κε θισβφ έρεη έλα δξνκέα ν νπνίνο ηε δηαθνξνπνηεί απφ ηε ζχγρξνλε γελλήηξηα. Ο δξνκέαο απνηειείηαη απφ κεηαιιηθέο ξάβδνπο (ζπλήζσο αινπκηλίνπ) πνπ ελψλνληαη ειεθηξηθά κε αινπκηλέληνπο δαθηπιίνπο. Έλα ηζρπξφ πιενλέθηεκα απηνχ ηνπ ηχπνπ δξνκέα είλαη φηη πξνζαξκφδεηαη απηφκαηα ζηα δεχγε πφισλ ηνπ ζηάηε. Αλ ν δξνκέαο πεξηζηξέθεηαη αθξηβψο ζηελ ζχγρξνλε ηαρχηεηα ηφηε ην πεξηζηξεθφκελν καγλεηηθφ πεδίν πεξηζηξέθεηαη κε αθξηβψο ηελ ίδηα ηαρχηεηα, δελ ππάξρνπλ θαηλφκελα επαγσγήο, θαη δελ αιιειεπηδξά κε ην ζηάηε. Αλ ε ηαρχηεηα ππεξβεί ηελ ζχγρξνλε ηαρχηεηα ηφηε ν δξνκέαο πεξηζηξέθεηαη γξεγνξφηεξα απφ ην καγλεηηθφ πεδίν κε ζπλέπεηα λα παξέρεηαη ζην δίθηπν ειεθηξηθφ ξεχκα. Η ηαρχηεηα ηεο αζχγρξνλεο γελλήηξηαο κεηαβάιιεηαη κε ηελ εθαξκνδφκελε πεξηζηξνθηθή δχλακε. ηελ πξάμε, ε δηαθνξά κεηαμχ ηεο πεξηζηξνθηθήο ηαρχηεηαο ζηε κέγηζηε ηζρχ θαη ζηε ρακειή είλαη πνιχ κηθξή, ηεο ηάμεο ηνπ 1 %. Η δηαθνξά απηή ζε πνζνζηφ ηεο ζχγρξνλεο ηαρχηεηαο θαιείηαη νιίζζεζε ηεο γελλήηξηαο. Γη απηφ κηα 41

42 γελλήηξηα κε δπν δεχγε πφισλ ζα πεξηζηξέθεηαη αξγά ζηηο 1500 rpm φηαλ είλαη ζπλδεκέλε κε δίθηπν ζπρλφηεηαο 50 Hz. Αλ ε γελλήηξηα παξάγεη ηε κέγηζηε ηζρχ ηεο ζα ιεηηνπξγεί ζηηο 1515 rpm. Η παξαθάησ ζρέζε είλαη ν νξηζκφο ηεο νιίζζεζεο κηαο αζχγρξνλεο κεραλήο. Σν κέγεζνο s εθθξάδεη ηελ πνζνζηηαία δηαθνξά ηεο ηαρχηεηαο ηνπ δξνκέα απφ ηελ ζχγρξνλε ηαρχηεηα ηνπ ζηξεθφκελνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ. ρέζε 4.1 ηελ θαηάζηαζε εξεκίαο n =0 θαη επνκέλσο s = 1, ελψ γηα n = ns ε s = 0. Αλ ν δξνκέαο ζηξαθεί γξεγνξφηεξα απφ ην ζηξεθφκελν πεδίν ( n > ns ), ηφηε ε νιίζζεζε γίλεηαη αξλεηηθή θαη είλαη ε πεξίπησζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηεο κεραλήο σο γελλήηξηα. Έλα κεγάιν πιενλέθηεκα είλαη φηη ε γελλήηξηα ζα απμάλεη ή ζα κεηψλεη ειαθξψο ηηο ζηξνθέο φηαλ ε πεξηζηξνθηθή δχλακε κεηαβάιιεηαη. Απηφ έρεη σο ζπλέπεηα κηθξφηεξε θαηαπφλεζε ζην θηβψηην ηαρπηήησλ, θαη απηφο είλαη έλαο απφ ηνπο ζνβαξφηεξνπο ιφγνπο γηα ηε ρξήζε αζχγρξνλεο γελλήηξηαο παξά ζχγρξνλεο ζε αλεκνγελλήηξηεο πνπ είλαη άκεζα ζπλδεκέλεο κε ην δίθηπν. ηελ αζχγρξνλε γελλήηξηα, ν ζηάηεο πξέπεη πξηλ ιεηηνπξγήζεη λα καγλεηηζηεί απφ ην δίθηπν. Τπάξρεη ε δπλαηφηεηα λα ιεηηνπξγήζεη ε αζχγρξνλε γελλήηξηα ζε απηφλνκν δίθηπν, φκσο, πξέπεη λα παξέρνληαη ππθλσηέο πνπ λα δίλνπλ ην απαξαίηεην ξεχκα καγλήηηζεο. Δπίζεο είλαη απαξαίηεην ν δξνκέαο λα έρεη έλαλ ελαπνκείλαλ καγλεηηζκφ φηαλ εθθηλήζεη ε γελλήηξηα. ε άιιε πεξίπησζε ζα ρξεηαζηεί κπαηαξία θαη ειεθηξνληθά ηζρχνο, ή κηα κηθξή ληηδεινγελλήηξηα γηα λα εθθηλήζεη ην ζχζηεκα. Μηα αζχγρξνλε κεραλή κε δαθηπιηνθφξν δξνκέα (wound rotor) έρεη έλα ζηάηε παξφκνην κε ηελ αζχγρξνλε κεραλή κε θισβφ αιιά έλα δξνκέα ν νπνίνο θέξεη απιαθψζεηο κέζα ζηηο νπνίεο ηνπνζεηείηαη έλα ηχιηγκα φκνην κε ην ηχιηγκα ηνπ ζηάηε. Σν ηχιηγκα ηνπ δξνκέα ζπλδέεηαη ειεθηξηθά κε ην πεξηβάιινλ (π.ρ. αληηζηάζεηο) δηακέζνπ slip rings (δαθηπιίνπο) θαη brushes (ςήθηξεο). Έηζη γίλεηαη δπλαηφο ν εμσηεξηθφο έιεγρνο ησλ ειεθηξηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηνπ ξφηνξα θαη κε ηνλ ηξφπν απηφ επεξεάδεηαη ε ηάζε ηνπ. 42

43 ην δξνκέα ζρεδφλ πάληα νη 3 θάζεηο ζπλδένληαη ζε αζηέξα θαη ηα 3 άθξα ηνπο ζπλδένληαη κε ηνπο ηξεηο δαθηπιίνπο. Οη δαθηχιηνη κέζσ ησλ ςεθηξψλ ζπλδένληαη κε έλα εμσηεξηθφ θχθισκα, π.ρ. κε ηξεηο σκηθέο αληηζηάζεηο ζπλδεδεκέλεο ζε αζηέξα, ή είλαη βξαρπθπθισκέλνη. Δληνχηνηο δε δίλεηαη ηζρχο ζηνπο δαθηπιίνπο. Ο κνλαδηθφο ηνπο ζηφρνο είλαη λα επηηξέςνπλ ζηελ αληίζηαζε λα ηνπνζεηεζεί ζε ζεηξά κε ηα ηπιίγκαηα ηνπ δξνκέα θαηά ηελ εθθίλεζε. Σέηνηα δηάηαμε νκαιήο εθθίλεζεο ππάξρεη ζηηο γελλήηξηεο κε ειεθηξνληθά κεηαβαιιφκελε αληίζηαζε δξνκέα (opt slip). Ο άιινο ηχπνο γελλήηξηαο κε δαθηπιηνθφξν δξνκέα, ν δηπιά ηξνθνδνηνχκελνο, παξνπζηάδεηαη ζε επφκελν θεθάιαην. Σνπνζεηψληαο ηελ αληίζηαζε ζε ζεηξά κε ηα ηπιίγκαηα ηνπ δξνκέα φρη κφλν κεηψλεηαη ην ξεχκα εθθίλεζεο, αιιά απμάλεηαη θαη ε ξνπή εθθίλεζεο. Η νιίζζεζε ηνπ δξνκέα αιιάδεη ηξνπνπνηψληαο ηε ζπλνιηθή αληίζηαζε ηνπ ξφηνξα κέζε ελφο κεηαηξνπέα πνπ ζπλδέεηαη ζηνλ άμνλα ηνπ ξφηνξα. Ο ζηάηεο ηεο γελλήηξηαο ζπλδέεηαη θαηεπζείαλ ζην δίθηπν. Απηή ε αληίζηαζε απνθφβεηαη φηαλ ε κεραλή έρεη μεθηλήζεη, ψζηε λα κνηάδεη ν δξνκέαο ειεθηξηθά κε ην δξνκέα ζε κεραλή θισβνχ. Σν βαζηθφ πιενλέθηεκα είλαη ε ειαρηζηνπνίεζε ηνπ θνξηίνπ ζηηο αλεκνγελλήηξηεο θαηά ηε δηάξθεηα ησλ ξηπψλ ηνπ αλέκνπ. Μέζσ απηνχ ηνπ ζπζηήκαηνο ε γελλήηξηα έρεη ηε δπλαηφηεηα λα κεηαβάιιεη ηελ νιίζζεζή ηεο (ζε έλα κηθξφ εχξνο ηηκψλ) θαη λα νδεγεζεί ζηε βέιηηζηε νιίζζεζε, εμαζθαιίδνληαο κηθξφηεξεο ηαιαληψζεηο ζηε ξνπή εηζφδνπ θαη ζηελ ηζρχ εμφδνπ. Σα θχξηα κεηνλεθηήκαηα ηεο γελλήηξηαο κε δαθηπιηνθφξν δξνκέα είλαη φηη είλαη πην αθξηβή θαη φρη ηφζν ζηηβαξή φζν ε γελλήηξηα βξαρπθπθισκέλνπ θισβνχ, ην εχξνο ζην νπνίν κεηαβάιιεηαη ε ηαρχηεηα πεξηνξίδεηαη ζην 0 10% θαζψο εμαξηάηαη απφ ην κέγεζνο ηεο κεηαβιεηήο αληίζηαζεο ηνπ ζηάηε, ν έιεγρνο ηεο πξαγκαηηθήο θαη αέξγνπ ηζρχνο πνπ επηηπγράλεηαη δελ είλαη αξθεηά ηθαλνπνηεηηθφο, έλα πνζνζηφ ηζρχνο θαηαλαιψλεηαη ζηε κεηαβιεηή αληίζηαζε ηνπ δξνκέα. 4.2 ΤΓΥΡΟΝΔ ΓΔΝΝΗΣΡΙΔ 43

44 Η ζχγρξνλε γελλήηξηα είλαη πην πνιχπινθε θαη αθξηβφηεξε ζε ζρέζε κε κηα αληίζηνηρε επαγσγηθή. Δκθαλίδεη φκσο έλα ζεκαληηθφ πιενλέθηεκα έλαληη ηεο επαγσγηθήο : δελ απαηηεί άεξγν ξεχκα καγλήηηζεο. ε γεληθέο γξακκέο ε ιεηηνπξγία ησλ ζχγρξνλσλ κεραλψλ έρεη σο εμήο: Όιεο νη ηξηθαζηθέο γελλήηξηεο ρξεζηκνπνηνχλ έλα πεξηζηξεθφκελν καγλεηηθφ πεδίν, ην νπνίν δεκηνπξγείηαη απφ ηξεηο ειεθηξνκαγλήηεο. Καζέλαο απφ ηνπο ηξεηο ειεθηξνκαγλήηεο είλαη ζπλδεκέλνο κε κηα θάζε ηνπ ειεθηξηθνχ δηθηχνπ. Καζέλαο απφ ηνπο ειεθηξνκαγλήηεο κεηαηξέπεηαη δηαδνρηθά απφ Νφηηνο ζε Βφξεηνο πφινο θαη αληίζηξνθα. Η κεηαβνιή απηή ηνπ καγλεηηζκνχ αληηθαηνπηξίδεη αθξηβψο ηε κεηαβνιή ηεο ηάζεο ηεο θάζε θάζεο. Όηαλ ε κηα θάζε βξίζθεηαη ζην κέγηζην, νη άιιεο δπν δηαξξένληαη απφ ξεχκα αληίζεηεο δηεχζπλζεο ζηε κηζή ηάζε. Αθνχ νη καγλήηεο είλαη ηνπνζεηεκέλνη αλά 120 κνίξεο, ην καγλεηηθφ πεδίν ζα θάλεη κηα πιήξε πεξηζηξνθή αλά θχθιν. Η ζχγρξνλε κεραλή ιεηηνπξγεί σο γελλήηξηα αλ επηβιεζεί ζηνλ δξνκέα ξεχκα ψζηε λα ηνλ εμαλαγθάζεη ζηελ θπθιηθή θίλεζε, αληί λα ηνλ πεξηζηξέθεη ην ξεχκα ηνπ δηθηχνπ. Πξέπεη ζπλεπψο λα ππάξρεη έλαο ηζρπξφο καγλήηεο γηα λα παξάγεηαη αξθεηφ ξεχκα. Όζν πεξηζζφηεξε δχλακε εθαξκφδεηαη ζην δξνκέα ηφζν πεξηζζφηεξν ξεχκα παξάγεηαη, ε γελλήηξηα φκσο ζπλερίδεη λα ιεηηνπξγεί ζηελ ίδηα ηαρχηεηα ε νπνία πξνζδηνξίδεηαη απφ ηε ζπρλφηεηα ηνπ δηθηχνπ θαη ηνπο πφινπο ηεο κεραλήο. Τπάξρεη επίζεο ε δπλαηφηεηα λα απνζπλδεζεί ε γελλήηξηα απφ ην δίθηπν, θαη λα πξνθχςεη έλα αλεμάξηεην ηξηθαζηθφ δίθηπν. Δάλ φκσο απνζπλδεζεί ε γελλήηξηα απφ ην δίθηπν, ζα πξέπεη λα δηαηεξεζεί ζηαζεξή πεξηζηξνθηθή ηαρχηεηα πξνθεηκέλνπ λα παξαρζεί ελαιιαζζφκελν ξεχκα κε ζηαζεξή ζπρλφηεηα. Δπνκέλσο, κε ηέηνηνπ είδνπο γελλήηξηα ζα πξέπεη ζπλήζσο λα ρξεζηκνπνηείηαη έκκεζε ζχλδεζε κε ην δίθηπν. ηελ πξάμε, ζχγρξνλεο γελλήηξηεο κε κφληκνπο καγλήηεο δελ ρξεζηκνπνηνχληαη πνιχ. Τπάξρνπλ αξθεηνί ιφγνη γη απηφ. Έλαο είλαη φηη νη κφληκνη καγλήηεο ηείλνπλ λα απνκαγλεηηζηνχλ φηαλ ιεηηνπξγνχλ θάησ απφ ηζρπξά καγλεηηθά πεδία φπσο απηά ηεο γελλήηξηαο. Έλαο άιινο είλαη φηη ηζρπξνί καγλήηεο θηηάρλνληαη απφ ζπάληα κέηαιια π.ρ. Νενδχλην, θαη είλαη πνιχ αθξηβνί. πλήζσο νη αλεκνγελλήηξηεο πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ζχγρξνλεο γελλήηξηεο ρξεζηκνπνηνχλ ζηνλ δξνκέα ειεθηξνκαγλήηεο πνπ ιεηηνπξγνχλ κε ζπλερέο ξεχκα ην νπνίν παξέρεηαη 44

45 απφ ην δίθηπν. Αθνχ φκσο ην δίθηπν παξέρεη ελαιιαζζφκελν ξεχκα, πξέπεη λα πξνεγεζεί έλα ζηάδην κεηαηξνπήο ηνπ ελαιιαζζνκέλνπ ζε ζπλερέο ξεχκα. Η ηαρχηεηα κηαο γελλήηξηαο πνπ είλαη άκεζα ζπλδεδεκέλε κε ην ηξηθαζηθφ δίθηπν είλαη ζηαζεξή, πξνζδηνξίδεηαη απφ ηε ζπρλφηεηα ηνπ δηθηχνπ, θαη απφ ηα δεχγε πφισλ ηνπ ζηάηε. Οη πεξηζζφηεξεο αλεκνγελλήηξηεο κε ζχγρξνλεο κεραλέο ρξεζηκνπνηνχλ γελλήηξηεο κε δχν ή ηξία δεχγε πφισλ. Ο ιφγνο γηα ηνλ νπνίν ρξεζηκνπνηνχληαη απηέο νη ζρεηηθά πςειήο ηαρχηεηαο γελλήηξηεο είλαη ε νηθνλνκία ζε κέγεζνο θαη θφζηνο. Η κέγηζηε δχλακε ηελ νπνία κπνξεί λα αληέμεη ε γελλήηξηα εμαξηάηαη απφ ην κέγεζνο ηνπ δξνκέα. Γηα δεδνκέλε ηζρχ εμφδνπ ππάξρεη ε δπλαηφηεηα επηινγήο κεηαμχ κηαο αξγφζηξνθεο, κεγάιεο θαη άξα αθξηβήο γελλήηξηαο, ή κηαο πςειφζηξνθεο θαη άξα θζελφηεξεο κηθξφηεξεο γελλήηξηαο. 45

46 ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΜΔΘΟΓΟΙ ΛΔΙΣΟΤΡΓΙΑ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΗΣΡΙΩΝ Τπάξρνπλ δχν βαζηθέο κέζνδνη ιεηηνπξγίαο ησλ ζπζηεκάησλ κεηαηξνπήο ηεο αηνιηθήο ελέξγεηαο ζε ειεθηξηθή. Η κέζνδνο ιεηηνπξγίαο ζηαζεξψλ ζηξνθψλ θαη ε κέζνδνο ιεηηνπξγίαο κεηαβιεηψλ ζηξνθψλ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΗΣΡΙΔ ΣΑΘΔΡΩΝ ΣΡΟΦΩΝ αλεκνγελλήηξηεο ζηαζεξψλ ζηξνθψλ ζεκαίλεη φηη ν δξνκέαο ηεο αλεκνγελλήηξηαο ζηξέθεηαη κε ζηαζεξφ αξηζκφ ζηξνθψλ αλεμάξηεηα ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ. Ο ηξφπνο ζχλδεζεο ηεο γελλήηξηαο κε ην δίθηπν, είλαη ν ίδηνο κε ηνλ ηξφπν ζχλδεζεο γελλεηξηψλ πνπ ηξνθνδνηνχληαη απφ ζπκβαηηθέο πεγέο ελέξγεηαο. Γειαδή ε ζχλδεζε γίλεηαη απεπζείαο, ρξεζηκνπνηψληαο έλα κεηαζρεκαηηζηή πξνζαξκνγήο ηνπ επηπέδνπ ηάζεο ηεο γελλήηξηαο Η ρξήζε ησλ ειεθηξνληθψλ ηζρχνο ζε Α/Γ ζηαζεξψλ ζηξνθψλ πεξηνξίδεηαη ζηε βειηίσζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηεο γελλήηξηαο. Ο κεηαηξνπείο απηνί ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα γίλεηαη νκαιή εθθίλεζε ηεο γελλήηξηαο θαη ζχλδεζε κε ην δίθηπν θαη γηα λα κεησζεί ε ηάζε ηεο γελλήηξηαο θαη νη καγλεηηθέο απψιεηεο ζε ρακειέο ηαρχηεηεο αλέκσλ. Οη κεηαηξνπείο απηνί κπνξνχλ λα δψζνπλ ζεκαληηθή βειηίσζε ζηα ιεηηνπξγηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ Α/Γ ζηαζεξψλ ζηξνθψλ. Οη γελλήηξηεο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηα παξαπάλσ ζπζηήκαηα κπνξεί λα είλαη αζχγρξνλεο βξαρπθπθισκέλνπ δξνκέα ή θαη ζχγρξνλεο. Η ιεηηνπξγία κε ζηαζεξφ αξηζκφ ζηξνθψλ αλ ηε δνχκε ζρεκαηηθά ζε έλα δηάγξακκα ηζρχνο - ηαρχηεηαο αληηζηνηρεί ζε κία επζεία θάζεηε ζηνλ άμνλα ησλ ηαρπηήησλ πνπ ηέκλεη ηηο αεξνδπλακηθέο θακπχιεο ηεο πηεξσηήο ζε ζεκεία δηαθνξεηηθά απφ ην κέγηζην αεξνδπλακηθφ ζπληειεζηή ηζρχνο (ζρ. 1). Καηά ηελ εθθίλεζε ηεο Α/Γ ππάξρνπλ πςειά ξεχκαηα ηα νπνία δεκηνπξγνχλ πξνβιήκαηα ζηα δίθηπα, αιιά θαη θαηαπφλεζε ηνπ ειεθηξνκεραλνινγηθνχ εμνπιηζκνχ ηνπ ζπζηήκαηνο ιφγσ ηαιαληψζεσλ. Με ηε βνήζεηα κεηαηξνπέα Δ.Σ. πνπ απνηειείηαη απφ ηξία δεχγε 46

47 αληηπαξάιιεισλ ζπξίζηνξ ξπζκίδνπκε ηελ ηάζε ηνπ ζηάηε ηεο γελλήηξηαο κε απνηέιεζκα ηελ νκαιή έληαμε ζην δίθηπν. ρ. 5.1: Βαζηθή δνκή ζπζηήκαηνο ζηαζεξψλ ζηξνθψλ ζηαζεξήο ζπρλφηεηαο (...) ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΗΣΡΙΔ ΜΔΣΑΒΛΗΣΩΝ ΣΡΟΦΩΝ ηελ ιεηηνπξγία κεηαβιεηψλ ζηξνθψλ, ε ηαρχηεηα ηνπ δξνκέα ηεο αλεκνγελλήηξηαο κεηαβάιιεηαη θαηά ειεγρφκελν ηξφπν, αλάινγα κε ηελ ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ. Γηα ηελ ζχλδεζε ηεο αλεκνγελλήηξηαο κε ην δίθηπν ζηαζεξήο ζπρλφηεηαο ρξεζηκνπνηείηαη κεηαηξνπέαο ζπρλφηεηαο Με ηνλ ηξφπν απηφ ε ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο απνδεζκεχεηαη απφ ηε ζηαζεξή ζπρλφηεηα ηνπ δηθηχνπ θαη είλαη δπλαηή ε κεηαβνιή ηεο. ε ρξήζε γελλεηξηψλ κεηαβιεηψλ ζηξνθψλ δίλεη ιχζε ζε αξθεηά απφ ηα πξνβιήκαηα πνπ αλαθέξακε παξαπάλσ. Απηφ πνπ ζέινπκε λα πεηχρνπκε είλαη ε γελλήηξηα λα δνπιεχεη ζηε βέιηηζηε θακπχιε ιεηηνπξγίαο. Πξνζπαζνχκε δειαδή λα επηηχρνπκε ηε ιεηηνπξγία ηεο γελλήηξηαο κε ηέηνην ηξφπν ψζηε ν ξφηνξαο λα αθνινπζεί ηηο κεηαβνιέο ηνπ αλέκνπ, γηα λα επηηχρνπκε κέγηζην ζπληειεζηή c p θαη ζπλεπψο βέιηηζην ιφγν αθξνπηεξπγίνπ, ι opt. Θα πξέπεη λα επηζεκαλζεί φηη ε ιεηηνπξγία ζηε βέιηηζηε αεξνδπλακηθή θακπχιε πεξηνξίδεηαη κέρξη θάπνηα ζπγθεθξηκέλε ηαρχηεηα πέξα απφ ηελ νπνία αξρίδνπλ λα ιεηηνπξγνχλ παξάιιεια θαη ηα κεραληθά ζπζηήκαηα ειέγρνπ (πεξηζηξνθή ησλ πηεξπγίσλ pitch control) γηα ην πεξηνξηζκφ ηεο ηζρχνο ζην νλνκαζηηθφ φξην ηεο αλεκνγελλήηξηαο. Έηζη επηηπγράλεηαη κείσζε ησλ θαηαπνλήζεσλ ζηα κεραληθά κέξε ηεο αλεκνγελλήηξηαο κε ηαπηφρξνλε κείσζε ηνπ εθπεκπφκελνπ ζνξχβνπ, αιιά θαη βειηίσζε ηεο πνηφηεηαο ηεο παξαγφκελεο ηζρχνο. Η απ επζείαο ζχλδεζε φκσο ηεο γελλήηξηαο ζην δίθηπν 47

48 ζεκαίλεη φηη ε ηαρχηεηα ηνπ ξφηνξα θαζνξίδεηαη απφ ηε ζηαζεξή ζπρλφηεηα ηνπ δηθηχνπ, άξα δελ είλαη δπλαηφλ λα αθνινπζήζεη ε ηαρχηεηα ηνπ ξφηνξα ηελ ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ. Θα πξέπεη ινηπφλ λα απνκνλψζνπκε ηε γελλήηξηα απφ ην δίθηπν. Γηα ην ιφγν απηφ ρξεζηκνπνηνχκε φπσο είπακε θαη παξαπάλσ δηάθνξεο ηνπνινγίεο ειεθηξνληθψλ ηζρχνο. Μεηαβάιινληαο ηε γσλία έλαπζεο ησλ ειεθηξνληθψλ ζηνηρείσλ ησλ ηνπνινγηψλ πνπ ζα πεξηγξάςνπκε κπνξνχκε λα ειέγμνπκε ηε κεηαβνιή ηνπ ειεθηξηθνχ θνξηίνπ ηεο γελλήηξηαο θαη άξα ηε κέγηζηε παξαγσγή. ρ. 5.2 Η ζχλδεζε ζην δίθηπν γίλεηαη κέζσ ελφο αληηζηξνθέα, ν νπνίνο κεηαηξέπεη ηα ζπλερή ειεθηξηθά κεγέζε ζε ελαιιαζζφκελα, ζπρλφηεηαο ίδηαο κε απηήλ ηνπ δηθηχνπ. Οη κεηαηξνπείο απηνί κπνξνχλ λα απνηεινχληαη είηε απφ ζπξίζηνξ, είηε απφ εκηαγσγηθά ζηνηρεία ειεγρφκελεο έλαπζεο θαη ζβέζεο, φπσο ζπξίζηνξ κε πχιε ζβέζεο (GTO) ή ηξαλδίζηνξ κνλσκέλεο πχιεο (IGBT). Σν βαζηθφ πιενλέθηεκα ηεο ιεηηνπξγίαο κεηαβιεηήο ηαρχηεηαο είλαη ε βειηηζηνπνίεζε ηεο ελεξγεηαθήο απφδνζεο ηεο κεραλήο, θαζψο απμάλεηαη ην πνζνζηφ εθκεηάιιεπζεο ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο ηνπ αλέκνπ θπξίσο θαηά ηηο ρακειέο ηαρχηεηεο αλέκνπ, ζε ζρέζε κε ηελ ιεηηνπξγία ζηαζεξήο ηαρχηεηαο. Έλα αθφκα πιενλέθηεκα είλαη ε δπλαηφηεηα ειέγρνπ ηεο άεξγνπ ηζρχνο αλάινγα κε ηνλ ηχπν κεηαηξνπέα πνπ ρξεζηκνπνηείηαη. εκαληηθφ επίζεο πιενλέθηεκα απφ ηελ ιεηηνπξγία κεηαβιεηήο ηαρχηεηαο είλαη ε εμνκάιπλζε ηεο κεηαβιεηφηεηαο ησλ κεραληθψλ ξνπψλ θαη απφζβεζε ησλ ζπληνληζκψλ ηνπ κεραληθνχ ζπζηήκαηνο κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο, ηα νπνία ζεκαίλνπλ κείσζε ησλ κεραληθψλ θαηαπνλήζεσλ θαη αχμεζε ηεο δηάξθεηαο δσήο ηνπ ζπζηήκαηνο. 48

49 Σα κεηνλεθηήκαηα απηνχ ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη θαηαξρήλ ε απμεκέλε πνιππινθφηεηα ιφγσ ηνπ κεηαηξνπέα ζπρλφηεηαο θαη ε αληίζηνηρε αχμεζε ηνπ θφζηνπο. Δπίζεο ιφγσ ηνπ ειεθηξνληθνχ κεηαηξνπέα παξνπζηάδεηαη αχμεζε ησλ αλψηεξσλ αξκνληθψλ πνπ εηζέξρνληαη ζην δίθηπν, θάηη πνπ θάλεη αλαγθαία ηελ εγθαηάζηαζε θίιηξσλ γηα ηνλ πεξηνξηζκφ ηνπο. Τπάξρνπλ δηάθνξα ζπζηήκαηα εθ ησλ νπνίσλ ζηε ζπλέρεηα ζα εμεηαζηνχλ ηα αθφινπζα ηξία: Αζχγρξνλε κεραλή βξαρπθπθισκέλνπ δξνκέα (θισβφ) κε δηαζχλδεζε ΔΡ/Ρ/ΔΡ ζηνλ ζηάηε. Αζχγρξνλε κεραλή δαθηπιηνθφξνπ δξνκέα κε δηαζχλδεζε ΔΡ/Ρ/ΔΡ ζηνλ δξνκέα χγρξνλε κεραλή κε δηαζχλδεζε ΔΡ/Ρ/ΔΡ ζηνλ ζηάηε. ην ζρήκα 5.3 εηθνλίδεηαη ε απινχζηεξε δπλαηή δηάηαμε αλεκνγελλήηξηαο κεηαβιεηψλ ζηξνθψλ κε ρξήζε αζχγρξνλεο γελλήηξηαο, ε νπνία απηνδηεγείξεηαη κέζσ ζπζηνηρίαο ππθλσηψλ. Οη ρξεζηκνπνηνχκελνη κεηαηξνπείο είλαη έλαο κε ειεγρφκελνο αλνξζσηήο δηφδσλ ζηνπο αθξνδέθηεο ηεο κεραλήο θαη κηα εμαπαικηθή γέθπξα κε ζπξίζηνξ πνπ ιεηηνπξγεί σο αληηζηξνθέαο. ρήκα 5.3. Αλεκνγελλήηξηα κε Α.Μ. κε βξαρπθπθισκέλν δξνκέα (θισβφ) κε ζχλδεζε ΔΡ/Ρ/ΔΡ ζην ζηάηε Ο αλνξζσηήο δηφδσλ κεηαηξέπεη ηε κεηαβαιιφκελνπ πιάηνπο θαη κεηαβαιιφκελεο ζπρλφηεηαο, ηάζε ησλ αθξνδεθηψλ ηεο γελλήηξηαο ζε ζπλερή. Η ζπλερήο ηάζε απφ ηελ 49

50 πιεπξά ηνπ αληηζηξνθέα ξπζκίδεηαη κέζσ ηεο γσλίαο έλαπζεο ησλ ζπξίζηνξ. Η δηαθνξά κεηαμχ ησλ δχν ηάζεσλ θαζνξίδεη ηελ ηηκή ηνπ ζπλερνχο ξεχκαηνο. Άξα, κεηαβάιινληαο θαηάιιεια ηελ γσλία ελαχζεσο ησλ ζπξίζηνξ, κπνξνχκε λα ξπζκίδνπκε ηελ ξνή ηζρχνο απφ ηελ γελλήηξηα ζην δίθηπν, έηζη ψζηε λα ειέγρεηαη ε γσληαθή ηαρχηεηα ηνπ δξνκέα θαηά ηνλ επηζπκεηφ ηξφπν. Η δηάηαμε ηνπ ζρήκαηνο 5.3 ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνλ έιεγρν αλεκνθηλεηήξσλ ηζρχνο κέρξη 250 kw. Ο πεξηνξηζκφο ηεο ηζρχνο ζε απηά ηα ζπζηήκαηα, γηα κεγάιεο ηαρχηεηεο ηνπ αλέκνπ, επηηπγράλεηαη κέζσ ειέγρνπ ηνπ βήκαηνο ησλ πηεξπγίσλ. Οη ππθλσηέο ζηνπο αθξνδέθηεο ηεο αζχγρξνλεο γελλήηξηαο ηξνθνδνηνχλ ηελ άεξγν ηζρχ πνπ απαηηείηαη γηα ηελ δηέγεξζή ηεο. Κχξηα πιενλεθηήκαηα ηεο δηάηαμεο είλαη βέβαηα ην ρακειφ θφζηνο ηεο αζχγρξνλεο γελλήηξηαο θαη ε απιφηεηα θαη αμηνπηζηία ηνπ αλνξζσηή δηφδσλ. Όκσο, ε επηινγή αλνξζσηή δηφδσλ δελ καο δίλεη ηελ δπλαηφηεηα ειέγρνπ ηεο ηάζεο ζηε δηαζχλδεζε ζπλερνχο ξεχκαηνο. Η ηάζε απηή απμάλεηαη θαζψο απμάλνληαη νη ζηξνθέο ηεο γελλήηξηαο. Γηα ηνλ ιφγν απηφ έρνπλ πξνηαζεί δηάθνξνη ηξφπνη πεξηνξηζκνχ ηεο, κε θαηάιιειε δηακφξθσζε ηεο παικνδφηεζεο ησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ ηνπ αληηζηξνθέα. Απφ ηελ πιεπξά ηνπ δηθηχνπ, απαηηνχληαη κεγάια θαη δαπαλεξά θίιηξα έηζη ψζηε λα ειαρηζηνπνηεζνχλ νη αξκνληθέο ξεχκαηνο πνπ δεκηνπξγνχληαη απφ ηνλ αληηζηξνθέα. Δθηφο απφ ην πξφβιεκα ησλ αξκνληθψλ, ν αληηζηξνθέαο απνξξνθά θαη άεξγν ηζρχ απφ ην δίθηπν. ε αλεκνγελλήηξηεο κεηαβιεηψλ ζηξνθψλ έρεη πξνηαζεί θαη δηεξεπλεζεί ζε μεξαληηθφ βαζκφ ε δηάηαμε αζχγρξνλεο κεραλήο δαθηπιηνθφξνπ δξνκέα κε ζχζηεκα κεηαηξνπέσλ ζπλδεδεκέλσλ ζηνπο αθξνδέθηεο ηνπ. ηελ απινχζηεξε πεξίπησζε, ε δηάηαμε ησλ κεηαηξνπέσλ πεξηιακβάλεη κε ειεγρφκελν αλνξζσηή ζηνπο αθξνδέθηεο ηνπ δξνκέα θαη γέθπξα πνπ ιεηηνπξγεί σο αληηζηξνθέαο ζηελ έμνδν, φπσο δείρλεηαη ζην ζρήκα 5.4, κέζσ ησλ νπνίσλ πξαγκαηνπνηείηαη ε αλάθηεζε ηεο ηζρχνο νιηζζήζεσο θαη ε επηζηξνθή ηεο ζην δίθηπν. 50

51 ρήκα 5.4. Αλεκνγελλήηξηα κε Α.Μ. θαη δηάηαμε ΔΡ/Ρ/ΔΡ ζην δξνκέα ην ζρήκα 5.4, ν αληηζηξνθέαο απνηειείηαη απφ ζπξίζηνξ. Η ειεθηξηθή ξνπή ηεο γελλήηξηαο είλαη αλάινγε ηνπ ξεχκαηνο ηνπ δξνκέα θαη θαηά ζπλέπεηα ηνπ ζπλερνχο ξεχκαηνο. Άξα, κεηαβάιινληαο θαηάιιεια ηελ γσλία ελαχζεσο ησλ ζπξίζηνξ ηνπ αληηζηξνθέα, κπνξνχκε λα ξπζκίδνπκε ηελ ειεθηξηθή ξνπή, έηζη ψζηε λα κεηαβάιιεηαη ε γσληαθή ηαρχηεηα ηνπ δξνκέα θαηά ηνλ επηζπκεηφ ηξφπν. Απηή ε ζπλδεζκνινγία πξνηηκάηαη γηα ζπζηήκαηα κεγάιεο ηζρχνο (ηεο ηάμεσο ησλ MW). Η αζχγρξνλε κεραλή είλαη δαθηπιηνθφξνπ δξνκέα, ε νπνία ζε ζρέζε κε ηελ βξαρπθπθισκέλνπ δξνκέα είλαη αθξηβφηεξε θαη έρεη κεγαιχηεξεο απαηηήζεηο ζπληήξεζεο. Απφ ηελ άιιε πιεπξά, επεηδή νη ειεθηξνληθνί κεηαηξνπείο είλαη ζηνλ δξνκέα, δηαρεηξίδνληαη κφλν έλα ηκήκα ηεο ζπλνιηθήο ηζρχνο εμφδνπ, ην νπνίν θαζνξίδεηαη απφ ην εχξνο νιηζζήζεσλ πνπ ζέινπκε λα ιεηηνπξγεί ε κεραλή. Απηφ ην γεγνλφο νδεγεί ζε κείσζε ηεο νλνκαζηηθήο ηζρχνο ησλ κεηαηξνπέσλ θαη άξα θαη ηνπ θφζηνπο ηνπο. Απηφ είλαη θαη ην βαζηθφ πιενλέθηεκα απηήο ηεο δηάηαμεο πνπ ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ απιφηεηα θαη ηελ αμηνπηζηία ησλ κεηαηξνπέσλ ηελ θαζηζηνχλ ηδηαίηεξα ειθπζηηθή γηα εθαξκνγέο αλεκνγελλεηξηψλ. Δπηπιένλ έρνπκε κηθξφηεξε θαηαπφλεζε ηνπ δηθηχνπ απφ αξκνληθέο. Παξφια απηά ην πξφβιεκα ηνπ κηθξνχ ζπληειεζηή ηζρχνο, ιφγσ ηνπ αληηζηξνθέα απφ ζπξίζηνξ θαη ε χπαξμε αξκνληθψλ ζπλερίδνπλ λα πθίζηαληαη. Δπίζεο ζε αξθεηά ρακειή ζπρλφηεηα έρνπκε ηαιαληψζεηο ηεο ειεθηξηθήο ξνπήο ιφγσ ησλ παξακνξθσκέλσλ ξεπκάησλ ηνπ δξνκέα. Σν ηειεπηαίν γεγνλφο πξέπεη λα ιεθζεί ζνβαξά ππφςε ζηνλ ζρεδηαζκφ ηνπ κεραληθνχ ζπζηήκαηνο κεηαθνξάο ηεο ηζρχνο, γηα 51

52 ηελ απνθπγή θάπνηνπ πηζαλνχ ζπληνληζκνχ. Σέινο, είλαη δπλαηέο θαη άιιεο παξαιιαγέο ηεο δηάηαμεο νη νπνίεο κπνξεί λα πεξηιακβάλνπλ ειεγρφκελν αλνξζσηή κε ζπξίζηνξο αληί γηα ηνλ αλνξζσηή δηφδσλ ή ζχζηεκα δηπιψλ κεηαηξνπέσλ PWM. H ηειεπηαία πινπνίεζε κάιηζηα είλαη θαη ε θαιχηεξε θαζψο απαιείθεη θαη ηα πξνβιήκαηα ησλ αξκνληθψλ, δηαηεξψληαο ην πιενλέθηεκα ηνπ κεησκέλνπ κεγέζνπο ησλ κεηαηξνπέσλ. Η ρξεζηκνπνίεζε ζχγρξνλεο κεραλήο γηα γελλήηξηα έρεη ην πιενλέθηεκα φηη δελ ρξεηάδεηαη ηνπο ππθλσηέο νη νπνίνη απνηεινχλ εμσηεξηθή πεγή αέξγνπ ηζρχνο. Όκσο ην θφζηνο ηεο είλαη κεγαιχηεξν απφ ην θφζηνο αζχγρξνλεο κεραλήο. Μηα δηαθνξεηηθή δηακφξθσζε κε ρξήζε ζχγρξνλεο γελλήηξηαο είλαη απηή πνπ εηθνλίδεηαη ζην ζρήκα 5.5 θαη ζηελ νπνία ρξεζηκνπνηείηαη θαη αλνξζσηήο θαη αληηζηξνθέαο κε ζπξίζηνξο. ρήκα 5.5. Αλεκνγελλήηξηα κε.μ., αλνξζσηή δηφδσλ θαη αληηζηξνθέα γέθπξαο κε ζπξίζηνξο Απηή ε δηάηαμε επηηξέπεη ηελ αληηζηξνθή ηεο ξνήο ηζρχνο γηα επηηάρπλζε ηεο αλεκνγελλήηξηαο θαηά ηελ εθθίλεζε. Σν ζπλερέο ξεχκα ειέγρεηαη κέζσ ηεο γσλίαο έλαπζεο ησλ ειεθηξνληθψλ ζηνηρείσλ ηνπ αληηζηξνθέα. Με απηφλ ηνλ ηξφπν, φπσο θαη ζηελ πεξίπησζε ηεο αζχγρξνλεο κεραλήο, ξπζκίδεηαη ε ξνή ηζρχνο απφ ηελ αλεκνγελλήηξηα ζην δίθηπν, έηζη ψζηε λα κεηαβάιιεηαη ε γσληαθή ηαρχηεηα ηνπ δξνκέα θαηά ηνλ επηζπκεηφ ηξφπν. Η ζπκπεξηθνξά απηνχ ηνπ ζπζηήκαηνο απφ ηελ πιεπξά ηνπ δηθηχνπ είλαη εμίζνπ άζρεκε κε ηηο πξνεγνχκελεο πεξηπηψζεηο ιφγσ ησλ αξκνληθψλ πνπ εηζάγεη ν αληηζηξνθέαο. 52

53 Γηα ηελ απηφλνκε ιεηηνπξγία, ρξεζηκνπνηνχκε γελλήηξηα επαγσγήο ή ρξεζηκνπνηνχκε παξάιιειεο γελλήηξηεο επαγσγήο πνπ ζηξέθεηαη ζχκθσλα κε ηηο δηαζέζηκεο αλαιπζείζεο αλαθνξέο. Απηή ε γελλήηξηα επαγσγήο ρξεζηκνπνηεί κηα ηξάπεδα ππθλσηψλ δηέγεξζεο πνπ εληζρχεη ηελ επηζπκεηφ ηάζε κέζσ ησλ απηνεξεζηδφκελσλ θαηλνκέλσλ. Ωο εθ ηνχηνπ ε ηξάπεδα ππθλσηψλ δηέγεξζεο θαη ε ηαρχηεηα ζηξνθέσλ θαζνξίδνπλ ην κέγεζνο ηεο παξαγκέλεο ηάζεο θαη ε ζπρλφηεηά ηνπ. Καη νη δχν, ε ηάζε θαη ε ζπρλφηεηα πξέπεη λα ειεγρζνχλ γηα λα ηξνθνδνηήζνπλ ηελ ηζρχ ζην θνξηίν. Αιιά ζηελ ζπλδεζκνινγία γηα ηελ ιεηηνπξγία, ππάξρνπλ δχν ηχπνη γελλεηξηψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη. (δει.,single output θαη double outputs). Πξνθεηκέλνπ λα ηξνθνδνηεζεί ε ελεξγφο δχλακε ζην πιέγκα, ε κεραλή πξέπεη λα ηξέμεη κε κηα ηαρχηεηα κεγαιχηεξε απφ ζχγρξνλε ηαρχηεηα ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ. (δει. ε νιίζζεζε πξέπεη λα είλαη αξλεηηθή). Η εληαία γελλήηξηα παξαγσγήο ηξνθνδνηεί ηελ ελεξγφ δχλακε ην πιέγκα κέζσ κφλν ηεο δεπηεξεχνπζαο θαη δηπιήο γελλήηξηαο παξαγσγήο ζηαηψλ ηξνθνδνηεί ηε ειεθηξηθή δχλακε ζην πιέγκα θαη κέζσ ηεο πιεπξάο ησλ ζηαηψλ θαζψο επίζεο θαη ησλ ζηξνθέσλ. Σν ηειεπηαίν επίζεο ζηαηηθφ Kramer, double-fed ή δηπιέο γελλήηξηεο επαγσγήο απνηειεζκάησλ. Απηφ είλαη κφλν ε γελλήηξηα πνπ παξάγεη πεξηζζφηεξν απφ ηελ εθηηκεκέλε δχλακε, ρσξίο ππεξζέξκαλζε. Δθηφο απηνχ, απηφ ην είδνο ειεθηξηθήο παξαγσγήο ζπλήζσο πξνβιήκαηα αηηηψλ ζην ζχζηεκα πιέγκαηνο ρξεζηκφηεηαο. Η αηνιηθή ελέξγεηα ζπλερψο νη απμάλεη, αλεζπρίεο ρξεζηκνηήησλ θαη δχλακεο κεηαηνπίδνληαο ηελ εζηίαζε απφ ην πνηνηηθφ δήηεκα δχλακεο ζην πξφβιεκα ζηαζεξφηεηαο πνπ πξνθαιείηαη απφ ζχλδεζε αηνιηθήο ελέξγεηαο. ε ηέηνηεο πεξηπηψζεηο, γίλεηαη ζεκαληηθφ γηα λα εμεηάζεη ηνλ αληίθηππν αηνιηθήο ελέξγεηαο θαηάιιεια ζηε δχλακε πξνγξακκαηηζκφο θαη ιεηηνπξγία ζπζηεκάησλ. Δδψ πεξηγξάθνπκε ηελ παξνδηθή ζπκπεξηθνξά ησλ γελλεηξηψλ επαγσγήο (DFIG) πνπ νδεγείηαη απφ ηνλ αλεκνζηξφβηιν θαηφπηλ ηελ απνζχλδεζή ηνπ απφ ην πιέγκα. Οη ζηξνθέο ησλ κεραλψλ επαγσγήο κε κηα ζπγθεθξηκέλε ηαρχηεηα κε ην ζηάηε πνπ απνζπλδέεηαη απφ ην πιέγκα (Is=0), ν ζηξνθέαο είλαη μαθληθά κεδεληζκέλνο κε νιίζζεζε ζπρλφηεηα, νη ηάζεηο πξνήιζαλ απφ ηνπο ξπζκηζηέο ηάζεο ψζηε λα παξαγάγνπλ επαηλεζκέλε αλνηρηή ηειηθή ηάζε ζηαηψλ. Έλα ζπλήζσο ρξεζηκνπνηεκέλν πξφηππν γηα ηε γελλήηξηα επαγσγήο ε κεηαηξνπή ηεο δχλακεο απφ ηνλ αέξα λα εμππεξεηεζεί ην ειεθηξηθφ πιέγκα είλαη παξνπζηαζκέλνο ζην ζηάηε Fig.1 ηεο επαγσγήο ζηξνθέσλ ε κεραλή ζπλδέεηαη κε ηε ρακειή ηάζε πνπ 53

54 ηζνξξνπείηαη κε ηξηθαζηθφ πιέγκα θαη ε πιεπξά ζηξνθέσλ ηξνθνδνηνχληαη κέζσ ηνπ back-to-back IGBT νη αλαζηξνθείο DC-AC κε έλα θνηλφ ζπλερέο ξεχκα κεηαθέξνπλ. ην δίθηπν ν δεπηεξεχσλ κεηαηξνπέαο ειέγρεη ηε ξνή δχλακεο κεηαμχ ηνπ DC bus θαη AC side ελαιιαζζφκελνπ ξεχκαηνο θαη επηηξέπεη ζην ζχζηεκα γηα λα ρξεζηκνπνηεζεί ζηε subsynchronous θαη έμνρε ζχγρξνλε ηαρχηεηα. Ο θαηάιιεινο ζηξνθέαο ε δηέγεξζε παξέρεηαη απφ ην δεπηεξεχνληα κεηαηξνπέα δχλακεο κεραλψλ. Δηθφλα 6. Πξφηππν ηνπ αλεκνζηξνβίινπ DFIG 5.2 PITCH CONTROL (έιεγρνο κεηαβνιήο ηεο θιίζεο ησλ πηεξπγίσλ) Ο ζρεδηαζκφο ηνπ δξνκέα είλαη ίζσο ην πνην βαζηθφ δήηεκα ζηελ ζρεδίαζε ηνπ φινπ ζπζηήκαηνο ζηφρνο είλαη λα βξεζεί έλαο βέιηηζηνο ζπλδπαζκφο ησλ δηάθνξσλ παξακέηξσλ πνπ ζπλζέηνπλ ηνλ δξνκέα: ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο, δηάκεηξνο δξνκέα, αξηζκφο πηεξπγίσλ, θαηαλνκή πιάηνπο πηεξπγίνπ, θαηάιιειε αεξνηνκή ή αεξνηνκέο, ζπζηξνθή, κέζν γεσκεηξηθφ βήκα. Σα θξηηήξηα επηινγήο είλαη ε κεγηζηνπνίεζε ηεο εηήζηαο παξαγφκελεο ελέξγεηαο θαη ε ειαρηζηνπνίεζε ηνπ θφζηνπο παξαγσγήο ηεο. Η δηάκεηξνο ηνπ δξνκέα ζα εμαξηεζεί απφ ηελ απαηηνχκελε νλνκαζηηθή ηζρχ ηεο κεραλήο θαη ην αηνιηθφ δπλακηθφ ηεο πεξηνρήο εγθαηάζηαζεο ηνπ αλεκνθηλεηήξα. Η γσληαθή ηαρχηεηα ιεηηνπξγηάο ηνπ δξνκέα επηιέγεηαη έηζη ψζηε ν ιφγνο ηαρχηεηαο αθξνπηεξπγίνπ πξνο ηελ νλνκαζηηθή ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ (ιφγνο ι) λα βξίζθεηαη ζηελ 54

55 πεξηνρή ηεο βέιηηζηεο ηηκήο ζπληειεζηή ηζρχνο ηνπ αλεκνθηλεηεξα. Η θαηαλνκή ηνπ πιάηνπο ησλ πηεξπγίσλ ζα πξνθχςεη απφ ηε βειηηζηνπνίεζε ηεο αεξνδπλακηθήο ζρεδίαζεο ηνπ δξνκέα ελψ ην πιήζνο ησλ πηεξπγίσλ (ε ζηεξεφηεηα ηνπ δξνκέα) ζα εμαξηεζεί απφ ην είδνο ηεο εθαξκνγήο ηνπ αλεκνθηλεηεξα ΣΔΥΝΟΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΜΔΛΔΣΗ ΑΙΟΛΙΚΟΤ ΠΑΡΚΟΤ Αλάινγα κε ηε κνξθή ηνπ δξνκέα δηαθξίλνπκε δχν δηαθνξεηηθνχο ηχπνπο: (α) ξνκείο κε πνιιά ιεπηά πηεξύγηα (πνιππηέξπγνπο) Υαξαθηεξηζηηθφ ησλ δξνκέσλ απηψλ είλαη ε κηθξή δηάκεηξνο, ε κηθξή πεξηθεξεηαθή ηαρχηεηα θαη ε κεγάιε ξνπή. Η θαηαζθεπή ηέηνησλ αλεκνθηλεηήξσλ θαζψο θαη ε έξεπλα πξνο ηελ θαηεχζπλζε απηή ηείλνπλ λα εγθαηαιεηθζνχλ γηα πνιινχο ιφγνπο, φπσο ν κηθξφο ζπληειεζηήο ηζρχνο θαη ε κηθξή δηάκεηξνο πνπ κπνξνχλ λα θαηαζθεπαζηνχλ. (β) ξνκείο κε ιίγα πηεξύγηα Οη δξνκείο απηνί έρνπλ ζπλήζσο δχν ή ηξία πηεξχγηα (ηειεπηαία θαηαζθεπάζηεθαλ δξνκείο κε έλα πηεξχγην, κνλφπηεξνο). Έρνπλ ηε κνξθή ησλ πηεξπγίσλ ησλ ειίθσλ ησλ 55

56 αεξνζθαθψλ κε αξθεηή ζπζηξνθή απφ ηε βάζε κέρξη ην αθξνπηεξχγην θαη κεηαβαιιφκελε ρνξδή κε ιέπηπλζε πξνο ην αθξνπηεξχγην. Δηθφλα 5.8:NedWind 50 (prototype) Η ηερλνινγία θαηαζθεπήο ηνπ είλαη παξφκνηα κε εθείλε ησλ ειίθσλ αεξνπιάλσλ, δαλείδεηαη δε θαη κεξηθά ζηνηρεία απφ εθείλε ηνπ δξνκέα ησλ ειηθνπηέξσλ. Σα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ δξνκέα είλαη ν κεγάινο ζπληειεζηήο ηζρχνο θαη ε βέιηηζηε ιεηηνπξγία ηνπ ζε κεγάιν ζρεηηθά ιφγν ηαρπηήησλ αθξνπηεξπγίνπ ι. Οη παιαηφηεξνη δξνκείο είραλ πιαηηά πηεξχγηα, ελψ νη ζχγρξνλνη δξνκείο, ιφγσ αεξνδπλακηθήο βειηηζηνπνίεζεο, έρνπλ ιεπηά πηεξχγηα. Οη αεξνηνκέο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ θαηαζθεπή ησλ πηεξπγίσλ είλαη ζχγρξνλεο αεξνηνκέο πνπ παξνπζηάδνπλ κεγάιν ζπληειεζηή άλσζεο ζε κηθξέο ζρεηηθά γσλίεο πξφζπησζεο ελψ ζπγρξφλσο δηαηεξνχλ ρακειφ ζπληειεζηή αληίζηαζεο ζε επξεία πεξηνρή γσληψλ πξφζπησζεο. Σππηθφο εθπξφζσπνο ηέηνησλ αεξνηνκψλ είλαη ε αεξνηνκή NACA Οη δξνκείο απηνί είλαη πην ηαρχζηξνθνη απφ ηνπο πνιππηέξπγνπο δξνκείο θαη ειαθξψο νηθνλνκηθφηεξνη, παξνπζηάδνπλ δε επθνιία ζηελ επηηφπνπ ζπλαξκνιφγεζε ηνπ αλεκνθηλεηήξα. Γεληθά ν ηξίπηεξνο δξνκέαο είλαη θαηά 5% πεξηζζφηεξν απνδνηηθφο απφ ηνλ δίπηεξν θαη ηα θνξηία πνπ ελεξγνχλ ζε θάζε πηεξχγην είλαη κηθξφηεξα. Δίλαη φκσο 56

57 αθξηβφηεξνο. Αληίζεηα ν κνλφπηεξνο δξνκέαο είλαη θζελφηεξνο, έρεη 10% κηθξφηεξε ελεξγεηαθή απφδνζε απφ ηνλ δίπηεξν, αιιά έρεη ζνξπβψδε ιεηηνπξγία θαη ε δπγνζηάζκηζή ηνπ παξνπζηάδεη ζνβαξά πξνβιήκαηα. Η ζηαζεξή κεραληθή θαηαπφλεζε πνπ νθείιεηαη ζηηο θπγφθεληξεο δπλάκεηο θαζψο θαη απηή πνπ νθείιεηαη ζηηο ηαιαληψζεηο ησλ πηεξπγίσλ, θάλνπλ ην ζρεδηαζκφ ησλ πηεξπγίσλ ηνλ πην αδχλακν κεραληθφ ζχλδεζκν ηνπ ζπζηήκαηνο. Η κεραληθή θαηαπφλεζε ησλ πηεξπγίσλ ζε ζπλζήθεο πνιχ πςεινχ αλέκνπ, πεξηνξίδεηαη ζε αλεθηά επίπεδα. Απηφ επηηπγράλεηαη κε ηνλ έιεγρν ηεο ηαρχηεηαο πεξηζηξνθήο, ε νπνία πεξηνξίδεηαη κέζα ζηα επηζπκεηά φξηα. Ο έιεγρνο απηφο φρη κφλν πξνζηαηεχεη ηα πηεξχγηα, αιιά θαη ηε ρξεζηκνπνηνχκελε ειεθηξηθή γελλήηξηα απφ ππεξθφξηηζε θαη ππεξζέξκαλζε. Τιηθά πηεξπγίσλ Σα πιηθά θαηαζθεπήο ησλ πηεξπγίσλ ησλ δξνκέσλ εληειψο. παιφλεκα δελ ηηο θαη έρνπλ αθφκα μεθαζαξίζεη κηθξέο θπξίσο μχιν, αλεκνγελλήηξηεο πνιπνπξεζάλε, πνπ δελ πιηθά ρξεζηκνπνηνχληαη ππνθέξνπλ απφ δηάβξσζε αιιά έρνπλ φκσο άγλσζηε ζπκπεξηθνξά ζε ελαιιαζζφκελε θφξηηζε, θφξηηζε πνπ νδεγεί ζε πξφσξε γήξαλζε ηνπ πιηθνχ. ηνπο κεζαίνπ κεγέζνπο δξνκείο ρξεζηκνπνηνχληαη παινλήκαηα κε ελαιιαγή ηεο θαηεχζπλζεο ησλ παινλεκάησλ ζε πνιιαπιέο ζηξψζεηο ελψ ζηηο κεγάινπ κεγέζνπο αλεκνγελλήηξηεο ρξεζηκνπνηείηαη ε ηερλνινγία ησλ ειίθσλ ησλ αεξνζθαθψλ(πηεξχγηα απφ αλζξαθνλήκαηα απηφκαηνπ ηπιίγκαηνο - Hamilton Standard) ή αθφκα θαη μχιν ή θαη ηερλνινγία πηεξχγσλ αεξνζθαθψλ 57

58 Σύπνο πηεξπγίσλ Α) Πηεξχγηα κε έιεγρν ηεο κεηαβνιήο ηνπ βήκαηνο (pitch controlled), πνπ κπνξνχλ λα πεξηζηξαθνχλ θαηά ην δηακήθε άμνλά ηνπο. Με απηφλ ηνλ ηξφπν ειέγρεηαη ε γσλία πξφζπησζεο ηνπ αλέκνπ θαη θαηά ζπλέπεηα ε πξνζπίπηνπζα ζε απηά αεξνδπλακηθή ηζρχο. Σν θχξην κεηνλέθηεκα απηνχ ηνπ ζρήκαηνο είλαη ε απμεκέλε πνιππινθφηεηα ιφγσ ηνπ ζπζηήκαηνο ειέγρνπ ηνπο, αιιά θαη ηεο ρξήζεο πδξαπιηθψλ θαη ειεθηξνκεραληθψλ κέζσλ γηα ηε ζηξνθή ησλ πηεξπγίσλ. Β) Οη αλεκνγελλήηξηεο κε αεξνδπλακηθφ έιεγρν ηεο ξνήο θαη ηζρχνο ηνπ δξνκέα (stall controlled), δηαζέηνπλ πηεξχγηα ζηαζεξήο θιίζεο ηα νπνία ζε πςειέο ηαρχηεηεο αλέκνπ (ρακειέο ηηκέο ηνπ ι) εκθαλίδνπλ απψιεηα αεξνδπλακηθήο ζηήξημεο. Έηζη πεξηνξίδεηαη ε αλαπηπζζφκελε ξνπή θαη ε παξαγφκελε ελέξγεηα. Γ) Σειεπηαία παξαηεξείηαη ε ηάζε λα ρξεζηκνπνηείηαη ελεξγφο έιεγρνο ηνπ βήκαηνο ησλ πηεξπγίσλ ζηηο ζχγρξνλεο αλεκνγελλήηξηεο (active stall). Η δηαθνξά απηνχ ηνπ ηξφπνπ ειέγρνπ ζε ζρέζε κε ηνλ θιαζηθφ έιεγρν ηνπ βήκαηνο ησλ πηεξπγίσλ είλαη φηη φηαλ ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ μεπεξάζεη ηελ νλνκαζηηθή ηεο ηηκή, ε γσλία pitch κεηαβάιιεηαη αληίζεηα, κεγαιψλεη δειαδή ε γσλία κε ηνλ άλεκν απνθφπηνληαο κε απηφλ ηνλ ηξφπν ηελ πεξίζζεηα αεξνδπλακηθήο ηζρχνο. Σν πιενλέθηεκα απηήο ηεο κεζφδνπ είλαη φηη ε ηζρχο εμφδνπ ηεο γελλήηξηαο κπνξεί λα ειεγρζεί κε κεγαιχηεξε αθξίβεηα θαη θαηά ζπλέπεηα δελ θαηαπνλείηαη ην ζχζηεκα ζε πεξηφδνπο ξηπψλ αλέκνπ. Ο ελεξγφο έιεγρνο ηεο γσλίαο pitch ρξεζηκνπνηείηαη ζε κεγάιεο αλεκνγελλήηξηεο, άλσ ηνπ 1 MW. Οη αλεκνγελλήηξηεο κε ζχζηεκα ξχζκηζεο ηνπ βήκαηνο ηνπ πηεξπγίνπ παξνπζηάδνπλ ηερλνινγηθή πνιππινθφηεηα ζην ξπζκηζηηθφ κεραληζκφ θαη ηα πηεξχγηα είλαη ζαθψο αθξηβφηεξα θαη βαξχηεξα. Παξνπζηάδνπλ φκσο θαιή ξχζκηζε ηζρχνο, κεησκέλα αεξνδπλακηθά θνξηία, επθνιία ζηελ εθθίλεζε ηεο αλεκνγελλήηξηαο θαη ζπγρξφλσο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ θαη γηα πέδεζε. Οη αλεκνγελλήηξηεο κε πηεξχγηα ζηαζεξνχ βήκαηνο είλαη απινχζηεξεο ηερλνινγηθά θαη θπζηθά θζελφηεξεο, έρνπλ φκσο πεξίπνπ 5-10% κηθξφηεξε παξαγσγή ελέξγεηαο, κεγαιχηεξα θνξηία θαηαπφλεζεο θαη απαηηνχλ δηζθφθξελα αζθάιεηαο αζηνρίαο ή αεξνπέδεο. Αλεκνγελλήηξηεο ζηαζεξνχ βήκαηνο πηεξπγίνπ είλαη ζρεδφλ φιεο νη αλεκνγελλήηξηεο θαηαζθεπήο αλίαο κεζαίνπ κεγέζνπο 58

59 ηάγξακκα 5.10:Σππηθφ δηάγξακκα ξχζκηζεο ρήκα 5.11:Απινπζηεπκέλν δηάγξακκα βαζκίδσλ ηνπ ζπζηήκαηνο ειέγρνπ πκπεξάζκαηα: Τπέξ: Καιχηεξε απφδνζε ζε ρακειφ άλεκν πλαηφηεηα πεξηνξηζκνχ ηεο ηζρχνο (ρσξίο δηαθνπή ηεο ιεηηνπξγίαο) Υακειφηεξα θνξηία ζε πηεξχγηα θαη δνκηθφ ζχζηεκα Α/Γ Καηά: Πνιππινθφηεηα θαη αλάγθε ζπληήξεζεο 59

60 ηαθπκάλζεηο ηζρχνο ζε πςειφ άλεκν Κφπσζε πηεξπγίσλ ιφγσ αδξαλεηαθήο θφξηηζεο 60

61 ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ- ΠΔΡΙΒΑΛΛΟΝΣΙΚΑ ΟΦΔΛΗ Σα αηνιηθά πάξθα απνηεινχληαη απφ ζεηξέο αλεκνγελλεηξηψλ (ΑΓ) πνπ κεηαηξέπνπλ ηελ αηνιηθή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή έηζη γίλεηαη ε εθκεηάιιεπζε ηνπ ηνπηθνχ αηνιηθνχ δπλακηθνχ πνπ απνηειείηαη απφ κηα αλεμάληιεηε θπζηθή πεγή. Η ιεηηνπξγία ησλ αλεκνγελλεηξηψλ δελ απαηηεί πξψηεο χιεο, εθηφο απφ ηελ αηνιηθή ελέξγεηα, θαη δελ εθπέκπεη θακία κνξθή ξχπνπ ή απνβιήησλ. Δπίζεο, ην παξαγφκελν πξντφλ κεηαθέξεηαη απεπζείαο ζην δίθηπν ηεο ΓΔΗ πξνο θαηαλάισζε θαη, επνκέλσο, δελ απαηηείηαη θαλελφο είδνπο κεηαηξνπή πξψηεο χιεο ή πξντφληνο. Με ηελ ηζρχνπζα λνκνζεζία (Ν. 2244/94 θαη 2773/99) ε ΓΔΗ είλαη ππνρξεσκέλε λα αγνξάδεη ηελ παξαγφκελε ελέξγεηα απφ αλεμάξηεην παξαγσγφ. Η ηηκή πψιεζεο ηεο KWh ζπλδέεηαη κε ηα ηηκνιφγηα ησλ θαηαλαισηψλ. πγθεθξηκέλα, γηα ην δηαζπλδεδεκέλν δίθηπν θαη γηα ηνλ Αλεμάξηεην Παξαγσγφ ε ηηκή πψιεζεο θαζνξίδεηαη ζην 90% ηνπ ηηκνινγίνπ B2. Δπηπιένλ, παξέρεηαη έλα ζηαζεξφ επηρεηξεζηαθφ πεξηβάιινλ, αθνχ ππνγξάθνληαη καθξνρξφληεο (10 εηψλ) ζπκβάζεηο πψιεζεο ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Δπηπιένλ, κέζν ηνπ αλαπηπμηαθνχ λφκνπ 2601/98 ηα Αηνιηθά Πάξθα ρξεκαηνδνηνχληαη κε έλα πνζνζηφ 40% πνπ νδεγεί ζηελ πιήξε απφζβεζε ηεο επέλδπζεο απφ 2-7 ρξφληα, αλάινγα κε ην αηνιηθφ δπλακηθφ ηεο πεξηνρήο θαη ηελ νλνκαζηηθή ηζρχ ηνπ ζηαζκνχ. 61

62 Μηα ελαιιαθηηθή πεγή ρξεκαηνδφηεζεο κπνξεί λα είλαη ηα Κνηλνηηθά Πξνγξάκκαηα (Δλεξγεηαθά Δπηρεηξεζηαθά Πξνγξάκκαηα). Η ρσξνζέηεζε απνηειεί κία απαξαίηεηε πξνυπφζεζε γηα ηελ έθδνζε ηεο άδεηαο εγθαηάζηαζεο γηα ηνλ αηνιηθφ ζηαζκφ. Γηα ηελ εγθαηάζηαζε ηνπ αηνιηθνχ ζηαζκνχ απαηηείηαη επίζεο θαη ε άδεηα εγθαηάζηαζεο, ε ιήςε ηεο νπνίαο απαηηεί 1 κε 2 ρξφληα, ελψ ε άδεηα ιεηηνπξγίαο εθδίδεηαη κεηά ηελ εγθαηάζηαζε ηνπ ζηαζκνχ. Όζνλ αθνξά ζηε ιήςε ηεο άδεηαο παξαγσγήο, βάζεη ηνπ λφκνπ 2773/99, ηδξχζεθε κηα αλεμάξηεηε αξρή ελέξγεηαο (ΡΑΔ), φπνπ νη ελδηαθεξφκελνη επελδπηέο / εηαηξείεο / θνηλνπξαμίεο κπνξνχλ λα θαηαζέηνπλ κηα αίηεζε θαη έλα θάθειν κειέηεο. Η ΡΑΔ, κε ηε ζεηξά ηεο, εμεηάδεη θάζε αίηεζε μερσξηζηά θαη δηακνξθψλεη κηα γλψκε γηα απηή απηή ε γλψκε θνηλνπνηείηαη ζηνλ Τπνπξγφ Αλάπηπμεο, ν νπνίνο ιακβάλεη θαη ηελ ηειηθή απφθαζε γηα ηελ έθδνζε άδεηαο παξαγσγήο ή φρη. 6.2 ΚΡΙΣΗΡΙΑ ΓΙΑ ΣΗΝ ΚΑΣΑΛΛΗΛΗ ΘΔΗ ΔΓΚΑΣΑΣΑΗ ΔΝΟ ΑΟΛΙΚΟΤ ΠΑΡΚΟΤ Σν πςειφ αηνιηθφ δπλακηθφ ηεο εμεηαδφκελεο πεξηνρήο δελ απνηειεί ην κφλν θξηηήξην γηα ηελ επηινγή ηεο. Άιινη παξάκεηξνη πνπ ζα πξέπεη λα ζπκπεξηιεθζνχλ ζηελ εμέηαζε είλαη: Σα γεηηνληθά δίθηπα κε ηε ΓΔΗ αλάινγεο ηζρχνο θαη ε χπαξμε δξφκσλ πξφζβαζεο. Απνζηάζεηο απφ ηηο θνληηλφηεξεο θνηλφηεηεο. Σν αξραηνινγηθφ ελδηαθέξνλ γηα ηελ εμεηαδφκελε πεξηνρή. Η ζέζε ηεο αλεκνγελλήηξηαο ζε ζρέζε κε ηνπο αλακεηαδφηεο ηεο ΔΡΣ θαη ηνπ ΟΣΔ. Απνζηάζεηο απφ ηα αεξνδξφκηα. Δηδηθά πξνγξάκκαηα πεξηβαιινληηθήο πξνζηαζίαο (NATURA, RAMSAR, θιπ.) ΓΙΑΣΙ ΛΔΜΔ ΝΑΙ ΣΑ ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ Η ιεηηνπξγία ελφο ηππηθνχ αηνιηθνχ πάξθνπ, ηζρχνο 10 MW, πξνζθέξεη εηήζηα ηελ ειεθηξηθή ελέξγεηα πνπ ρξεηάδνληαη λνηθνθπξηά (κε βάζε ηε κέζε θαηαλάισζε 62

63 ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ην 2002) θαη εμνηθνλνκεί πεξίπνπ ηφλνπο ηζνδχλακνπ πεηξειαίνπ. Μηα ζπλεζηζκέλε αλεκνγελλήηξηα ηζνδπλακεί κε δέληξα! Μία ζπλεζηζκέλε αλεκνγελλήηξηα ησλ 750 kw παξάγεη θαηά κέζν φξν ζηελ Διιάδα 2,25 εθαηνκκχξηα θηινβαηψξεο ην ρξφλν θαη, έηζη, απνηξέπεηαη ε έθιπζε ηφλσλ δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα, φζν δειαδή απνξξνθνχλ εηεζίσο ζηξέκκαηα δάζνπο ή αιιηψο δέληξα. Η αηνιηθή ελέξγεηα δελ επηβαξχλεη ην ηνπηθφ πεξηβάιινλ κε επηθίλδπλνπο αέξηνπο ξχπνπο. Καηά ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο απφ ζπκβαηηθνχο ζηαζκνχο ειεθηξνπαξαγσγήο εθιχνληαη ηεξάζηηεο πνζφηεηεο ξχπσλ, κεηαμχ ησλ νπνίσλ ηα θαξθηλνγφλα κηθξνζσκαηίδηα, ην δειεηεξηψδεο κνλνμείδην ηνπ άλζξαθα, ην δηνμείδην ηνπ ζείνπ θαη ηα νμείδηα ηνπ αδψηνπ πνπ πξνθαινχλ ην θαηλφκελν ηεο φμηλεο βξνρήο. Γηα θάζε κεγαβάη εγθαηεζηεκέλεο ηζρχνο αηνιηθήο ελέξγεηαο δεκηνπξγνχληαη 15 κε 22 ζέζεηο εξγαζίαο, εθ ησλ νπνίσλ 0,5-1 είλαη κφληκεο θαη αθνξνχλ ηελ ιεηηνπξγία θαη δηαρείξηζε ηνπ αηνιηθνχ πάξθνπ. Γηα ζχγθξηζε αλαθέξνπκε φηη, γηα θάζε MW εγθαηεζηεκέλεο ηζρχνο ζε έλα αλζξαθηθφ ζηαζκφ, δεκηνπξγνχληαη 0,2 κφληκεο ζέζεηο εξγαζίαο, δειαδή έσο θαη 5 θνξέο ιηγφηεξεο ησλ αηνιηθψλ (ζηνηρεία ΓΔΗ, κε βάζε ηελ εκπεηξία ηεο απφ ηνπο ιηγληηηθνχο ζηαζκνχο ζηε βφξεηα Διιάδα). ήκεξα, ν ζρεηηθφο ηνκέαο ζηε βηνκεραλία πξνζθέξεη ζέζεηο εξγαζίαο παγθνζκίσο. Η αηνιηθή ελέξγεηα εληζρχεη ηελ ελεξγεηαθή αλεμαξηεζία θαη αζθάιεηα. Η αηνιηθή ελέξγεηα είλαη κία ψξηκε ηερλνινγία. Η αηνιηθή βηνκεραλία είλαη ε ηαρχηεξα αλαπηπζζφκελε ελεξγεηαθή ηερλνινγία, κε εληππσζηαθνχο ξπζκνχο αλάπηπμεο ηα ηειεπηαία ρξφληα. Η αηνιηθή ελέξγεηα αιιά θαη φιεο νη αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο είλαη πην αληαγσληζηηθέο ζε ζρέζε κε ηα νξπθηά θαχζηκα θαη πην ειθπζηηθέο γηα ηνπο θαηαλαισηέο κε ηελ ελζσκάησζε βέβαηα ηνπ πεξηβαιινληηθνχ- θνηλσληθνχ θνηλσληθφ θφζηνπο. χκθσλα κε κειέηε ηεο Δπξσπατθήο Δπηηξνπήο (πξφγξακκα EXTERNE), ην θφζηνο απηφ (πεξηβαιινληηθφ θαη θνηλσληθφ) γηα ηελ πεξίπησζε ηεο Διιάδαο θηάλεη έσο θαη 0,084 /kwh. 63

64 Γειαδή αλ ζπλππνινγίδακε ηε δεκηά πνπ θάλνπλ ηα νξπθηά θαχζηκα ζην πεξηβάιινλ θαη ηελ πγεία, ε ειεθηξηθή ελέξγεηα απφ ζπκβαηηθνχο ζηαζκνχο ζα έπξεπε λα ρξεψλεηαη ηνπιάρηζηνλ % παξαπάλσ απ φηη ζήκεξα. Η αηνιηθή ελέξγεηα είλαη ζήκεξα κηα νηθνλνκηθά αληαγσληζηηθή ελαιιαθηηθή ιχζε απέλαληη ζηα ξππνγφλα νξπθηά θαχζηκα θαη ηελ επηθίλδπλε ππξεληθή ελέξγεηα, αθφκε θαη ρσξίο λα ζπκπεξηιάβνπκε ην πεξηβαιινληηθφ θφζηνο. Αλ αθαηξέζεη θαλείο ην θφζηνο ηεο αξρηθήο επέλδπζεο, ην πξαγκαηηθφ θφζηνο εθκεηάιιεπζεο ησλ αηνιηθψλ πάξθσλ ηεο ΓΔΗ ζηελ Κξήηε εθηηκάηαη φηη είλαη θάησ απφ 0,6 ιεπηά αλά θηινβαηψξα. Σν θφζηνο ηεο παξαγσγήο αηνιηθήο ελέξγεηαο δελ είλαη απαγνξεπηηθφ γηα κηθξέο εθαξκνγέο, ζε αληίζεζε κε ηνπο ζπκβαηηθνχο ηξφπνπο ειεθηξνπαξαγσγήο. Κάζε λνηθνθπξηφ ή βηνηερλία ζα κπνξνχζε ζεσξεηηθά λα παξάγεη ηε δηθή ηνπ ελέξγεηα απφ ηνλ άλεκν. Η αηνιηθή ελέξγεηα απνηειεί, εθηφο ησλ άιισλ, θαη κία βηψζηκε ιχζε γηα πεξηνρέο ρσξίο πξφζβαζε ζε δίθηπν. Όπσο θαη άιιεο αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο (π.ρ. ηα θσηνβνιηατθά), κηθξέο αλεκνγελλήηξηεο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζε απηφλνκα ή πβξηδηθά ζπζηήκαηα γηα παξαγσγή ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο. Σν αηνιηθφ δπλακηθφ ηεο ρψξαο καο είλαη γεσγξαθηθά δηεζπαξκέλν, νδεγψληαο ζηελ απνθέληξσζε ηνπ ελεξγεηαθνχ ζπζηήκαηνο, αλαθνπθίδνληαο ηα ζπζηήκαηα ππνδνκήο θαη κεηψλνληαο ηηο απψιεηεο απφ ηε κεηαθνξά ελέξγεηαο. Η αηνιηθή ελέξγεηα δελ εκπνδίδεη ηηο γεσξγηθέο θαη θηελνηξνθηθέο δξαζηεξηφηεηεο. Πεξίπνπ ην 99% ηεο γεο πνπ θηινμελεί έλα αηνιηθφ πάξθν είλαη δηαζέζηκν γηα άιιεο ρξήζεηο. Γηάθνξεο αγξνηηθέο δξαζηεξηφηεηεο κπνξνχλ λα ζπλερίδνληαη κέρξη ηηο βάζεηο ησλ αλεκνγελλεηξηψλ, αθνχ ηα ζεκέιηά ηνπο είλαη θάησ απφ ηελ επηθάλεηα ηνπ εδάθνπο. Γελ ππάξρεη θακία έλδεημε φηη ηα αηνιηθά πάξθα επηβαξχλνπλ ηε γεσξγία ή ηελ θηελνηξνθία. Σα αηνιηθά πάξθα ζηελ Διιάδα, πξέπεη λα ηνλίζνπκε φηη ζηε κεγάιε ηνπο πιεηνςεθία εγθαζίζηαληαη ζε νξεηλέο ζέζεηο κε αξαηή ζακλψδε βιάζηεζε, ε νπνία νθείιεηαη, σο έλα βαζκφ, αθξηβψο ζηηο επηθξαηνχζεο αλεκνινγηθέο ζπλζήθεο (δειαδή ζηηο πςειέο ηαρχηεηεο ηνπ αλέκνπ). Η αηνιηθή ελέξγεηα, παξά ηνπο θφβνπο πεξί ηνπ αληηζέηνπ, εληζρχεη ηνλ ηνπξηζκφ, θαζψο αληηθαζηζηά ηηο ξππνγφλεο κνξθέο ελέξγεηαο θαη δηαθπιάζζεη ην θπζηθφ πεξηβάιινλ. ηε εηεία, φπσο θαη ζ άιιεο πεξηνρέο ζε φιν ηνλ θφζκν, αλζίδεη ηειεπηαία ν 64

65 πεξηβαιινληηθφο ηνπξηζκφο, θαζψο ε αλάπηπμε ησλ αηνιηθψλ πάξθσλ ειθχεη πνιινχο επηζθέπηεο. Η αηνιηθή ελέξγεηα ζπκβάιιεη ζηελ ηνπηθή αλάπηπμε. ηελ Δχβνηα γηα παξάδεηγκα, φπνπ έρνπλ εγθαηαζηαζεί 150 MW πεξίπνπ αηνιηθψλ πάξθσλ, ζπλνιηθνχ θφζηνπο 170,2 εθαη.. Γηα θάζε 10 MW απαζρνιήζεθαλ εξγαδφκελνη γηα 4-5 κήλεο αλά έξγν,νη κηζνί εθ ησλ νπνίσλ, θαηά κέζν φξν, πξνέξρνληαλ απφ ην ηνπηθφ αλζξψπηλν δπλακηθφ. ηελ θάζε ιεηηνπξγίαο ησλ αηνιηθψλ πάξθσλ νη κηζνί πεξίπνπ εξγαδφκελνη πξνέξρνληαη απφ ην ηνπηθφ αλζξψπηλν δπλακηθφ. Δπίζεο θαηαζθεπάζζεθαλ ή θαη βειηηψζεθαλ, ρσξίο θφζηνο γηα ηνπο δεκφηεο, ζεκαληηθά έξγα ππνδνκήο ζηελ επξχηεξε πεξηνρή φπσο νδηθφ δίθηπν, ηειεπηθνηλσλίεο, ειεθηξηθφ δίθηπν. Σέινο, έρνπλ ήδε πινπνηεζεί απφ ηνπο επελδπηέο παξάπιεπξα έξγα θνηλσληθνχ νθέινπο (ζρνιεία, πνιηηηζηηθά θέληξα, παηδηθνί ζηαζκνί), θαζψο θαη ρνξεγίεο, ηεο ηάμεο ησλ αλά εγθαηεζηεκέλν MW. 6.3 ΛΔΙΣΟΤΡΓΙΑ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΠΑΡΚΩΝ Σν ελδηαθέξνλ γηα ηε ρξήζε offshore (παξάθηησλ) αηνιηθψλ πάξθσλ απμάλεηαη ζεκαληηθά δηεζλψο. Ο ιφγνο είλαη πσο ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ θνληά ζηελ αθηή είλαη πςειφηεξε απφ φηη onshore (ρεξζαία πάξθα), θάηη πνπ ζεκαίλεη πνιχ πςειφηεξε παξαγσγή ηζρχνο. Έλα 10% αχμεζε ζηελ ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ αληηζηνηρεί ζε 30 % αχμεζε ζηελ παξαγσγή ηζρχνο. Δληνχηνηο, ην θφζηνο εγθαηάζηαζεο είλαη πνιχ κεγαιχηεξν γηα offshore ζε ζρέζε κε onshore αηνιηθά πάξθα. 65

66 Σν εζσηεξηθφ ειεθηξηθφ ζχζηεκα ελφο offshore αηνιηθνχ πάξθνπ θαη ε ζχλδεζή ηνπ κε ην θχξην ζχζηεκα ηζρχνο ζέηεη λέεο πξνθιήζεηο. ην onshore, ε ζπλεζηζκέλε ιχζε είλαη έλα a.c. δίθηπν κέζα ζην αηνιηθφ πάξθν, ην νπνίν ζπιιέγεη ηελ παξαγσγή ηζρχνο απφ θάζε αλεκνγελλήηξηα. Σν επίπεδν ηεο ηάζεο κέζα ζε έλα αηνιηθφ πάξθν είλαη ζπρλά ην ίδην κε ην κέζν επίπεδν ηεο ηάζεο ζην ζεκείν δηαλνκήο ηνπ δηθηχνπ. Όπσο νη πεξηζζφηεξεο γελλήηξηεο ζε αηνιηθά ζπζηήκαηα ιεηηνπξγεί ζε έλα επίπεδν ηάζεο ησλ 690V. Μεηαζρεκαηηζηέο νη νπνίνη έρνπλ εγθαηαζηαζεί απεπζείαο ή θνληά ζηε βάζε θάζε αλεκνγελλήηξηαο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα απμήζνπλ ην επίπεδν ηάζεο ηεο γελλήηξηαο ζην επίπεδν ηάζεο ηνπ δηθηχνπ ηνπ αηνιηθνχ πάξθνπ. Σν πςειφηεξν επίπεδν ηάζεο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζε έλα onshore αηνιηθφ πάξθν θηλείηαη ζπλήζσο κεηαμχ 33 θαη 36kV. Δληνχηνηο, ηα offshore αηνιηθά πάξθα ηείλνπλ λα γίλνπλ κεγαιχηεξα θαη ε απφζηαζε αλάκεζα ζηηο αλεκνγελλήηξηεο είλαη ζπλήζσο κεγαιχηεξε απφ φηη ζε onshore αηνιηθά πάξθα. Γηα κεγάια offshore αηνιηθά πάξθα κε a.c. δίθηπν, πςειφηεξα επίπεδα ηάζεο είλαη ρξήζηκα γηα ηελ ειαρηζηνπνίεζε ησλ απσιεηψλ ηζρχνο, αιιά απφ ηελ άιιε κπνξεί λα έρνπλ σο απνηέιεζκα κεγαιχηεξνπο κεηαζρεκαηηζηέο θαη πςειφηεξα θφζηε κεηαζρεκαηηζηψλ. Οη κεηαζρεκαηηζηέο ηνπνζεηνχληαη ζηελ άηξαθην, ηνλ πχξγν ή ζε έλα θηβψηην κεηά ηελ αλεκνγελλήηξηα. Γηα απηφ ην ιφγν ην κέγεζνο ηνπ κεηαζρεκαηηζηή κπνξεί λα είλαη πξφβιεκα. ήκεξα, κηα ηάζε ζπιινγήο ησλ 36kV ζεσξείηαη θιαζηθή επηινγή. Μηθξφηεξα offshore αηνιηθά πάξθα επηιέγνληαη γηα ζπγθξηηηθά ρακειά επίπεδα ηάζεο Ο ιφγνο είλαη φηη ε κείσζε ησλ απσιεηψλ θφξηηζεο δελ είλαη επαξθήο γηα λα δηθαηνινγεζεί ην θφζηνο ηνπ απαηηνχκελνπ εμνπιηζκνχ γηα πςειφηεξα επίπεδα ηάζεο. Σν ίδην εθαξκφδεηαη ζε κηθξφηεξα offshore αηνιηθά πάξθα πνπ ζρεδηάδνληαη ηειεπηαία Ο ζρεδηαζκφο δηθηχνπ ελφο offshore αηνιηθνχ πάξθνπ δελ αληηζηνηρεί απαξαίηεηα ζην πην ελεξγεηαθά απνδνηηθφ δίθηπν (δει. κε ηηο ρακειφηεξεο απψιεηεο). Ο ιφγνο είλαη φηη νη offshore ζηαζκνί κεηαζρεκαηηζκνχ είλαη πην ζχλζεηνη θαη πεξηιακβάλνπλ κεγάιεο δνκέο ππνζηήξημεο. Έηζη, νη offshore ζηαζκνί κεηαζρεκαηηζκνχ είλαη πνιχ αθξηβνί ελψ δελ είλαη εμαθξηβσκέλε αθφκα ε αμηνπηζηία ηνπο. Γηα ηε κεηαθνξά ζηελ αθηή, ρξεζηκνπνηνχληαη είηε HVAC (πςειήο ηάζεο ελαιιαζζφκελν ξεχκα) είηε HVDC (πςειήο ηάζεο ζπλερέο ξεχκα) ζπλδέζεηο. Γηα 66

67 HVDC ππάξρνπλ δπν ηερληθέο : ν LCC (line commutated converter) βαζηζκέλνο ζηελ HVDC ηερλνινγία θαη ν VSC (voltage source converter) βαζηζκέλνο ζην HVDC. Όια ηα offshore αηνιηθά πάξθα πνπ ιεηηνπξγνχλ ηειεπηαία έρνπλ απνδερηεί ηελ a.c. επηινγή, θαζψο θαη φια φζα πξνγξακκαηίδεηαη λα εγθαηαζηαζνχλ ζην άκεζν κέιινλ ζα ρξεζηκνπνηνχλ επίζεο ηελ a.c. ιχζε. Απηφ γίλεηαη εμαηηίαο ηνπ ζπγθξηηηθά κηθξνχ κεγέζνπο θαη / ή ηεο κηθξήο απφζηαζεο αλάκεζα ζηελ αθηή θαη ηα ππαξθηά αηνιηθά πάξθα. Καζψο ην κέγεζνο ησλ κειινληηθψλ αηνιηθψλ πάξθσλ θαη ε απφζηαζε απφ ηελ αθηή θαίλεηαη λα απμάλνληαη, απηφ κπνξεί λα αιιάμεη. Τπάξρνπλ 3 δηαθνξεηηθνί ηξφπνη ζχλδεζεο ησλ offshore αηνιηθψλ πάξθσλ κε ηελ αθηή. - HVAC κεηαθνξά - LCC βαζηζκέλε ζε HVDC κεηαθνξά - VSC βαζηζκέλε ζε HVDC κεηαθνξά Σν γεληθφ κνληέιν ελφο offshore αηνιηθνχ πάξθνπ, κε HVAC ή HVDC κεηαθνξά θαίλεηαη ζην ζρήκα 6.3. ρήκα 6.3. Παξνπζηάδεηαη ζρεκαηηθά έλα offshore αηνιηθά πάξθν. Σν ζεκείν ζπιινγήο κπνξεί λα είλαη έλαο offshore ππνζηαζκφο. (PCC = point of common coupling) 67

68 ΚΔΦΑΛΑΙΟ DC ΜΔΣΑΦΟΡΑ ΒΑΙΜΔΝΗ Δ VSC HVDC Light, HVDC plus είλαη ηερλνινγία κεηαθνξάο ελέξγεηαο κε DC βαζηζκέλε ζε κεηαηξνπείο ηερλνινγίαο voltage source converter (VSC), φπνπ ην ξεχκα κπνξεί λα δηαθνπεί φπνηε ζέινπκε ΤΝΟΠΣΙΚΑ Οη Μεηαηξνπείο Πεγήο Σάζεο (VSC) ρξεζηκνπνηήζεθαλ γηα πξψηε θνξά γηα κεηαθνξά πςειήο ηάζεο ζπλερνχο ξεχκαηνο (HVDC) ζε έλα πξαγκαηηθφ δίθηπν. Η πείξα απφ ην ζρεδηαζκφ θαη ηελ πινπνίεζε ηεο κεηαθνξάο δείρλεη φηη ε ηερλνινγία έρεη θηάζεη πιένλ ζην επίπεδν φπνπ είλαη δπλαηφ λα θηηαρηνχλ κεηαηξνπείο πςειήο ηάζεο νη νπνίνη λα ρξεζηκνπνηνχλ δηπνιηθά ηξαλδίζηνξ κνλσκέλεο πχιεο (IGBTs). Η ιεηηνπξγία ηνπο έρεη αλαπηπρζεί ζην βαζκφ πνπ νη δπλαηφηεηεο πνπ ζπδεηηφληαλ γηα πνιιά ρξφληα γχξσ απφ ηνπο VSC γηα HVDC λα είλαη πξαγκαηηθφηεηα ζήκεξα. Πεξηιακβάλνπλ αλεμάξηεην έιεγρν ηεο ελεξγνχ θαη ηεο άεξγνπ ηζρχνο, αληηζεηηθή ιεηηνπξγία ζε απνκνλσκέλα δίθηπα ελαιιαζζφκελνπ ξεχκαηνο πνπ δελ παξάγνπλ ελέξγεηα απφ κφλα ηνπο, πνιχ 68

69 κηθξή αλάγθε θίιηξσλ θαη θαζφινπ αλάγθε κεηαζρεκαηηζηψλ γηα ηε δηαδηθαζία κεηαηξνπήο. Απηή είλαη κνλάρα ε πξψηε εγθαηάζηαζε ησλ VSC γηα IGBTs. Η αλάπηπμε ησλ εκηαγσγψλ θαη ηνπ εμνπιηζκνχ ειέγρνπ είλαη ξαγδαία θαη είλαη θαλεξφ πσο απηή ε ηερλνινγία ζα παίμεη ζεκαληηθφ ξφιν ζηε κειινληηθή έθξεμε ησλ ζπζηεκάησλ κεηαθνξάο θαη δηαλνκήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ΔΙΑΓΩΓΗ ηηο 10 Μάξηε 1997 κεηαθέξζεθε ηζρχο ζην πξψην HVDC κεηαθνξάο ζηνλ θφζκν κε VSC κεηαηξνπείο αλάκεζα ζην Hellsjon (Hn) θαη ην Grangesberg (Gbrg) ζηελ θεληξηθή νπεδία. Απφ ηφηε έρνπλ γίλεη εθηεηακέλεο δνθηκέο κε ζθνπφ λα απνδεηρζεί πσο ε VSC HVDC ηερλνινγία ηθαλνπνηεί ηηο ππνζέζεηο πνπ αξθεηφ θαηξφ πξηλ έρνπλ εθθξαζηεί ζε δηάθνξεο εθδφζεηο. Παξαθάησ ζα πεξηγξαθεί ε ηερλνινγία πνπ έρεη ρξεζηκνπνηεζεί, ε αλάπηπμε ηνπ project θαη νη δνθηκέο πνπ έρνπλ γίλεη θαηά ηε δηάξθεηα ηεο ιεηηνπξγίαο. Σα VSC δείρλνπλ λα είλαη θαηάιιεια γηα κηθξή θιίκαθα HVDC, εθφζνλ κπνξνχλ λα ιεηηνπξγήζνπλ ζε θάζε αλαινγία βξαρπθπθιψκαηνο, αθφκα θαη απέλαληη ζε απνκνλσκέλα δίθηπα ελαιιαζζφκελνπ ξεχκαηνο (a.c. δίθηπα) ρσξίο άιιεο γελλήηξηεο ζην ζχζηεκα ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΑ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΩΝ ΠΗΓΗ ΣΑΗ (VSC) Μεηά απφ 50 ρξφληα, ε ηερλνινγία HVDC ζεσξείηαη κηα ψξηκε ηερλνινγία θαη κεηαθέξεη κε αμηνπηζηία ειεθηξηθή ηζρχ ζε κεγάιεο απνζηάζεηο κε πνιχ κηθξέο απψιεηεο. Απηφ εγείξεη ην εξψηεκα: πνπ κπνξεί λα θαηεπζπλζεί ε ηερλνινγία απηή ζην κέιινλ; Η αλάπηπμε ησλ HVDC ζπζηεκάησλ κπνξεί, λα πξνσζεζεί πεξηζζφηεξν κε ηε ρξήζε ησλ εκηαγσγψλ ηζρχνο πνπ ήδε εθαξκφδνληαη ζηα βηνκεραληθά ζπζηήκαηα θίλεζεο. Δδψ, ηα ζπξίζηνξ έρνπλ αληηθαηαζηαζεί εδψ θαη πνιχ θαηξφ απφ κεηαηξνπείο πεγήο ηάζεο (VSC). Οη VSC εκηαγσγνί ηζρχνο έθεξαλ πνιιά πιενλεθηήκαηα ζηνλ έιεγρν ησλ βηνκεραληθψλ ζπζηεκάησλ θίλεζεο θαη έγηλε αληηιεπηφ φηη ζα κπνξνχζαλ 69

70 επίζεο λα εθαξκνζηνχλ ζηα ζπζηήκαηα κεηαθνξάο ηζρχνο. Η πξνζαξκνγή φκσο ηεο ηερλνινγίαο ησλ κεηαηξνπέσλ πεγήο ηάζεο ζε HVDC δελ είλαη ηφζν εχθνιε. Θα πξέπεη λα αιιάμεη φιε ε ηερλνινγία θαη φρη κφλν νη αλνξζσηέο. Καζψο ε αλάπηπμε ηνπ VSC κεηαηξνπέα πήξε ην δξφκν ηεο, ε ΑΒΒ ζπλεηδεηνπνίεζε φηη ην δηπνιηθφ ηξαλδίζηνξ κνλσκέλεο πχιεο ή IGBT είρε πεξηζζφηεξν κέιινλ απφ φια ηα άιια εμαξηήκαηα εκηαγσγψλ. Σν IGBT ρξεηάδεηαη κφλν πνιχ ιίγε ηζρχ γηα ηνλ έιεγρφ ηνπ, θαζηζηψληαο δπλαηή ηε ζχλδεζε ζε ζεηξά. Δληνχηνηο, ζηελ πεξίπησζε ηνπ HVDC ζα πξέπεη λα ζπλδεζεί κεγάινο αξηζκφο IGBT ζε ζεηξά, θάηη πνπ δελ ρξεηάδνληαη ηα βηνκεραληθά ζπζηήκαηα θίλεζεο. Σν 1994, ε ABB επηθέληξσζε ην αλαπηπμηαθφ έξγν ηεο ζηνπο κεηαηξνπείο VSC ζε έλα έξγν πνπ είρε σο ζηφρν λα ηεζνχλ ζε ιεηηνπξγία δχν κεηαηξνπείο βαζηζκέλνη ζε IGBT γηα κηθξήο θιίκαθαο HVDC. Σν 1997, ην πξψην ζχζηεκα κεηαθνξάο HVDC κε VSC, ην HVDC Light άξρηζε λα κεηαθέξεη ηζρχ κεηαμχ Hellsjon θαη Grangesberg ζηε νπεδία. Δλ ησ κεηαμχ, παξαγγέιζεθαλ επηά ηέηνηα ζπζηήκαηα, θαη έμη απφ απηά βξίζθνληαη ηψξα ππφ εκπνξηθή ιεηηνπξγία ζε νπεδία, Γαλία, Η.Π.Α θαη Απζηξαιία. Σν HVDC Light είλαη ηψξα δηαζέζηκν γηα δηαβαζκίζεηο έσο 350 MW ± 150 kv. H ABB είλαη ε κφλε εηαηξία ζήκεξα πνπ θαηφξζσζε λα αλαπηχμεη θαη λα θαηαζθεπάζεη ζπζηήκαηα κεηαθνξάο HVDC κε VSC. Έλα πιενλέθηεκα ηεο ηερλνινγίαο HVDC Light είλαη φηη επηηξέπεη ηνλ έιεγρν ηεο αέξγνπ ηζρχνο ζε θάζε άθξν ηνπ δηθηχνπ. Δπίζεο κπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη ζε πνιχ ρακειά επίπεδα ηζρχνο βξαρπθχθισζεο. Σν θαιψδην ηνπ HVDC Light θαηαζθεπάδεηαη απφ πνιπκεξέο πιηθφ θαη επνκέλσο είλαη πνιχ ηζρπξφ θαη ζηηβαξφ. Έηζη κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ θαιψδηα HVDC ζε πεξηπηψζεηο φπνπ νη δπζκελείο ζπλζήθεο ηνπνζέηεζεο κπνξεί λα πξνθαιέζνπλ βιάβε. Σν εμειαζκέλν θαιψδην θαηέζηεζε επίζεο δπλαηή θαη νηθνλνκηθά εθηθηή ηε κεηαθνξά HVDC κε κεγάινπ κήθνπο θαιψδην ζηελ μεξά. Παξάδεηγκα είλαη ε κήθνπο 180 km HVDC Light δηαζχλδεζε "Murraylink" ζηελ Απζηξαιία PWM ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΙ 70

71 Η είζνδνο ηνπο είλαη DC ηάζε ζηαζεξνχ πιάηνπο. Δπνκέλσο ν κεηαηξνπέαο είλαη εθείλνο πνπ κε ηε δηακφξθσζε ηνπ εχξνπο ησλ παικψλ ηνπ ειέγρεη ην πιάηνο θαη ηε ζπρλφηεηα ηεο AC ηάζεο. Οη παικνί κπνξεί λα παξάγνληαη είηε απφ έλα ζχζηεκα αλνηρηνχ βξφρνπ, δειαδή απφ θάπνηα ζήκαηα ειέγρνπ (ρήκα 7.2(a)), είηε απφ έλα ζχζηεκα θιεηζηνχ βξφρνπ, δειαδή έλα ζχζηεκα ην νπνίν ρξεζηκνπνηεί ηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα γηα λα παξάγεη ηα ζήκαηα ειέγρνπ (ρήκα 7.2(b)). Σήματα Παλμοί ελέγχου PWM (a) Σήματα Αναφοράς Σήματα ελέγχου ελεγκτής PWM Παλμοί (b) Μετροφμεν α ρήκα 7.2 Μέζνδνο αλνηθηνχ (α) θαη θιεηζηνχ βξφγρνπ (b) Τπάξρνπλ κέζνδνη δηακφξθσζεο ζηηο νπνίεο ρξεζηκνπνηείηαη έλα θέξνλ ζήκα πςειήο ζπρλφηεηαο f s θαη άιιεο κέζνδνη ζηηο νπνίεο ε δηακφξθσζε γίλεηαη ρσξίο θέξνλ. Σν θνηλφ ραξαθηεξηζηηθφ ησλ κεζφδσλ κε θέξνλ ζήκα είλαη φηη νη εκηαγσγηθνί δηαθφπηεο ηνπ κεηαηξνπέα αιιάδνπλ πνιηθφηεηα ην πνιχ κία θνξά ζε θάζε εκηπεξίνδν Σ 0 =1/(2f s ), επνκέλσο δεδνκέλνπ ηνπ θέξνληνο ζήκαηνο είλαη γλσζηή ε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα πνπ πξέπεη λα έρνπλ νη εκηαγσγηθνί δηαθφπηεο. Έηζη ινηπφλ αλάινγα κε ην επίπεδν ηεο ηάζεο θαη ηνπ ξεχκαηνο θαη ηελ f s επηιέγνπκε ηνπο θαηαιιειφηεξνπο εκηαγσγηθνχο δηαθφπηεο (ρήκα 7.3). 71

72 ρήκα 7.3 Γπλαηφηεηεο ηζρχνο θαη δηαθνπηηθέο ζπρλφηεηεο εκηαγσγηθψλ δηαθνπηψλ.[mohan, Undeland, Robins, Power Electronics 2003] Η αγσγή θαη ζβέζε ησλ εκηαγσγηθψλ δηαθνπηψλ αλά εκηπεξίνδν Σ 0 αληηθαηνπηξίδεηαη ζην θάζκα ηεο ηάζεο ή ηνπ ξεχκαηνο φπνπ νη αξκνληθέο ζπρλφηεηεο ζπγθεληξψλνληαη f γχξσ απφ ηε ζπρλφηεηα ηνπ θέξνληνο s θαη γχξσ απφ πνιιαπιάζηα απηήο. Η πην ραξαθηεξηζηηθή πεξίπησζε δηακφξθσζεο ηνπ εχξνπο ησλ παικψλ είλαη ε εκηηνληθή δηακφξθσζε. ηελ εκηηνληθή δηακφξθσζε (SPWM) ην ζήκα ειέγρνπ είλαη εκίηνλν κε ζπρλφηεηα ίδηα κε ηε ζπρλφηεηα ηεο ηάζεο πνπ ζέινπκε λα παξάγνπκε. Σν ζήκα ειέγρνπ ζπγθξίλεηαη κε ην θέξνλ ζήκα πνπ είλαη ηξηγσληθφ θαη απφ ην απνηέιεζκα ηεο ζχγθξηζεο απνθαζίδεηαη ην εχξνο ησλ παικψλ. ηελ εκηηνληθή δηακφξθσζε, φπσο θαη ζε θάζε δηακφξθσζε, ελδηαθέξνλ παξνπζηάδνπλ ηα εμήο κεγέζε: Ο ιφγνο ηνπ ζήκαηνο ειέγρνπ πξνο ην πιάηνο ηνπ θέξνληνο ζήκαηνο * m i V Σν κέγεζνο απηφ θαζνξίδεη ην πιάηνο ηεο ζεκειηψδνπο ζπληζηψζαο ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα (ρήκα 1-7). Ο ιφγνο ηεο ζπρλφηεηαο ηνπ θέξνληνο ζήκαηνο πξνο ηε ζπρλφηεηα ηνπ ζήκαηνο ειέγρνπ, φπνπ ζηελ πεξίπησζε καο m f f f s f 50Hz. Σν κέγεζνο απηφ θαζνξίδεη ηηο ηάμεηο ησλ αξκνληθψλ ζπληζησζψλ ηεο ηάζεο θαη ε ηηκή ηνπ πξέπεη λα επηιέγεηαη έηζη ψζηε λα 72

73 ειαρηζηνπνηείηαη ε αξκνληθή παξακφξθσζε ηεο ηάζεο. Πην ζπγθεθξηκέλα ην mf πξέπεη λα είλαη αθέξαηνο. Η επηινγή απηή δηαζθαιίδεη φηη ππάξρεη ζηαζεξφο αξηζκφο θχθισλ ηνπ θέξνληνο ζήκαηνο κέζα ζε θάζε θχθιν ηνπ ζήκαηνο ειέγρνπ. Αλ επηπιένλ δηαζθαιίζνπκε φηη ηα δχν ζήκαηα είλαη θαη ζπγρξνληζκέλα ηφηε απνθιείνπκε ηελ εκθάληζε αξκνληθψλ ζηελ πεξηνρή απφ 0 έσο 50 Ηz ( subharmonics ). Δηδηθά γηα ηνλ ηξηθαζηθφ κεηαηξνπέα πξέπεη αθφκα ην άξηηεο αξκνληθέο. Σέινο αλ ην mf mf αξκνληθέο ηεο πνιηθήο ηάζεο πνπ έρνπλ ηάμε αλ ην λα είλαη πεξηηηφο, γηαηί έηζη εμαιείθνληαη νη είλαη θαη πνιιαπιάζην ηνπ ηξία εμαιείθνληαη θαη νη mf m θαη πνιιαπιάζηα ηνπ f [4]. Βέβαηα mf επηιέμνπκε λα έρεη κεγάιε ηηκή, δελ είλαη αλαγθαίν λα πιεξεί ηηο παξαπάλσ πξνυπνζέζεηο ελψ αθφκα δελ είλαη αλαγθαίν λα ππάξρεη ζπγρξνληζκφο θέξνληνο θαη ζήκαηνο ειέγρνπ. ρήκα

74 Μεηαβνιή ηνπ θαλνληθνπνηεκέλνπ πιάηνπο ηεο ζεκειηψδνπο ζπληζηψζαο ηεο ηάζεο ζε ζρέζε κε ην ιφγν m i Linear: γξακκηθή πεξηνρή Overmodulation: ππεξδηακφξθσζε Square-wave: ηεηξαγσληθή δηακφξθσζε Η εκηηνληθή δηακφξθσζε πνπ αλαθέξζεθε είλαη κέζνδνο αλνηθηνχ βξφρνπ ζηελ νπνία ρξεζηκνπνηείηαη θέξνλ ζήκα. ηελ εξγαζία απηή ζα αλαιπζνχλ κέζνδνη θιεηζηνχ βξφγρνπ θαη ζπγθεθξηκέλα ν έιεγρνο πζηέξεζεο ηνπ ξεχκαηνο (κέζνδνο ρσξίο θέξνλ ζήκα) θαη ν έιεγρνο ξεχκαηνο κε ηελ ηερληθή ζχγθξηζεο ξάκπαο (κέζνδνο κε θέξνλ ζήκα). Οη ηερληθέο PWM ζε ζπλδηαζκφ κε ηηο δπλαηφηεηεο ησλ εκηαγσγηθψλ δηαθνπηψλ παξέρνπλ ηε δπλαηφηεηα απνδνηηθνχ θαη γξήγνξνπ ειέγρνπ ηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο. Με ηηο ηερληθέο PWM κπνξνχκε λα ειέγμνπκε ηε ζπρλφηεηα, ην πιάηνο ηεο ηάζεο θαη ηνπ ξεχκαηνο θαη ην ζπληειεζηή ηζρχνο, ρσξεηηθφ ή επαγσγηθφ. Με ηνπο αιγφξηζκνπο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ παξαγσγή ησλ παικψλ, εμαζθαιίδεηαη ε πνιχ ζεκαληηθή κείσζε ηνπ αξκνληθνχ πεξηερνκέλνπ ησλ παξαγφκελσλ ηάζεσλ (κηθξφηεξν ΣΗD), ελψ νη αξκνληθέο ηεο ηάζεο κεηαηνπίδνληαη ζε πςειέο ζπρλφηεηεο επηηξέπνληαο ηε ρξήζε κηθξφηεξσλ θαη νηθνλνκηθφηεξσλ θίιηξσλ. Η ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα γίλεηαη κάιηζηα κε πνιχ κεγάιν ζπληειεζηή απφδνζεο, δηφηη νη εκηαγσγηθνί δηαθφπηεο άγνπλ γηα κηθξφ ρξνληθφ δηάζηεκα θαη νη απψιεηεο πεξηνξίδνληαη.. Τπάξρνπλ σζηφζν θαη κεηνλεθηήκαηα. Μπνξεί νη απψιεηεο θαηά ηελ αγσγή ησλ δηαθνπηψλ ζ απηνχο ηνπο κεηαηξνπείο λα είλαη πεξηνξηζκέλεο, ππάξρνπλ φκσο δηαθνπηηθέο απψιεηεο, νη νπνίεο είλαη αλάινγεο ηεο δηαθνπηηθήο ζπρλφηεηαο f s. Δπίζεο νη ηάζεηο πνπ παξάγνληαη ζε πςειέο ζπρλφηεηεο δηαδίδνληαη θπκαηηθά θαη πξνθαινχλ παξελνριήζεηο. Γη απηφ ην ιφγν νη κεηαηξνπείο θαηαζθεπάδνληαη ψζηε λα ηεξνχλ ηηο πξνδηαγξαθέο ηεο ειεθηξνκαγλεηηθήο ζπκβαηφηεηαο (EMC). Έλα αθφκε κεηνλέθηεκα είλαη ν αθνπζηηθφο ζφξπβνο πνπ παξάγεηαη θαηά ηε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα, ν νπνίνο αληηκεησπίδεηαη κε ηελ θαηάιιειε επηινγή ηεο f s ψζηε λα βξίζθεηαη έμσ απφ ην αθνπζηηθφ θάζκα. Δπίζεο ζαλ κεηνλεθηήκαηα κπνξνχκε λα ζεσξήζνπκε ηελ απμεκέλε πνιππινθφηεηα θαη ην πςειφ θφζηνο, ηα νπνία βέβαηα αληηζηαζκίδνληαη απφ ηελ πνιχ θαιή πνηφηεηα ηζρχνο θαη ηνλ γξήγνξν έιεγρν. 74

75 7.4 ΣΟ PROJECT HELLSJON Η αλάπηπμε ησλ VSC κεηαηξνπέσλ πξνρσξνχζε γηα θαηξφ κέζα ζην ABB. ηε δηάξθεηα απηήο ηεο αλάπηπμεο δηαπηζηψζεθε φηη ην IGBT παξνπζηάδεη κεγάιν ελδηαθέξνλ, θαζψο απνηειεί κηα MOS ζπζθεπή θαη ε δήηεζε ηζρχνο γηα ηνλ έιεγρν ηνπ είλαη πνιχ ρακειή. Μέζσ απηήο ηεο ζε ζεηξά ζχλδεζεο αξθεηψλ εκηαγσγψλ κε θαιή δηαλνκή ηάζεο, αθφκε θαη ζπρλφηεηεο κεηαβαηηθήο θαηάζηαζεο ζηελ ηάμε ησλ khz είλαη δπλαηέο ΤΝΔΡΓΑΙΑ ΜΔ ΣΗΝ ΣΟΠΙΚΗ ΥΡΗΗ ηα 1994 ε αλάπηπμε ησλ VSC κεηαηξνπέσλ επηθεληξψζεθε ζε κηα εθαξκνγή πνπ βάδεη ζε ιεηηνπξγία δπν VSC κεηαηξνπείο γηα κηθξή θιίκαθα HVDC κε βάζε ηα IGBTs. ηε ζπλεξγαζία κε ηελ ηνπηθή ρξήζε έγηλε δπλαηφ λα ζρεδηαζηεί ε κεηαθνξά γηα ιεηηνπξγία ζε έλα εκπνξηθφ δίθηπν. Μηα a.c. γξακκή ησλ 50 kv θαη κήθνπο 10 km αλάκεζα ζην (Hn) θαη ζην (Gbrg) ζηελ θεληξηθή νπεδία δηαηέζεθε γηα ην project. Η κεηαθνξά θαζνξίζηεθε ζηα 3 MW, ιίγν παξαπάλσ απφ ηελ πδξν γελλήηξηα ζην (Hn), κε κηα ηάζε ζπλερνχο ησλ +-10kV d.c.. Οη ζηαζκνί ησλ κεηαηξνπέσλ έρνπλ ζπλδεζεί ζε μερσξηζηά κέξε ελφο δηθηχνπ a.c. ησλ 10 kv ΠΡΟΟΜΟΙΩΗ ΚΑΙ ΓΟΚΙΜΗ Καηά ηελ αλάπηπμε απηνχ ηνπ project ηα δηάθνξα ραξαθηεξηζηηθά θαη νη ζπκπεξηθνξέο ησλ VSC κεηαηξνπέσλ, ηνπ PWM ειέγρνπ, ησλ IGBT βαιβίδσλ θιπ δνθηκάζηεθαλ ζε ςεθηαθή θαη αλαινγηθή πξνζνκνίσζε. Σειηθά, νη πιήξεηο ζηαζκνί κεηαθνξάο ζπλδέζεθαλ ζε έλα θχθισκα ηζρχνο ζηε Ludvika. Μέρξη ην ηέινο ηνπ 1996, θαη χζηεξα απφ πεξηεθηηθά ζπλζεηηθά ηεζη, ν εμνπιηζκφο κεηαθηλήζεθε ζηελ πεξηνρή εγθαηάζηαζεο θαη δνθηκήο. ηηο 10 Μάξηε ηνπ 1997 κεηαθέξζεθε ηζρχο κεηαμχ ηνπ (Hn) θαη ηνπ (Gbrg) ζην (Hn) project, ε πξψηε VSC HVDC κεηαθνξά ζηνλ θφζκν. 7.6 ΥΔΓΙΑΜΟ ΣΟΤ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ 75

76 ΒΑΙΚΑ ΚΤΚΛΩΜΑΣΑ Η βαζηθή δνκή ηνπ κεηαηξνπέα απνηειείηαη απφ ηε γέθπξα, ηελ επαγσγή δηεπαθήο (converter reactor), έλαλ ππθλσηή ζπλερνχο ξεχκαηνο (d.c. ππθλσηή) θαη έλα θίιηξν ελαιιαζζφκελνπ ξεχκαηνο (a.c. θίιηξν). Η γέθπξα είλαη κηα γέθπξα έμη-παικψλ, κε δπν επίπεδα, κε ζεηξηαθά ζπλδεδεκέλα IGBTs ζε θάζε βαιβίδα. Κάζε IGBT είλαη εθνδηαζκέλν κε κηα αληηπαξάιιειε δίνδν. Βνεζεηηθή ηζρχο ζηε κνλάδα ζχξαο νδήγεζεο παξάγεηαη απφ ηελ ηάζε θαηά κήθνο ηεο IGBT. Σν άλακκα / ζβήζηκν θάζε μερσξηζηνχ IGBT επηβάιιεηαη δηακέζνπ ελφο νπηηθνχ ζπλδέζκνπ απφ ηνλ εμνπιηζκφ ειέγρνπ. Οη εκηαγσγνί παγψλνπλ κε απηνληζκέλν λεξφ. Σν αληηθείκελν ηνπ d.c. ππθλσηή είλαη πξσηαξρηθά λα εμαζθαιίζεη έλα ρακειήο επαγσγήο δξφκν γηα ην turn off ξεχκα, θαη κηα απνζήθε ελέξγεηαο πνπ λα είλαη ηθαλή λα ειέγμεη ηε ξνή ηζρχνο. Ο ππθλσηήο επίζεο κεηψλεη ηηο αξκνληθέο ηεο d.c. πιεπξάο. Ο κεηαηξνπέαο παξάγεη αξκνληθέο πνπ ζρεηίδνληαη κε ηε ζπρλφηεηα κεηαβνιήο. Σα a.c. ξεχκαηα εμνκαιχλνληαη απφ ηελ επαγσγή δηεπαθήο θαη ηα ελαπνκείλαληα ζηνηρεία ησλ αξκνληθψλ κεηψλνληαη απφ έλα πςεινπεξαηφ θίιηξν. Με βάζε ηηο αλάγθεο ηνπ ζπζηήκαηνο, ν κεηαηξνπέαο πξέπεη λα εθνδηαζηεί κε δπν αθφκα παξάγνληεο : έλαλ ειεθηξνληθφ δηαθφπηε ππεξηάζεσλ ( chopper) γηα ην γξήγνξν άδεηαζκα ηνπ d.c. ππθλσηή αλ ε d.c. ηάζε μεπεξλάεη ηε κέγηζηε d.c. ηάζε γηα έλαλ μεκπινθαξηζκέλν κεηαηξνπέα. Απηή ε ιεηηνπξγία πξαγκαηνπνηείηαη κέζσ ελφο γξήγνξνπ δηαθφπηε θαη ελφο αληηζηάηε. δηαθφπηεο DC γξακκήο, αλ ε γξήγνξε απνκφλσζε ηνπ κεηαηξνπέα απαηηείηαη ζηα ζθάικαηα ηεο d.c. γξακκήο. Σα ζηνηρεία ηνπ βαζηθνχ θπθιψκαηνο θαίλνληαη ζην ζρήκα 7.5. ρήκα 7.5. ηνηρεία βαζηθνχ θπθιψκαηνο 76

77 Λεηηνπξγία ηνπ ειεθηξνληθνχ δηαθφπηε ππεξηάζεσλ : κε ηελ εκθάληζε ππέξηαζεο ζηα άθξα ηνπ κεηαηξνπέα, νη 2 ειεθηξνληθνί δηαθφπηεο θιείλνπλ θαη έηζη ηα άθξα ηνπ κεηαηξνπέα γεηψλνληαη. Έηζη ε ηάζε ειαηηψλεηαη θαη πέθηεη θάησ απφ ηε ξπζκηζκέλε ηηκή, νδεχνληαο πξνο ην κεδέλ. Αιιά, κε ην πνπ γίλεηαη κηθξφηεξε απφ ηε ξπζκηζκέλε ηάζε, ν δηαθφπηεο αλνίγεη θαη πάιη, ζπλεπψο ν κεηαηξνπέαο δελ είλαη πιένλ γεησκέλνο θαη ε ηάζε θηάλεη ηε ξπζκηζκέλε ηηκή. Αλ έρνπκε λέα ππέξηαζε, επαλαιακβάλεηαη ε ίδηα δηαδηθαζία. Λεηηνπξγία δηαθνπηψλ d.c. γξακκήο : ζε πεξίπησζε ζθάικαηνο ζηε d.c. γξακκή, είλαη επηζπκεηή ε γξήγνξε απνκφλσζε ηνπ κεηαηξνπέα, γηαηί ζε αληίζεηε πεξίπησζε ζα βξαρπθπθισζνχλ ηα άθξα ηνπ κεηαηξνπέα. Έηζη, ν κεραληζκφο ηνπ δηαθφπηε ζε ζπλδπαζκφ κε κηα κεγάιε αληίζηαζε ιεηηνπξγεί σο εμήο : Όηαλ δελ ππάξρεη ζθάικα, ν δηαθφπηεο είλαη θιεηζηφο θαη ζπλεπψο ην ξεχκα θηλείηαη κέζσ ηνπ θιεηζηνχ δηαθφπηε πξνο ηε d.c. γξακκή. Όηαλ ππάξρεη ζθάικα, ν δηαθφπηεο αλνίγεη θαη ην ξεχκα πεξλάεη απφ ην δξφκν ηεο κεγάιεο αληίζηαζεο πξνο ηε d.c. γξακκή, δειαδή κε κηα ζεκαληηθή απφζβεζε. 77

78 7.7. ΔΛΔΓΥΟ Η ηάζε ηεο ζεκειηψδνπο ζπρλφηεηαο θαηά κήθνο ηεο επαγσγήο δηεπαθήο νξίδεη ηε ξνή ηζρχνο αλάκεζα ζηελ a.c. θαη ηελ d.c. πιεπξά. ηε δηαδηθαζία ειέγρνπ ππνινγίδεηαη κηα ρξνληθή πεξηνρή ηάζεο θαηά κήθνο ηεο επαγσγήο δηεπαθήο ηνπ κεηαηξνπέα, απφ ηνλ νπνίν δεηείηαη λα κεηαβάιιεη ην ξεχκα πνπ δηαξξέεη ηελ επαγσγή δηεπαθήο απφ κηα πξαγκαηηθή ηηκή ζε κηα ηηκή αλαθνξάο. Η ξνή ελεξγνχ ηζρχνο αλάκεζα ζην κεηαηξνπέα θαη ην a.c. δίθηπν ειέγρεηαη κέζσ ηεο κεηαβνιήο ηεο θαζηθήο γσλίαο κεηαμχ ηεο ηάζεο ζεκειηψδνπο ζπρλφηεηαο πνπ παξάγεηαη απφ ην κεηαηξνπέα (Ug) θαη ηελ a.c. ηάζε. Η ξνή άεξγνπ ηζρχνο έρεη θαζνξηζηεί απφ ην πιάηνο ηεο Ug ην νπνίν ειέγρεηαη απφ ην πιάηνο ησλ παικψλ ηεο γέθπξαο ηνπ κεηαηξνπέα. Γηα ηελ ελεξγφ θαη ηελ άεξγν ηζρχ ηζρχνπλ νη παξαθάησ εμηζψζεηο φπνπ Uac ε πξψηε αξκνληθή ηεο ηάζεο ζην άθξν ηεο επαγσγήο δηεπαθήο απφ ηελ πιεπξά ηνπ δηθηχνπ ελαιιαζζφκελνπ ξεχκαηνο Ug ε πξψηε αξκνληθή ηεο παξαγφκελεο απφ ην VSC ηάζεο ζην άθξν ηεο επαγσγήο δηεπαθήο απφ ηελ πιεπξά ησλ βαιβίδσλ Υ ε ζπλνιηθή επαγσγή αλάκεζα ζηα δπν άθξα πλεπψο, ε θχξηα ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο ειέγρνπ ησλ VSC, ε νπνία είλαη θνηλή ζε φιεο ηηο ηνπνινγίεο ησλ VSC, είλαη ν έιεγρνο ηεο γσλίαο θαη ηνπ πιάηνπο ηεο παξαγφκελεο απφ ηνλ VSC ηάζεο, Ug. Σν ξεχκα ζηνλ ειεγθηή ππνινγίδεηαη κέζσ ηεο ξχζκηζεο ηζρχνο / ξεχκαηνο ή κέζσ ηνπ ειέγρνπ ηεο d.c. ηάζεο. Μηα ηάζε αλαθνξάο, ίζεο θάζεο θαη πιάηνπο κε ηνλ φξν ζεκειηψδνπο 78

79 ηζρχνο ηεο ηάζεο εμφδνπ απφ ηε γέθπξα, Ug, ππνινγίδεηαη. Ο πξφηππνο παικφο παξάγεηαη κέζσ ηνπ PWM ΓΟΚΙΜΗ ΑΝΑΠΣΤΞΗ ΔΞΟΠΛΙΜΟ ΔΛΔΓΥΟΤ Η απφθξηζε ηνπ ζπζηήκαηνο ειέγρνπ έρεη δνθηκαζηεί εθηεηακέλα ζε έλαλ αλαινγηθφ πξνζνκνησηή. Σα βαζηθά θπθιψκαηα ζε απηφλ ηνλ ρακειήο ηζρχνο πξνζνκνησηή αλαπαξίζηαληαη κε θπζηθά πξφηππα ηα νπνία έρνπλ ηδηφηεηεο πνπ αληηζηνηρνχλ ζε φξνπο πιήξνπο θιίκαθαο. Σν θχξην πιενλέθηεκα ηνπ πξνζνκνησηή, είλαη πσο ρξεζηκνπνηείηαη εμνπιηζκφο ειέγρνπ ίδηνο κε ην ζχζηεκα πιήξνπο θιίκαθαο. Η δπλακηθή απφθξηζε ηνπ ζπζηήκαηνο έρεη κειεηεζεί ζηε δηάξθεηα δηαθφξσλ ηχπσλ δηαηαξαρψλ, φπσο ζθάικαηα ζην a.c. ζχζηεκα, d.c. ζθάικαηα θαη ζθάικαηα κεηαηξνπέα. Παξφκνηα αλάπηπμε ηνπ ζπζηήκαηνο ειέγρνπ έρεη γίλεη κέζσ ςεθηαθήο πξνζνκνίσζεο ζην πξφγξακκα EMTDC. Ο εμνπιηζκφο ειέγρνπ γηα ην κεηαηξνπέα, βαζηθά θπθιψκαηα θαη a.c. ζχζηεκα έρνπλ παξνπζηαζηεί ιεπηνκεξψο. Γηα πην ζίγνπξα ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο, ηνπνζεηείηαη έλα δνθηκαζηηθφ θχθισκα κέζεο ηάζεο. Σν δνθηκαζηηθφ θχθισκα πεξηιακβάλεη δχν κεηαηξνπείο κε a.c. επαγσγέο δηεπαθήο θαη θίιηξα θαη κηα αλαπαξάζηαζε κηαο d.c. ππεξπςσκέλεο γξακκήο. Κάζε βαιβίδα ζηε γέθπξα αλαπαξίζηαηαη κε έλα βηνκεραληθφ IGBT. ε απηή ηε δνθηκή, εμαθξηβψλεηαη ε θαλνληθή ιεηηνπξγία κηαο HVDC κεηαθνξάο κε VSC κεηαηξνπείο. Δπίζεο, κειεηψληαη νη ηξφπνη κφληκεο θαηάζηαζεο, φπσο ν έιεγρνο d.c. ηάζεο, ν έιεγρνο ελεξγνχ θαη άεξγνπ ξεχκαηνο θαη θάπνηεο ιάζνο ζπλζήθεο. VSC ΒΑΛΒΙΓΑ Σν πην ζεκαληηθφ πξφβιεκα πνπ έπξεπε λα ιπζεί ήηαλ ην πψο ζα επηηεπρζεί ε δηαλνκή ηάζεο κεηαμχ ελφο κεγάινπ αξηζκνχ απφ ζεηξέο ζπλδεδεκέλσλ IGBTs ζηε ιεηηνπξγία κηαο βαιβίδαο. Γηα λα γίλεη απηφ, ζρεδηάζηεθε κηα εηδηθή Gate Unit (GU), ε νπνία καδί κε έλαλ δηαηξέηε ηάζεο θαηά κήθνο ηνπ θάζε IGBT, ζπληεξεί κηα θαηάιιειε δηαίξεζε ηάζεο κέζα ζηε βαιβίδα θαηά ηε δηάξθεηα κεηαβαηηθψλ θαηλνκέλσλ θαη κπινθαξηζκά ησλ παξάιιεια. 79

80 Η GU θαη ν δηαηξέηεο ηάζεο αλαπηχρζεθαλ κε εληαηηθέο δνθηκέο κηαο ζηήιεο IGBTs πνπ ιεηηνπξγνχλ σο δηαθφπηεο ζε έλα δνθηκαζηηθφ θχθισκα δηπινχ παικνχ. Σν δνθηκαζηηθφ θχθισκα δηπινχ παικνχ απνηειείηαη απφ έλα converter phase leg, έλα d.c. ππθλσηή θαη κηα επαγσγή δηεπαθήο θαηάιιεινπ κεγέζνπο. Η ιεπηνκεξήο ζπκπεξηθνξά ησλ κεηαβαηηθψλ θαηλνκέλσλ έρεη κειεηεζεί ζην άλακκα θαη ην ζβήζηκν ηνπ IGBT θαη ζην ζβήζηκν ηεο δηφδνπ. Καηάιιειε πχιε ειέγρνπ φηαλ ζπλδπάδεηαη κε έλα κηθξφ δηαηξέηε ηάζεο θάλεη δπλαηφ λα πεηχρνπκε καδί θαιή δηαίξεζε ηάζεο θαη ρακειέο απψιεηεο κεηαβαηηθψλ θαηλνκέλσλ ΔΡΓΑΣΗΡΙΑΚΗ ΓΟΚΙΜΗ ΣΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ Σν ζχζηεκα δνθηκάζηεθε κε πιήξσο ξπζκηζκέλε ηάζε (10kV a.c. θαη +-10 kv d.c.) θαη ξεχκα. Κάζε κεηαηξνπέαο δνθηκάζηεθε αξρηθά ζαλ μερσξηζηή κνλάδα, ιεηηνπξγψληαο σο VSC. Σφηε νη δπν κεηαηξνπείο ζπλδένληαη θαη ιεηηνπξγνχλ κε ηνλ ηξφπν πνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα 7.8. ρήκα 7.8. Δξγαζηεξηαθή δνθηκή ζπζηήκαηνο Οη a.c. αθξνδέθηεο ζπλδένληαη καδί, πνπ ζεκαίλεη πσο ε ελεξγφο ηζρχο κνλάρα θπθινθνξεί κεηαμχ ησλ κεηαηξνπέσλ, θαη ε a.c. ηξνθνδνζία ηξνθνδνηεί κνλάρα ηελ ελεξγφ ηζρχ πνπ αληηζηνηρεί ζηηο απψιεηεο ηνπ ζπζηήκαηνο. 80

81 Η άεξγνο ηζρχο κπνξεί λα κεηαβάιιεηαη ζε θάζε κεηαηξνπέα αλεμάξηεηα απφ ηoλ άιιν, κέζα ζην φξην γηα ηε ξνή ηζρχνο ζηελ ηξνθνδνζία. Η δηακφξθσζε επηηξέπεη ιεηηνπξγία δνθηκήο πιήξνπο θιίκαθαο κε κηα ζρεηηθά αδχλακε ηξνθνδνζία. Δθηεηακέλεο δνθηκέο έρνπλ γίλεη γηα ηελ εμαθξίβσζε ηεο ιεηηνπξγίαο ζηε κφληκε θαηάζηαζε ηεο γέθπξαο ηνπ κεηαηξνπέα θαη γηα ηε κειέηε ηεο απφθξηζεο κηαο βαιβίδαο κε αξθεηέο ζεηξέο ζπλδεδεκέλσλ IGBTs. 81

82 ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΗΜΙΣΟΝΟΔΙΓΗ ΡΤΘΜΙΗ ΣΟΤ ΠΛΑΣΟΤ ΣΩΝ ΠΑΛΜΩΝ Οη δηαθφπηεο ζην κεηαηξνπέα πεγήο ηάζεο (δεο ζρήκα 8.1) κπνξνχλ λα είλαη είηε αλνηρηνί είηε θιεηζηνί φπσο απαηηείηαη. ηελ απινχζηεξε πξνζέγγηζε, ν πάλσ δηαθφπηεο είλαη αλνηρηφο. Αλ αλνίγεη θαη θιείλεη κφλν κηα θνξά ζε θάζε θχθιν, πξνθχπηεη κηα ηεηξαγσληθή θπκαηνκνξθή. Δληνχηνηο, αλ αλνίγεη αξθεηέο θνξέο ζε έλαλ θχθιν, κπνξνχκε λα πεηχρνπκε κηα βειηησκέλε κνξθή αξκνληθήο. Η κέζνδνο PWM ραξαθηεξίδεηαη απφ ηελ πξαγκαηνπνίεζε πεξηζζφηεξσλ ηεο κηαο ελαχζεσλ θαη ζβέζεσλ αλά δηαθνπηηθφ ζηνηρείν ζηε δηάξθεηα ελφο θχθινπ. Μέζσ ησλ ειεγρφκελσλ ελαχζεσλ θαη ζβέζεσλ ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ είλαη δπλαηφο ν έιεγρνο ηνπ εχξνπο ησλ παικψλ ηεο ηάζεο ζηελ έμνδν ηνπ αλνξζσηή. ρήκα 8.1. Απιφο κεηαηξνπέαο πεγήο ηάζεο κηα θάζε 82

83 ηηο πεξηζζφηεξεο επζείεο εθαξκνγέο, ε παξαγσγή ηεο επηζπκεηήο ηάζεο εμφδνπ κπνξεί λα επηηεπρζεί κε ζχγθξηζε δχν ζεκάησλ ειέγρνπ : ηεο επηζπκεηήο θπκαηνκνξθήο αλαθνξάο (εκηηνλνεηδέο ζήκα ζπρλφηεηαο ίζεο κε ηελ νλνκαζηηθή) κε έλα ηξηγσληθφ πςειήο ζπρλφηεηαο «κεηαθνξηθφ» θχκα φπσο απεηθνλίδεηαη ζρεκαηηθά ζην ζρήκα 8.2. Αλάινγα κε ηνλ θαηξφ ην ζήκα ηάζεο είλαη κεγαιχηεξν ή κηθξφηεξν απφ ηελ θπκαηνκνξθή κεηαθνξάο, είηε ε ζεηηθή είηε ε αξλεηηθή ηάζε ηεο d.c.δηαδξνκήο εθαξκφδεηαη ζηελ έμνδν. Να ζεκεησζεί φηη ζηελ πεξίνδν ελφο ηξηγσληθνχ θχκαηνο, ε κέζε ηάζε πνπ εθαξκφδεηαη ζην θνξηίν είλαη αλάινγε κε ην πιάηνο ηνπ ζήκαηνο (ην ππνζέηνπκε ζηαζεξφ) θαηά ηε δηάξθεηα απηήο ηεο πεξηφδνπ. Η πξνθχπηνπζα «θνκκέλε» ηεηξαγσληθή θπκαηνκνξθή πεξηιακβάλεη έλα αληίγξαθν ηεο επηζπκεηήο θπκαηνκνξθήο ζε φξνπο ρακειήο ζπρλφηεηαο, κε ηνπο φξνπο πςειφηεξεο ζπρλφηεηαο λα βξίζθνληαη ζε ζπρλφηεηεο θνληά ζηε ζπρλφηεηα κεηαθνξάο. Να ζεκεησζεί φηη ε rms ηηκή ηεο θπκαηνκνξθήο ηεο a.c. ηάζεο είλαη αθφκα ίζε κε ηελ ηάζε ηεο d.c. δηαδξνκήο, θαη έηζη ε ζπλνιηθή παξακφξθσζε αξκνληθψλ δελ επεξεάδεηαη απφ ηελ PWM. Οη φξνη ησλ αξκνληθψλ απιψο κεηαηνπίδνληαη ζηελ θιίκαθα πςειφηεξεο ζπρλφηεηαο θαη απηφκαηα θηιηξάξνληαη ιφγσ ησλ επαγσγψλ ζην a.c.ζχζηεκα. Όηαλ ην ξπζκηζκέλν ζήκα είλαη έλα εκίηνλν κε πιάηνο Am θαη ην πιάηνο ηεο ηξηγσληθήο κεηαθνξάο είλαη Ac, ε αλαινγία m = Am/Ac είλαη γλσζηή ζαλ ν δείθηεο ηεο ξχζκηζεο. Να ζεκεησζεί φηη κε ηνλ έιεγρν ηνπ δείθηε ξχζκηζεο γίλεηαη επίζεο έιεγρνο ηνπ πιάηνπο ηεο εθαξκνδφκελεο ηάζεο εμφδνπ. Με κηα επαξθψο πςειή ζπρλφηεηα κεηαθνξάο (ζρήκα 8.3 γηα fc/fm = 21 θαη t = L/R = T/3, Σ = πεξίνδνο ζεκειηψδνπο), νη φξνη πςειήο ζπρλφηεηαο δε δηαδίδνληαη ζεκαληηθά ζην a.c. δίθηπν (ή θνξηίν) ιφγσ ηεο παξνπζίαο επαγσγηθψλ ζηνηρείσλ. Δληνχηνηο, κηα πςειφηεξε ζπρλφηεηα κεηαθνξάο επηθέξεη έλα κεγάιν αξηζκφ δηαθνπψλ αλά θχθιν θαη έηζη κηα απμεκέλε απψιεηα ηζρχνο. Σππηθέο ζπρλφηεηεο δηαθνπηψλ ζηελ θιίκαθα 215 khz ζεσξνχληαη επαξθείο γηα εθαξκνγέο ζπζηεκάησλ ηζρχνο. Δπίζεο ζε 3θαζηθά ζπζηήκαηα είλαη θαιφ λα ρξεζηκνπνηείηαη ε fc/fm = 3k, (kεn) έηζη ψζηε θαη νη 3 θπκαηνκνξθέο λα είλαη ζπκκεηξηθέο. 83

84 84

85 85

86 ρήκα 8.3. SPWM κε fc/fm = 48, L/R = T/3 εκεηψζηε πσο ε δηαδηθαζία ιεηηνπξγεί θαιά γηα m<=1. Γηα m>1, ππάξρνπλ πεξίνδνη ηνπ ηξηγσληθνχ θχκαηνο ζηηο νπνίεο δελ ηέκλνληαη ε κεηαθνξά θαη ην ζήκα φπσο ζην ζρήκα 8.4. Δληνχηνηο, έλα θχξην πνζφ απφ απηήλ ηελ «ππεξ-ξχζκηζε» ζπρλά επηηξέπεηαη κε ζηφρν κηα πςειφηεξε a.c. ηάζε παξφιν πνπ ην θαζκαηηθφ πεξηερφκελν ηεο ηάζεο απνδίδεηαη θάπσο πην θησρφ. Να ζεκεησζεί φηη κε πεξηηηή αλαινγία fc/fm, ε θπκαηνκνξθή είλαη αληηζπκκεηξηθή γχξσ απφ έλαλ θχθιν 360 κνηξψλ. Με δπγφ αξηζκφ, ππάξρνπλ αξκνληθέο ηεο δπγήο ξχζκηζεο, αιιά ζπγθεθξηκέλα επίζεο έλαο κηθξφο d.c. φξνο. πλεπψο, δε ζπληζηάηαη δπγφο αξηζκφο γηα αληηζηξνθείο κηαο θάζεο, εηδηθά γηα ρακειέο αλαινγίεο fc/fm. ρήκα 8.4. Τπεξ ξχζκηζε : m = 1.3 SPWM SPECTRA Παξφιν πνπ ε SPWM θπκαηνκνξθή έρεη αξκνληθέο δηαθφξσλ ηάμεσλ ζηελ θπκαηνκνξθή θαζηθήο ηάζεο, νη επηθξαηέζηεξεο εθηφο ηεο ζεκειηψδνπο είλαη ηάμεο n θαη n +-2, φπνπ n = fc/fm. Απηφ είλαη θαλεξφ γηα ην θάζκα γηα n = 15 θαη m = 0.8 πνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα 8.5. εκεηψζηε πσο αλ νη άιιεο 2 θάζεηο παξάγνληαη απαξάιιαρηα αιιά κε 120 κνίξεο δηαθνξά θάζεο, ε ηάζε γξακκήο γξακκήο δε ζα έρεη θαζφινπ 86

87 ηξηπιέο αξκνληθέο. πληζηάηαη λα επηιέγεηαη fc/fm = 3k, (kεn), αθνχ ηφηε ε θπξίαξρε αξκνληθή ζα εμαιεηθζεί. Δίλαη θαλεξφ απφ ην ζρήκα 8.5b, φηη ε θπξίαξρε 15ε αξκνληθή ζην ζρήκα 8.5a εμαιείθεηαη απνηειεζκαηηθά ζηε γξακκή ηάζεο. Η επηινγή ησλ πνιιαπιψλ 3 είλαη επίζεο θαηάιιειε γηαηί ηφηε ε ίδηα ηξηγσληθή θπκαηνκνξθή κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζα κεηαθνξέαο θαη ζηηο 3 θάζεηο, επηθέξνληαο θάπνηα απινπνίεζε. Φαίλεηαη εχθνια απφ ηελ (pwm(ζ))^2 = E^2 φπνπ Δ είλαη ε ηάζε ηεο d.c. δηαδξνκήο, φηη ε rms ηηκή ηνπ ζήκαηνο ηάζεο εμφδνπ είλαη αλεπεξέαζην απφ ηελ PWM δηαδηθαζία. Απηφ ηζρχεη απφιπηα γηα ηε θαζηθή ηάζε θαζψο νη αξκνληθέο 3εο ηάμεο αθπξψλνληαη ζηελ ηάζε γξακκήο. Δληνχηνηο νη πξνβιεκαηηθέο αξκνληθέο κεηαηνπίδνληαη ζε πςειφηεξεο ηάμεηο, θάλνληαο έηζη ην θηιηξάξηζκα πνιχ πην εχθνιν. πρλά, ην θηιηξάξηζκα κεηαθέξεηαη δηακέζνπ ηεο θπζηθήο πςειήο εκπέδεζεο ραξαθηεξηζηηθήο ηνπ θνξηίνπ. 87

88 ρήκα 8.5. SPWM θάζκα αξκνληθψλ : n = 15, m = ΔΠΙΛΔΚΣΙΚΗ ΑΠΟΚΟΠΗ ΑΡΜΟΝΙΚΩΝ Να ζεκεησζεί φηη ζηε κέζνδν SPWM πνπ αλαπηχρζεθε παξαπάλσ, απαηηείηαη έλαο κεγάινο αξηζκφο απφ αλνίγκαηα θαη θιεηζίκαηα ησλ δηαθνπηψλ, κε ηηο ζρεηηθέο απψιεηεο δηαθνπηψλ. Με ηε κέζνδν ηεο Δπηιεθηηθήο Απνθνπήο Αξκνληθψλ, κφλν νη επηιεγκέλεο αξκνληθέο απνθφπηνληαη κε ην κηθξφηεξν αξηζκφ θηλήζεσλ ησλ δηαθνπηψλ. Δληνχηνηο απηή ε κέζνδνο είλαη δχζθνιν λα εθαξκνζηεί ζηε γξακκή εμαηηίαο ηνπ ππνινγηζκνχ θαη ησλ απαηηήζεσλ κλήκεο. Γηα κηα θπκαηνκνξθή PWM δπν επηπέδσλ κε πεξηηηέο θαη κηζνχ θχκαηνο ζπκκεηξίεο θαη n θνςίκαηα αλά ηεηαξηνθχθιην φπσο 88

89 θαίλεηαη ζην ζρήκα 8.4, ε θνξπθή ηνπ κέηξνπ ησλ φξσλ ησλ αξκνληθψλ ιακβάλνληαο ππφςηλ θαη ηε ζεκειηψδε, δίλεηαη απφ ηηο εμίζψζεηο 8.1 : Δδψ hi είλαη ην κέηξν ηεο i αξκνληθήο θαη αj είλαη ε j γσλία ηεο πξψηεο κεηαβνιήο δηαθφπηε. Οη δπγέο αξκνληθέο δελ παξνπζηάδνληαη ιφγσ ηεο κηζνχ θχκαηνο ζπκκεηξίαο ηνπο. Σα n θνςίκαηα ηεο θπκαηνκνξθήο έρνπλ n βαζκνχο ειεπζεξίαο. Αξθεηέο κέζνδνη ειέγρνπ είλαη έηζη δπλαηέο. Γηα παξάδεηγκα, n επηιεγκέλεο αξκνληθέο κπνξνχλ λα απνθνπνχλ. Μηα άιιε κέζνδνο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη εδψ είλαη ε απνθνπή n-1 επηιεγκέλσλ αξκνληθψλ θαη ε ρξήζε ησλ βαζκψλ ειεπζεξίαο πνπ απνκέλνπλ γηα ηνλ έιεγρν ηεο a.c. ηάζεο ζεκειηψδνπο ζπρλφηεηαο. Γηα λα βξεζνχλ ηα α πνπ απαηηνχληαη εδψ, είλαη αξθεηφ λα βάινπκε ηα αληίζηνηρα h ζηηο παξαπάλσ εμηζψζεηο ζηηο επηζπκεηέο ηηκέο (0 γηα n-1 απνθνπέο αξκνληθψλ θαη ην επηζπκεηφ αλά κνλάδα a.c. κέηξν γηα ηε ζεκειηψδε) θαη λα ιχζνπκε σο πξνο α. ρήκα 8.6. PWM θπκαηνκνξθή δπν επηπέδσλ κε πεξηηηή θαη κηζνχ θχκαηνο ζπκκεηξία 89

90 Οη εμίζψζεηο 8.1 κπνξνχλ λα ιπζνχλ εχθνια κε ηελ εχξεζε ησλ ζπληειεζηψλ Fourier ηεο θπκαηνκνξθήο πνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα 8.6. Γεληθά, γηα κηα πεξηνδηθή θπκαηνκνξθή κε πεξίνδν 2π, ηα ζπλεκίηνλα Fourier θαη νη ζπληειεζηέο δίλνληαη απφ ηηο ζρέζεηο 8.2 : ρέζε 8.2 Λφγσ ηεο ζπκκεηξίαο εκηθπθιίνπ ηεο θπκαηνκνξθήο ηνπ ζρήκαηνο 8.4, ππάξρνπλ κνλάρα νη αξκνληθέο πεξηηηήο ηάμεο. Δπίζεο, είλαη εχθνιν λα δνχκε φηη νη ζπληειεζηέο ζπλεκηηφλσλ Fourier εμαθαλίδνληαη κε ηελ επηινγή ρξήζεο αμφλσλ ζπληεηαγκέλσλ. Υξεζηκνπνηψληαο ηε ζπκκεηξία ηεηαξηνθπθιίνπ, νη ζπληειεζηέο εκηηφλσλ Fourier γίλνληαη : 90

91 ρέζε 8.3 Αληηθαζηζηψληαο ηελ pwm θπκαηνκνξθή δπν ηηκψλ γηα f(ζ), πξνθχπηεη (δεο ζρήκα 8.4) : Σν παξαθάησ παξάδεηγκα παξνπζηάδεη ηε ρξήζε ηξηψλ «chops» αλά ηεηαξηνθχθιην πνπ επηηξέπεη 3 βαζκνχο ειεπζεξίαο. Μπνξνχκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε απηή ηε κέζνδν γηα ηελ απνθνπή δπν αξκνληθψλ θαη γηα ηνλ έιεγρν ηνπ κέηξνπ ηεο ζεκειηψδνπο ζε θάζε επηζπκεηή ηηκή: 8.3. ΠΑΡΑΓΔΙΓΜΑ : Η Δπηιεθηηθή Απνθνπή Αξκνληθψλ εθαξκφδεηαη κε ζθνπφ λα ειεγρζεί ν ζεκειηψδεο φξνο ηεο ηάζεο ζηα 50V (rms) θαη λα απνθνπνχλ ε 3ε θαη ε 5ε αξκνληθή. Η πεγή ηάζεο είλαη 100V. Τπνινγίδνληαη νη αλαγθαίεο γσλίεο θνςίκαηνο. Μηαο θαη ζέινπκε λα πεηχρνπκε 3 πξάγκαηα, ρξεηαδφκαζηε 3 «chops». Σν κέηξν ηεο ζεκειηψδνπο, ηεο 3εο θαη ηεο 5εο αξκνληθήο δίλνληαη απφ : 91

92 Απαηηνχκε : Απηφ δίλεη ηξεηο εμηζψζεηο κε ηξεηο αγλψζηνπο α1, α2, α3. Με αξηζκεηηθή επίιπζε παίξλνπκε : ρήκα

93 ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΠΡΟΟΜΟΙΩΗ ΤΣΗΜΑΣΟ ΔΠΑΓΩΓΙΚΗ ΓΔΝΝΗΣΡΙΑ ΓΙΠΛΗ ΣΡΟΦΟΓΟΙΑ (DFIG) ΚΑΙ ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ Δηζαγσγή Η ηερληθή ηεο ειεθηξηθήο wind-power κεηαηξνπήο έρεη αλαπηπρζεί θαηά ηξφπν βίαην θαηά ηε δηάξθεηα ησλ ηειεπηαίσλ δεθαεηηψλ. Έλαο ιφγνο απηνχ νθείιεηαη ζηηο λέεο επθαηξίεο ηεο ειεθηξνληθήο δχλακεο. Δλψ νη άκεζεο γξακκή-ζπλδεκέλεο γελλήηξηεο έρνπλ ρξεζηκνπνηεζεί ζηηο κηθξφο-ηαμηλνκεκέλεο εγθαηαζηάζεηο, ν κεγαιχηεξνο ηνπο επάλσ απφ 500 kw απαηηεί λα ιεηηνπξγήζεη ζηελ πςειφηεξε απνδνηηθφηεηα θαηά ηε δηάξθεηα ηεο κεηαηξνπήο. Δπνκέλσο ππάξρεη έλαο αληαγσληζκφο κεηαμχ ησλ ζχγρξνλσλ θαη αζχγρξνλσλ αξρψλ.. Με ηε ρξεζηκνπνίεζε ησλ ζχγρξνλσλ γελλεηξηψλ ην θηβψηην ηαρπηήησλ κπνξεί λα αληηθαηαζηαζεί απφ κηα multipole δηακφξθσζε κεραλψλ. Η αζχγρξνλε κεραλή Βξαρπθπθισκέλνπ δξνκέα έρεη εηζαρζεί ζρεηηθά κε ηε ρξεζηκνπνίεζε δχν θηβσηίσλ ηαρπηήησλ κε ηηο δηαθνξεηηθέο αλαινγίεο, αιιά θάζε θπθιηθή θίλεζεο έρεη έλα δχζθακπην ραξαθηεξηζηηθφ speedtorque. Η θαιχηεξε ιχζε γηα λα πξνζαξκνζηεί ζε κηα κεηαβιεηή ηαρχηεηα αέξα ζπλίζηαηαη ζε κηα δηπιφο-ηξνθνδνηνχκελε αζχγρξνλε γελλήηξηα (DFIG) βαζηζκέλε ζε έλαλ slip-ring ζηξνθέα πιεγψλ γηα ηελ εξγαζία ζε έλαλ κεξηθφ κεηαβιεηφ ηξφπν ηαρχηεηαο. Καηαξρήλ ηέηνην ζχζηεκα αλαζηξνθέσλ βαζηζκέλν ζε κηα rotor-side κεηαηξνπέαο θαη έλαο Line-side αλαζηξνθέαο πνπ ζπλδέεηαη κε κηα DC-ζχλδεζε πνπ επέηξεςε λα πξαγκαηνπνηήζεη έλαλ αζχγρξνλν ηξφπν ηε γελλήηξηα. Πεξαηηέξσ κειεηψλ π.ρ. κπνξνχζε λα δεηρηεί ηελ εηζαγσγή δχν ειέγμηκσλ αλαζηξνθέσλ πνπ ζπλδένληαη απφ ην κφιπβδν ζπλδέζεσλ dc ηάζεο κε κηα κεγάιε ιεηηνπξγνχζα ζεηξά ζηε ζχλδεζε κε ηε δπλακηθή ηαρχηεηα ραξαθηεξηζηηθή ελφο αλεκνζηξνβίινπ. 93

94 9.2. Αξρή ηεο δηπιήο ζίηηζεο Σν ζρέδην 1 παξνπζηάδεη ην δηάγξακκα ησλ θνηλψλ ζηξνβίισλ δχλακεο αέξα πνπ ραξαθηεξίδεηαη απφ ην θέξδνο δχλακεο αληίζηνηρα ηελ ηαρχηεηα αέξα θαη ην ραξαθηεξηζηηθφ ηνπ ειεθηξηθνχ κέξνπο ηνπ ζπζηήκαηνο κεηαηξνπέσλ βαζηζκέλνπ ζε κηα αζχγρξνλε γελλήηξηα. Μπνξεί λα θαλεί φηη ππάξρεη κηα επξεία ηαρχηεηα πνπ πξέπεη λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα κηα απνδνηηθή κεηαηξνπή δχλακεο απφ ηε κεραληθή δχλακε αέξα ζηελ ειεθηξηθή παξαγσγή. ζρέδην 9.1: Γπλακηθή ραξαθηεξηζηηθή, εγθαηαζηάζεσλ παξαγσγήο ελέξγεηαο αέξα. Με απηφλ ηνλ ηξφπν δχν ιεηηνπξγνχζεο ζηξαηεγηθέο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ θπξίσο γηα ηε κεηαηξνπή δχλακεο: 1) Η κέγηζηε ζηξαηεγηθή Power Point αλαιφγσο απηφ ην ιεηηνπξγνχλ ζεκείν πξέπεη λα είλαη αλαδήηεζε κε ηε κέγηζηε δαπάλε δχλακεο γηα λα εθκεηαιιεπηεί ηε δεδνκέλε ελέξγεηα αέξα εηζαγσγήο. Γηα λα θζάζνπλ ζε απηφ νη εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο ελέξγεηαο ιεηηνπξγνχλ ζηνλ απνθαινχκελν wind-driven ηξφπν. Δπνκέλσο είλαη απαξαίηεην λα ρξεζηκνπνηεζεί έλα ειεθηξηθφ ζχζηεκα κεηαηξνπέσλ πνπ ην θαζηζηνχλ πηζαλφ λα ηθαλνπνηήζνπλ κηα κεξηθή ηαρχηεηα-κεηαβιεηή ιεηηνπξγία πέξα απφ κηα επξεία ζεηξά ηαρχηεηαο. Σν πιενλέθηεκα είλαη ε πςειή απνδνηηθφηεηα ηεο ζπλνιηθήο 94

95 δηαδηθαζίαο κεηαηξνπήο δχλακεο. Αιιά ππάξρεη έλα νξηζκέλν κεηνλέθηεκα φηη ε παξαγσγή ειεθηξηθήο δχλακεο εμαξηάηαη έληνλα απφ ηηο αιιαγέο ηνπ αέξα εηζαγσγήο θαη ιακβάλνπκε κηα θπκαηλφκελε ελεξγεηαθή ξνή. Απηή ε αξρή είλαη ρξεζηκνπνηήζηκε ζηηο πεξηνρέο ηαρχηεηαο κέζνπ θαη πςειφηεξνπ αέξα. 2) Η ζηξαηεγηθή ζηαζεξήο δχλακεο εάλ έλαο ειεγρφκελνο αέξαο-ζηξνθέαο ρξεζηκνπνηείηαη ζπλδπαζκέλνο ν έιεγρνο θαη έλαο ελεξγφο θαλνληζκφο δχλακεο κπνξεί λα εθπιεξσζεί γηα ηε ιήςε κηαο πξνζεγγηζκέλεο ζηαζεξήο ελεξγεηαθήο ξνήο ζηε γξακκή-πιεπξά. Αιιά είλαη αζχκθνξν ιφγσ ηεο κε βέιηηζηεο ζπλνιηθήο απνδνηηθφηεηαο. Γηα λα ρξεζηκνπνηήζεη ηα βέιηηζηα ζεκεία απνδνηηθφηεηαο πέξα απφ κηα επξεία ζεηξά ηαρχηεηαο είλαη απαξαίηεην λα βάιεη ζε έλα κεξηθφ ζχζηεκα κεηαηξνπέσλ ηαρχηεηαο κεηαβιεηφ πνπ είλαη γλσζηφ σο δηπιά-ηξνθνδνηνχκελε γελλήηξηα επαγσγήο (Γελλήηξηαο δηπιήο ηξνθνδνζίαο DFIG) πνπ δίλεηαη ζην ζρήκα.2. ρέδην 9.2: Γηπιά-ηξνθνδνηνχκελν ζχζηεκα γελλεηξηψλ επαγσγήο Με ηε βνήζεηα ηνπ κεηαηξνπέα ζηξνθέσλ ε νιίζζεζε ηεο γελλήηξηαο επαγσγήο κπνξεί λα πνηθίινη θαη επνκέλσο ε ηαρχηεηα αιιάδεη ζε έλα επξχ θάζκα φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα.3. Δάλ ε γελλήηξηα επαγσγήο ιεηηνπξγεί κε βξαρπθπθισκέλα slip-rings ιεηηνπξγεί ζην θπζηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ηαρχηεηα-ξνπήο. Με ηελ αχμεζε ηεο εηζαγσγήο(αέξνο) ην φξην ζηαζεξφηεηαο ζα κπνξνχζε λα μεπεξάζηεί επνκέλσο κε κηα ελεξγεηαθή αλάθηεζε ηνπ ξφηνξα, ε νιίζζεζε κπνξεί λα απμεζεί επίζεο θαη ν ππεξρξνληζκφο εκθαλίδεηαη. Αθ' εηέξνπ εάλ ε εηζαγσγή (αέξαο) κεηψλεηαη πξέπεη λα 95

96 ηξνθνδνηεζεί ε πξφζζεηε ειεθηξηθή ελέξγεηα πάλσ slip-rings ην ζηξνθέα γηα ηελ παξεκπφδηζε ηεο κεηάβαζεο ζην κεραλνθίλεην ηξφπν θαη απφ ηηο εξγαζίεο γελλεηξηψλ ζην ππνζπρξνληζκφ. Δπεηδή ε ιεηηνπξγνχζα ζεηξά είλαη ηνπνζεηεκέλε βέιηηζηα κεηαμχ 0,7 nn < λ < nn 1,3 έλα κεξηθφ κεηαβιεηφ θαζεζηψο κπνξεί λα ιεθζεί. Απηή ε αξρή είλαη ελδεδεηγκέλε ιφγσ ηνπ εγθαηεζηεκέλνπ πνζνζηνχ δχλακεο κεηαηξνπέσλ κπνξεί λα κεησζεί κέρξη 30% ησλ εθηηκεκέλσλ ηηκψλ. ρέδην.9.3: Λεηηνπξγνχζα ζεηξά ηνπ DFIG Γηα ηελ αχμεζε ηνπ πνζνζηνχ δχλακεο κηαο κεηαβιεηήο ηαρχηεηαο ην ζχζηεκα έρεη κεξηθά πιενλεθηήκαηα: - ε ελεξγφο δηαθχκαλζε δχλακεο κπνξεί λα κεησζεί - ηα κεραληθέο βήκαηα θαη νη ηαιαληψζεηο θνξηίσλ κπνξνχλ λα κεηξηαζηνχλ - ν παξάγνληαο ηεο δχλακεο κπνξεί λα ξπζκηζηεί - ηα βέιηηζηα ζεκεία δχλακεο είλαη ρξεζηκνπνηήζηκα - ν παξάιιειεζκνο θαη νη απηφλνκεο ιχζεηο είλαη δπλαηέο 96

97 9.3. Απνηειέζκαηα κειέηεο χλζεην δηάγξακκα ξνήο ζεκάησλ ηνπ DFIG Δδψ ζα παξνπζηάζνπκε ηα απνηειέζκαηα κηαο κειέηεο ζρεηηθά κε ηε δπλακηθή ζπκπεξηθνξά ελφο ελεξγεηαθνχ ζπζηήκαηνο αέξα πνπ ηξνθνδνηείηαη απφ κηα δηπιά ηξνθνδνηνχκελε γελλήηξηα επαγσγήο κε ηνλ ζηξνθέα πνπ ζπλδέεηαη κε ην ειεθηξηθφ δίθηπν κέζσ ελφο κεηαηξνπέα DC-AC. Δπίζεο, ππάξρεη ζπλεηδεηνπνίεζε λα ιάβεη ππφςε ηηο απαηηήζεηο ελφο θαζαξνχ πεξηβάιινληνο, ιφγσ ηεο αλάγθεο λα ζπληεξεζεί ν βηφηνπφο καο. Η αηνιηθή ελέξγεηα ζπλερίδεη λα πξνσζεί ζηελ Δπξψπε, θαη ηα θξάηε κεηά απφ ηελ νδεγία 2001/77/CE. θαη νη πειάηεο ελδηαθέξνληαη γηα ηελ παξνρή ηεο αλαγθαίαο ελέξγεηαο, ιακβάλνληαο ππφςε ηηο απαηηήζεηο ελφο θαζαξνχ πεξηβάιινληνο. Οη αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο πνπ δελ ζπκβάιινπλ ζην εληζρπκέλν θαηλφκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ, ηδηαίηεξα ε δχλακε ηνπ αέξα, γίλεηαη έλα ζεκαληηθφ ζπζηαηηθφ ηεο ζπλνιηθήο παξαγσγήο κηγκάησλ. 97

98 Σα ζπζηήκαηα ελεξγεηαθήο κεηαηξνπήο αέξα, WECS, εξεπλψληαο έρνπλ ζηξαθεί ζηα απηφλνκα ζπζηήκαηα δχλακεο αέξα θαη ηα gridconnected ζπζηήκαηα. Έλα απηφλνκν ζχζηεκα παξέρεη άκεζα ηελ ειεθηξηθή ελέξγεηα ζηνπο πειάηεο θαη είλαη ηδηαίηεξα ειθπζηηθφ ζηηο πεξηνρέο κε ηηο θαθέο ζπλζήθεο δπλαηφηεηαο πξφζβαζεο γηα ηηο γξακκέο κεηάδνζεο, αιιά ε απηφλνκε ειεθηξηθή παξαγσγή αέξα ζπζηεκάησλ πξέπεη λα ζπκπιεξσζεί κε άιιεο πεγέο δχλακεο, επεηδή ν αέξαο είλαη κηα απξφβιεπηε πεγή ελέξγεηαο. Ωο εθ ηνχηνπ, δελ εμαζθαιίδεη ζπλερή παξνρή ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο. Δλψ, έλα gridconnected ζχζηεκα, έρεη ην πιενλέθηεκα ηεο ζπλερήο παξνρήο ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο, επεηδή φηαλ ε ελέξγεηα αέξα είλαη αλεπαξθήο ζην ειεθηξηθφ πιέγκα ηθαλνπνηεί ηε δήηεζε. Μηα ζχγθξηζε κεηαμχ ηνπ κεηαβιεηνχ αλεκνζηξνβίινπ ηαρχηεηαο θαη ηνπ ζηαζεξνχ αλεκνζηξνβίινπ ηαρχηεηαο δείρλεη φηη ε κεηαβιεηή ηαρχηεηα κεηψλεη ηηο κεραληθέο πηέζεηο: ηα κπνπξίληα ηνπ αέξα κπνξνχλ λα απνξξνθεζνχλ, λα αληηζηαζκίζνπλ δπλακηθά ηνπο παικνχο ξνπήο θαη δχλακεο πνπ πξνθαινχληαη απφ ηελ πίζσ πίεζε ηνπ πχξγνπ. Απηφ ην backpressure πξνθαιεί ζηνπο αμηνπξφζερηνπο παικνχο ξνπήο ζε έλα πνζνζηφ ίζν κε ηνπο ρξφλνπο ηαρχηεηαο ζηξνθέσλ ζηξνβίισλ θαη ηνλ αξηζκφ ιεπίδσλ ζηξνθέσλ. Υξεζηκνπνηεκέλε κηαο δηπιά ηξνθνδνηνχκελεο γελλήηξηαο επαγσγήο ζε WECS κε ην ζηξνθέα πνπ ζπλδέεηαη κε ην ειεθηξηθφ πιέγκα κέζσ ελφο κεηαηξνπέα DC-AC ξεχκα πξνζθέξεη ηα αθφινπζα πιενλεθηήκαηα: κφλν ε ειεθηξηθή ελέξγεηα πνπ εγρέεηαη απφ ην ζηξνθέα πξέπεη λα αληηκεησπηζηεί απφ ην κεηαηξνπέα, ππνλνψληαο έλαλ ιηγφηεξν κεηαηξνπέα DC- AC δαπαλψλ ν βειηησκέλνο έιεγρνο παξάγνληα, απνδνηηθφηεηαο θαη δχλακεο ζπζηεκάησλ κπνξεί λα εθαξκνζηεί κε ρακειφηεξν θφζηνο, ν κεηαηξνπέαο πξέπεη λα παξέρεη κφλν ηελ ελέξγεηα δηέγεξζεο. Ωο εθ ηνχηνπ, εθκεηαιιεπφκελνο ηηο ειεθηξνληθέο πξνφδνπο δχλακεο ηα ηειεπηαία ρξφληα, WECS πνπ εμνπιίδνληαη κε ηα δηπιά ηξνθνδνηεκέλα ζπζηήκαηα γελλεηξηψλ επαγσγήο γηα ην κεηαβιεηφ αλεκνζηξφβηιν ηαρχηεηαο είλαη κηα απφ ηηο απνδνηηθφηεξεο δηακνξθψζεηο γηα ηελ ελεξγεηαθή κεηαηξνπή αέξα. Η Πνξηνγαιία αλακέλεηαη έσο ην 2012 γηα λα έρεη 3800 MW ηεο δχλακεο αέξα ιφγσ ηνπ θπβεξλεηηθνχ ςεθίζκαηνο 63/2003. (ν πίλαθαο I) παξνπζηάδεη ζηνηρεία γηα ηελ ηθαλφηεηα δχλακεο αέξα 98

99 εγθαηεζηεκέλε θαη ζηελ θαηαζθεπή ζπγρνλεχζηε κέζα ηελ Πνξηνγαιία, ηε Μαδέξα θαη ηηο Αδφξεο ζηηο Γεθεκβξίνπ ]. Η πδξν δχλακε ζηελ Πνξηνγαιία απνηειεί πεξίπνπ 20,25% ζε έλα κέζν έηνο. Δλψ, ε ελέξγεηα αέξα απνηειεί πεξίπνπ 1,7% ηεο ζπλνιηθήο ελέξγεηαο πνπ θαηαλαιψλεηαη ζηελ Πνξηνγαιία. Απηφο ν ζπλνιηθφο αξηζκφο είλαη αθφκα πάξα πνιχ καθξηά απφ ηνλ θαζηεξσκέλν ζηφρν 39% ηεο ζπλνιηθήο ελέξγεηαο πνπ παξάγεηαη ζχκθσλα κε ηελ νδεγία 2001/77/CE Πηλάθαο 1. ε αηνιηθή ελεξγεία ηνλ Γεθέκβξην ηνπ 2004 Η Πνξηνγαιία WECS έρεη grid-connected ζπζηήκαηα θαη ε ζηαηηζηηθή πεξαζκέλνπ ρξφλνπ δείρλεη φηη ηα δηπιά ηξνθνδνηεκέλα ζπζηήκαηα γελλεηξηψλ επαγσγήο είλαη ε επηινγή πνπ πξνηηκάηαη γηα ην WECS εγθαηεζηεκέλν πξφζθαηα θαη ζηε θάζε θαηαζθεπήο. Απηή ε εξγαζία παξνπζηάδεη ηα απνηειέζκαηα κηαο κειέηεο ζρεηηθά κε ηε δπλακηθή ζπκπεξηθνξά ελφο ελεξγεηαθνχ ζπζηήκαηνο αέξα πνπ ηξνθνδνηείηαη απφ κηα δηπιά ηατζκέλε γελλήηξηα επαγσγήο. Όπνηα είλαη ε πξαγκαηηθή πξνηηκεκέλε δηακφξθσζε γηα WECS ζηελ Πνξηνγαιία, ιφγσ ησλ πιενλεθηεκάησλ. Δπηιέγνπκε γηα ηελ παξνχζα κειέηε έλα WECS πνπ δηεπθξηλίδεηαη ζην ζρέδην 1, πνπ ζπληίζεηαη απφ έλα grid-connected ζχζηεκα κε κηα κεηαβιεηή δηπιά ηξνθνδνηνχκελεο ηαρχηεηαο γελλήηξηα επαγσγήο. 99