ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΠΑΣΡΩΝ ΣΜΗΜΑ ΗΛΕΚΣΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΥΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΣΕΥΝΟΛΟΓΙΑ ΤΠΟΛΟΓΙΣΩΝ ΣΟΜΕΑ: σζηήμαηα Ηλεκηρικής Ενέργειας (.Η.Ε) ΕΡΓΑΣΗΡΙΟ Διπλωμαηική Εργαζία ηνπ θνηηεηή ηνπ Τκήκαηνο Ηιεθηξνιόγσλ Μεραληθώλ θαη Τερλνινγίαο Υπνινγηζηώλ ηεο Πνιπηερληθήο Σρνιήο ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ Θενηόθε Εκκαλνπήι ηνπ Δεκεηξίνπ Αξηζκόο Μεηξώνπ: 6261 Θέκα «Υαρακηηριζηικά και Ρσθμίζεις Α.Π.Ε. ζύμθωνα με ηις Απαιηήζεις ύνδεζης ζηο Δίκησο» Επηβιέπσλ Αληώληνο Αιεμαλδξίδεο Αριθμός Διπλωμαηικής Εργαζίας: Πάηξα, Οθηώβξεο ηνπ 2013 1
ΠΙΣΟΠΟΙΗΗ Πηζηνπνηείηαη όηη ε Δηπισκαηηθή Εξγαζία κε ζέκα «Υαρακηηριζηικά και Ρσθμίζεις Α.Π.Ε. ζύμθωνα με ηις Απαιηήζεις ύνδεζης ζηο Δίκησο» Τνπ θνηηεηή ηνπ Τκήκαηνο Ηιεθηξνιόγσλ Μεραληθώλ θαη Τερλνινγίαο Υπνινγηζηώλ Θενηόθεο Εκκαλνπήι ηνπ Δεκεηξίνπ Αξηζκόο Μεηξώνπ: 6261 Παξνπζηάζηεθε δεκόζηα θαη εμεηάζηεθε ζην Τκήκα Ηιεθηξνιόγσλ Μεραληθώλ θαη Τερλνινγίαο Υπνινγηζηώλ ζηηο 14/10/2013 Ο Επηβιέπσλ Αιεμαλδξίδεο Αληώληνο Ο Δηεπζπληήο ηνπ Τνκέα Αιεμαλδξίδεο Αληώληνο 2
Αριθμός Διπλωμαηικής Εργαζίας: Θέμα: «Υαρακηηριζηικά και Ρσθμίζεις Α.Π.Ε. ζύμθωνα με ηις Απαιηήζεις ύνδεζης ζηο Δίκησο» Φνηηεηήο: Θενηόθεο Εκκαλνπήι ηνπ Δεκεηξίνπ Επηβιέπσλ: Αιεμαλδξίδεο Αληώληνο Πεξίιεςε Η παξνύζα δηπισκαηηθή εξγαζία πξαγκαηνπνηήζεθε θαηά ηα έηε 2011-2013 ππό ηελ επίβιεςε ηνπ θαζεγεηή Αιεμαλδξίδε Αληώληνπ. Πξαγκαηεύεηαη ηε κειέηε ησλ ραξαθηεξηζηηθώλ θαη ησλ ξπζκίζεσλ αλαλεώζηκσλ πεγώλ ελέξγεηαο ζύκθσλα κε ηηο απαηηήζεηο ζην δίθηπν. Πξαγκαηνπνηήζεθε κία γεληθόηεξε αλαζθόπεζε γηα ηελ αηνιηθή ελέξγεηα, ηηο αλεκνγελλήηξηεο θαη αλαιύζεθαλ νη ηερληθέο απαηηήζεηο ζύλδεζεο αηνιηθώλ ζηαζκώλ ζην ειιεληθό ζύζηεκα ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Τέινο, έγηλε κία πξνζνκνίσζε, κε ρξήζε ηνπ Matlab - Simulink, ζρεηηθά κε κε γξακκηθό έιεγρν ηζρύνο αλεκνγελλεηξηώλ DFIG γηα ελζσκάησζε ζε εηθνληθνύο ζηαζκνύ ηζρύνο (V.P.P). 3
Εσταριζηίες Θα ήζεια λα επραξηζηήζσ ζεξκά ηνλ επηβιέπνληα θαζεγεηή κνπ Αιεμαλδξίδε Αληώλην γηα ηε βνήζεηά ηνπ,ηελ θαηαλόεζή ηνπ ζην ζύλνιν ηεο πξνεηνηκαζίαο θαη ηεο δηεθπεξαίσζεο ηεο παξνύζαο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο. Επίζεο, επραξηζηώ πνιύ ην δηδαθηνξηθό θνηηεηή Μπνπξδνύιε Μηράιε γηα ηελ πνιύ ζεκαληηθή βνήζεηά ηνπ θαη ην ρξόλν πνπ δηέζεζε όπσο επίζεο θαη ηνπο θίινπο θαη ζπκθνηηεηέο κνπ πνπ κε ζηήξημαλ θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο νινθιήξσζεο ηεο δηπισκαηηθήο κνπ εξγαζίαο. Τέινο, επραξηζηώ ζεξκά ηελ νηθνγέλεηά κνπ γηα ηελ ακέξηζηε ζπκπαξάζηαζε θαη ηελ αγάπε πνπ κνπ δείρλεη όια απηά ηα θνηηεηηθά κνπ ρξόληα. 4
ΠΡΟΛΟΓΟ Σην πξώην θεθάιαην, γίλεηαη κία αλαθνξά ζηηο αλαλεώζηκεο πεγέο ελέξγεηαο θαη αλαιύεηαη πεξηζζόηεξν ε αηνιηθή. Αλαθέξεηαη ε πνξεία αμηνπνίεζήο ηεο, θαη παξαζέηνληαη πιεξνθνξίεο γηα ηελ ησξηλή ρξήζε ηεο ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο αιιά θαη κειινληηθέο βιέςεηο. Σην δεύηεξν θεθάιαην παξνπζηάδνληαη ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ αλέκνπ θαη νη εμηζώζεηο ηεο αλεκνγελλήηξηαο πνπ καο επηηξέπνπλ λα απνκαζηεύνπκε ελέξγεηα από ηνλ άλεκν κέζσ ησλ αλεκνγελλεηξηώλ. Σην ηξίην θεθάιαην παξνπζηάδνληαη ηα δνκηθά ζηνηρεία θαη ν ηξόπνο κε ηνλ νπνίν γίλεηαη ε θαηεγνξηνπνίεζε ησλ αλεκνγελλεηξηώλ, νη έιεγρνη πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη θαη ηα είδε ησλ αλεκνγελλεηξηώλ πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ζήκεξα ζηε βηνκεραλία. Σην ηέηαξην θεθάιαην παξνπζηάδνληαη νη ηερληθέο απαηηήζεηο γηα ηνπο αηνιηθνύο ζηαζκνύο ζην ειιεληθό Σ.Η.Ε. Σην πέκπην θεθάιαην, γίλεηαη ε πξνζνκνίσζε κέζσ ηνπ πξνγξάκκαηνο Matlab - Simulink ελόο κε γξακκηθνύ ειέγρνπ ηζρύνο αλεκνγελλεηξηώλ DFIG γηα ελζσκάησζε ζε εηθνληθνύο ζηαζκνύ ηζρύνο (V.P.P). 5
ABSTRACT In the first chapter, there is a general description about renewable energy resources and more specific, about the wind energy. We present the current worldwide electrical power production and the future requirements for electrical power production in Europe and Greece. In the second chapter, we study the features of the wind performance and the equations that allows us to drain energy from the wind,using a wind turbine. The third chapter presents the components,the kinds of control and the categories of wind turbines that are in use in industry nowadays. The fourth chapter presents the technical requirements for the wind farms in the Greek System of Electrical Energy. In the fifth chapter we use the program Matlab - Simulink in order to simulate a non-linear direct power control of DFIG wind turbines for Virtual Power Plant (V.P.P.) integration. 6
Πεοιευόμεμα Ποόλξγξπ...6 Abstract...7 Κετάλαιξ 1: Ιρςξοική αμαδοξμή αιξλικήπ εμέογειαπ...15 1.1 Αμαμεώριμεπ Πηγέπ Δμέογειαπ ( Α.Π.Δ. )...16 1.2 Αιξλική εμέογεια Ιρςξοική αμαδοξμή...17 1.2.1 Αμεμόμσλξι για παοαγχγή μηυαμικήπ εμέογειαπ...19 1.2.2 Αμεμόμσλξι για παοαγχγή ηλεκςοικήπ εμέογειαπ...20 1.2.3 Δνέλινη μεγέθξσπ αμεμξγεμμηςοιώμ...23 1.2.4 Πειοαμαςικέπ Αμεμξγεμμήςοιεπ...24 1.3 Σχοιμή επξυή...27 1.3.1 : Παγκόρμια εγκαςερςημέμη αιξλική ιρυύπ...27 1.3.2 Δγκαςερςημέμη αιξλική ιρυύπ ρςημ Δσοώπη...29 1.3.3 Ανιξπξίηρη αιξλικήπ εμέογειαπ και μελλξμςικξί ρςόυξι για ςημ Δλλάδα...30 Κετάλαιξ 2 : Ανιξπξίηρηπ Αιξλικήπ Δμέογειαπ από Α/Γ - Φαοακςηοιρςικά Αμέμξσ...32 2.1 υημαςιρμόπ ςχμ αμέμχμ...33 2.2 Ιρυύπ ςξσ αμέμξσ...34 2.3 Μέγιρςη θεχοηςική ςιμή ςξσ αεοξδσμαμικξύ ρσμςελερςή ιρυύξπ C p...35 2.4 Δνάοςηρη ςξσ C p από ςημ ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ U, ςξ λόγξ ςαυύςηςαπ ακοξπςεοσγίξσ λ και ςη γχμία βήμαςξπ πςεοσγίξσ β...36 2.4.1 σμςελερςήπ ιρυύξπ C p ρσμαοςήρει ςηπ ςαυύςηςαπ αμέμξσ V...37 2.4.2 σμςελερςήπ ιρυύξπ C p ρσμαοςήρει ςξσ λόγξσ ςαυύςηςαπ ακοξπςεοσγίξσ λ...37 2.4.3 σμςελερςήπ ιρυύξπ C p ρσμαοςήρει ςηπ γχμίαπ βήμαςξπ πςεοσγίξσ β...38 Κετάλαιξ 3 : Φαοακςηοιρςικά αμεμξγεμμηςοιώμ...40 3.1 Λειςξσογία αμεμξγεμμήςοιαπ...41 7
3.2 Δξμικά ρςξιυεία αμεμξγεμμήςοιαπ...42 3.2.1 Αμεμόμεςοξ και αμεμξδείκςηπ ( Anemometer )...42 3.2.2 Ηλεκςοξμικόπ ελεγκςήπ...44 3.2.3 Πςεούγια ( Blades )...44 3.2.4 Υοέμξ ( Brake )...45 3.2.5 Κιβώςιξ ςαυσςήςχμ ( Gear box )...45 3.2.6 Γεμμήςοια ( generator )...46 3.2.7 Διατξοικό σφηλώμ ςαυσςήςχμ ( High speed shaft )...46 3.2.8 Διατξοικό υαμηλώμ ςαυσςήςχμ ( Low speed shaft )...46 3.2.9 Κξσβξύκλιξ ( Nacelle )...47 3.2.10 ςοξτή πςεοσγίχμ ( Pitch )...47 3.2.11 Ηλεκςοικόπ κιμηςήοαπ / Ρόςξοαπ ( Rotor )...48 3.2.12 Πσλώμαπ / Πύογξπ ( Tower )...48 3.2.13 Καςεύθσμρη ςξσ αμέμξσ ( Wind direction )...49 3.2.14 Οδηγόπ για ςημ απξτσγή εκςοξπήπ ( Yaw drive )...50 3.2.15 Μηυαμιρμόπ πεοιρςοξτήπ...50 3.3 Μέγεθξπ αμεμξγεμμηςοιώμ...51 3.4 Καςηγξοίεπ αμεμξγεμμηςοιώμ...53 3.4.1 Καςηγξοιξπξίηρη αμεμξγεμμηςοιώμ με βάρη ςξ είδξπ ςξσ άνξμα...53 3.4.1.1 Αμεμξγεμμήςοιεπ καςακόοστξσ άνξμα...53 3.4.1.2 Αμεμξγεμμήςοιεπ Οοιζξμςίξσ άνξμα...56 3.4.1.3 ύγκοιρη αμεμξγεμμηςοιώμ ξοιζξμςίξσ και κάθεςξσ άνξμα...56 3.4.2 Καςηγξοιξπξίηρη αμεμξγεμμηςοιώμ με βάρη ςξμ αοιθμό ςχμ πςεοσγίχμ...57 3.4.3 Καςηγξοιξπξίηρη αμεμξγεμμηςοιώμ αμάλξγα με ςξμ ςύπξ ςηπ γεμμήςοιαπ, ςξμ ςύπξ ελέγυξσ και ςημ δσμαςόςηςα μεςαβξλήπ ςηπ ςαυύςηςάπ ςξσπ...58 3.4.3.1 Σύπξι Δλέγυχμ αμεμξγεμμηςοιώμ...58 3.4.3.1.1 Έλεγυξπ με Απώλεια ςήοινηπ ( Stall control )...59 3.4.3.1.2 Έλεγυξπ ςηπ γχμίαπ βήμαςξπ πςεοσγίξσ ( pitch control )...59 8
3.4.3.1.3 Δμεογόπ έλεγυξπ απώλειαπ ρςήοινηπ ( active stall control )...59 3.4.3.2 Δίδη αμεμξγεμμηςοιώμ...61 3.4.3.2.1 Σύπξπ Α...61 3.4.3.2.2 Σύπξπ Β...62 3.4.3.2.3 Σύπξπ C...62 3.4.3.2.4 Σύπξπ D...63 Κετάλαιξ 4 : Σευμικέπ Απαιςήρειπ για Αιξλικξύπ ςαθμξύπ ρςξ Δλλημικό.Η.Δ...64 4.1 Σοόπξι ρύμδερηπ αιξλικώμ ρςαθμώμ ρςξ ελλημικό.η.δ...65 4.2 Δύοξπ σπξυοεχςικήπ δσμαςόςηςαπ λειςξσογίαπ...66 4.2.1 Πεοιξυή λειςξσογίαπ για ςάρη και ρσυμόςηςα...66 4.2.2 Τπξυοεχςική δσμαςόςηςα ούθμιρηπ αιξλικξύ ρςαθμξύ...68 4.3 Απαιςήρειπ ούθμιρηπ ςάρεχπ, άεογξσ ιρυύξπ, ρσμςελερςή ιρυύξπ αιξλικξύ ρςαθμξύ...70 4.4 Ικαμόςηςα αδιάλειπςηπ λειςξσογίαπ σπό υαμηλή ςάρη...73 4.5 σμειρτξοά αιξλικώμ ρςαθμώμ ρςη ούθμιρη τξοςίξσ - ρσυμόςηςαπ...75 4.5.1 Ρσθμόπ μεςαβξλήπ ςηπ παοαγχγήπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ...75 4.5.2 Μέγιρςη ιρυύπ ενόδξσ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ...76 4.5.3 Έλεγυξπ ςηπ παοαγόμεμηπ ιρυύξπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ ρύμτχμα με ςη ρσυμόςηςα ςξσ σρςήμαςξπ...76 4.6 Γεμικξί έλεγυξι ςηπ εμεογξύ ιρυύξπ...79 4.6.1 Ποξρςαρία ρσρςήμαςξπ ( system protection )...80 4.6.2 Έλεγυξπ ρσυμόςηςαπ ( frequency control )...80 4.6.3 Έλεγυξπ ςεομαςιρμξύ ( Stop control )...81 4.6.4 Έλεγυξπ ιρξοοξπίαπ ( balance control )...81 4.6.5 Πεοιξοιρςήπ κλίρηπ ιρυύξπ ( power gradient constrainer )...82 4.6.6 Απόλσςξ όοιξ παοαγχγήπ ( absolute production limit )...83 4.6.7 Έλεγυξπ δ ( delta control )...84 9
Κετάλαιξ 5 : Ποξρξμξίχρη με ςξ Matlab - Simulink : Μη γοαμμικόπ έλεγυξπ ιρυύξπ αμεμξγεμμηςοιώμ DFIG για εμρχμάςχρη ρε εικξμικξύπ ρςαθμξύ ιρυύξπ (V.P.P)...85 5.1 Πεοιγοατή ποξρξμξίχρηπ...86 5.2 Φοηριμξπξιξύμεμα blocks...86 5.2.1 Πξλσπλέκςηπ ( Mux )...87 5.2.2. σμάοςηρη ( Fcn )...87 5.2.3 Αθοξιρςήπ ( Add )...88 5.2.4 Πξλλαπλαριαρςήπ ( Product )...89 5.2.5 Κέοδξπ ( Gain )...90 5.2.6 Παοάγχγξπ ( Derivative )...91 5.2.7 Ολξκληοχςήπ ( Integrator )...91 5.2.8 Goto -From...91 5.2.9 Φοξμιρςήπ ( Timer )...92 5.2.10 Scope...93 5.3 Δνιρώρειπ και ρςαθεοέπ πξσ υοηριμξπξιήθηκαμ ρςημ ποξρξμξίχρη...94 5.4 Δνιρώρειπ αμεμξγεμμήςοιαπ...95 5.4.1 Δνιρώρειπ απξοοότηρηπ αιξλικήπ εμέογειαπ από ςημ αμεμξγεμμήςοια...95 5.4.2 Δνιρώρειπ ηλεκςοικώμ ρςξιυείχμ αμεμξγεμμήςοιαπ ρςξσπ άνξμεπ d-q...96 5.4.3 Δνιρώρειπ ςχμ δύξ PI ελεγκςώμ...97 5.5 Παοξσρίαρη και αμάλσρη ςχμ ςμημάςχμ ςηπ ποξρξμξίχρηπ...99 5.5.1 Μηυαμικό κξμμάςι γεμμήςοιαπ και δημιξσογία αμέμχμ...99 5.5.1.1 Τλξπξίηρη κσμαςξμξοτήπ ςαυύςηςαπ αμέμξσ...99 5.5.1.2 Τπξλξγιρμόπ γχμιακήπ ςαυύςηςαπ πεοιρςοξτήπ ςχμ πςεοσγίχμ ( χ rot )...100 5.5.1.3 Τπξλξγιρμόπ ρσμςελερςή ιρυύξπ C p...100 5.5.1.4 Τπξλξγιρμόπ μηυαμικήπ ιρυύπ ( P m ) και οξπήπ ρςξ δοξμέα ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ( T m )...101 5.5.2 Πεοιγοατή ςχμ ηλεκςοικώμ ρςξιυείχμ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ αμαλσμέμξ ρε άνξμεπ d-q...102 5.5.2.1 Τπξλξγιρμόπ ηλεκςοικώμ οξώμ,αμαλσμέμεπ ρςξσπ άνξμεπ d - q...102 10
5.5.2.2 Τπξλξγιρμόπ ςηπ ςαυύςηςαπ πεοιρςοξτήπ ςξσ δοξμέα ( χ r )...103 5.5.2.3 Τπξλξγιρμόπ οεσμάςχμ I ds, I qs, I dr, I qr...103 5.5.2.4 Τπόλξιπεπ είρξδξι ςξσ πξλσπλέκςη...104 5.5.2.5 Τπξλξγιρμόπ ιρυύχμ αμεμξγεμμήςοιαπ...104 5.5.3 P-I ελεγκςήπ για ςημ ούθμιρη ςηπ ςάρηπ V qr ςξσ δοξμέα...105 5.5.3.1 Τπξλξγιρμόπ ςηπ ςάρηπ V qr ςξσ δοξμέα...105 5.5.3.2 Τπξλξγιρμόπ ςηπ P ref s...106 5.5.3.3 Τλξπξίηρη ςξσ P-I controller...107 5.5.4 P-I ελεγκςήπ για ςημ ούθμιρη ςηπ ςάρηπ V dr ςξσ δοξμέα...108 5.5.4.1 Τπξλξγιρμόπ ςηπ ςάρηπ V dr ςξσ δοξμέα...108 5.5.4.2 Δνιρώρειπ και σλξπξίηρη ςξσ Droop Q-V controller...109 5.5.5 Δημιξσογία διαςαοαυήπ ρςημ ςάρη δικςύξσ μακοιά από ςημ αμεμξγεμμήςοια...110 5.5.6 Απξςελέρμαςα ποξρξμξίχρηπ και παοαςηοήρειπ...112 5.5.6.1. Απξςελέρμαςα ποξρξμξίχρηπ...112 5.5.6.2 Παοαςηοήρειπ ποξρξμξίχρηπ...116 Βιβλιξγοατία...118 Καςάλξγξπ ρυημάςχμ ρήκα 1.1 : Ηιεθηξηθή ελέξγεηα πνπ πξνέξρεηαη από Α.Π.Δ. γηα δηάθνξεο Δπξσπατθέο ρώξεο...17 ρήκα 1.2 : Αλεκόκπινο 13 νπ αηώλα...19 ρήκα 1.3 : Αλεκνγελλήηξηα κε 3 πηεξύγηα ( J. Juul, 1950 )...21 ρήκα 1.4 : Η αλεκνγελλήηξηα ηνπ γεξκαλνύ Hutter...22 ρήκα 1.5 : Η αλεκνγελλήηξηα Mod-1.πλεξγαζία Nasa/G.E...26 ρήκα 1.6 : Η αλεκνγελλήηξηα Mod-2 ηεο Nasa...26 ρήκα 1.7 : Η αλεκνγελλήηξηα WTS-4, απνηέιεζκα ζπλεξγαζίαο Nasa/DOI/United Technologies...27 11
ρήκα 1.8 : Παγθόζκηα Δγθαηεζηεκέλε Ιζρύ...28 ρήκα 1.9 : Πνζνζηό ζπκκεηνρήο Α.Π.Δ. θαη ζπκβαηηθώλ ηερλνινγηώλ ζηελ ειεθηξνπαξαγσγή ην 2020...30 ρήκα 1.10 : Πνζνζηό ζπκκεηνρήο αλά ηερλνινγία Α.Π.Δ ζηελ ειεθηξνπαξαγσγή ην 2020...31 ρήκα 2.1 : ρεκαηηζκόο ησλ αλέκσλ...33 ρήκα 2.2 : Ρνή αλέκνπ κέζσ κηαο αλεκνγελλήηξηαο...35 ρήκα 2.3 : Απνξξνθoύκελε αηνιηθή ελέξγεηα θαη κεηαηξνπή ζε ειεθηξηθή...36 ρήκα 2.4 : Γηάγξακκα ηεο ηαρύηεηαο ηνπ αλέκνπ κε ηνλ ζπληειεζηή ηζρύνο C p...37 ρήκα 2.5 : Γηάγξακκα ηνπ ιόγνπ ηαρύηεηαο αθξνπηεξπγίνπ ι κε ηνλ ζπληειεζηή ηζρύνο C p...38 ρήκα 2.6 : Γηάγξακκα ηνπ ιόγνπ ηαρύηεηαο αθξνπηεξπγίνπ ι κε ην ζπληειεζηή ηζρύνο C p γηα δηάθνξεο ηηκέο ηνπ β...39 ρήκα 3.1 : Λεηηνπξγία αλεκνγελλήηξηαο...41 ρήκα 3.2 : Σα βαζηθά δνκηθά ζηνηρεία κηαο Α/Γ...42 ρήκα 3.3 : Αλεκόκεηξν...43 ρήκα 3.4 : Αλεκνδείθηεο...43 ρήκα 3.5 : Πηεξύγην...44 ρήκα 3.6 : Φξέλν...45 ρήκα 3.7 : Κηβώηην ηαρπηήησλ...46 ρήκα 3.8 : Κνπβνύθιην αλεκνγελλήηξηαο...47 ρήκα 3.9 : ηξνθή πηεξπγίσλ...48 ρήκα 3.10 : Αλεκνγελλήηξηεο κε ραιύβδηλνπο θαη δηθηπσηνύο ππιώλεο αληίζηνηρα...49 ρήκα 3.11 : Μεραληζκόο πεξηζηξνθήο...51 ρήκα 3.12 : Δμάξηεζε ηεο απνδηδόκελεο ηζρύνο από ηελ δηάκεηξν ηνπ ξόηνξα...52 ρήκα 3.13 : Αλεκνγελλήηξηα νξηδνληίνπ θαη θαηαθόξπθνπ άμνλα...53 ρήκα 3.14 : Αλεκνγελλήηξηα θάζεηνπ άμνλα...54 ρήκα 3.15 : Κάηνςε αλεκνγελλήηξηαο θάζεηνπ άμνλα ηύπνπ «savonius»...55 ρήκα 3.16 : Αλεκνγελλήηξηα θαηαθόξπθνπ άμνλα ηύπνπ «Darieus»...55 ρήκα 3.17 : Πνιύπηεξε αλεκνγελλήηξηα...58 ρήκα 3.18 : Ιζνδύλακν θύθισκα αλεκνγελλήηξηαο ηύπνπ Α...61 ρήκα 3.19 : Ιζνδύλακν θύθισκα αλεκνγελλήηξηαο ηύπνπ Β...62 ρήκα 3.20 : Ιζνδύλακν θύθισκα αλεκνγελλήηξηαο ηύπνπ C...62 ρήκα 3.21 : Ιζνδύλακν θύθισκα αλεκνγελλήηξηαο ηύπνπ D...63 ρήκα 4.1 : Ά ηξόπνο ζύλδεζεο αηνιηθνύ ζηαζκνύ κε ην.η.δ...65 ρήκα 4.2 : Β ηξόπνο ζύλδεζεο αηνιηθνύ ζηαζκνύ ζην.η.δ...65 ρήκα 4.3 : Πεξηνρή ιεηηνπξγίαο γηα ζπρλόηεηα θαη ηάζε θαη απαηηνύκελεο ρξνληθέο αλνρέο...67 12
ρήκα 4.4 : Διάρηζηε ππνρξεσηηθή πεξηνρή ιεηηνπξγίαο αηνιηθνύ ζηαζκνύ, γηα ηάζε θαη ζπληειεζηή ηζρύνο...68 ρήκα 4.5 : Διάρηζηε ππνρξεσηηθή πεξηνρή ιεηηνπξγίαο αηνιηθνύ ζηαζκνύ γηα ελεξγό θαη άεξγν ηζρύ...69 ρήκα 4.6 : Υαξαθηεξηζηηθή ηάζεο - άεξγνπ ηζρύνο...71 ρήκα 4.7 : Κακπύιε ηάζεο γηα αδηάιεηπηε ιεηηνπξγία αλεκνγελλήηξηαο...74 ρήκα 4.8: Κακπύιε ζπρλόηεηαο - ελεξγνύ ηζρύνο...77 ρήκα 4.9 : Πξνζηαζία πζηήκαηνο...80 ρήκα 4.10 : Έιεγρνο Σεξκαηηζκνύ...81 ρήκα 4.11 : Έιεγρνο Ιζνξξνπίαο...82 ρήκα 4.12 : Πεξηνξηζηήο θιίζεο ηζρύνο...83 ρήκα 4.13 : Απόιπην όξην παξαγσγήο...83 ρήκα 4.14 : Έιεγρνο δ...84 ρήκα 5.1 : Πνιππιέθηεο...87 ρήκα 5.2 : πλάξηεζε...87 ρήκα 5.3 : Αζξνηζηήο...88 ρήκα 5.4 : Πνιιαπιαζηαζηήο...89 ρήκα 5.5 : Κέξδνο...90 ρήκα 5.6 : Παξάγσγνο...91 ρήκα 5.7 : Οινθιεξσηήο...91 ρήκα 5.8 : Goto θαη From...91 ρήκα 5.9 : Υξνληζηήο...92 ρήκα 5.10 : Scope...93 ρήκα 5.11 : Μεραληθό θνκκάηη γελλήηξηαο θαη δεκηνπξγίαο αλέκσλ...99 ρήκα 5.12 : Τινπνίεζε θπκαηνκνξθήο ηαρύηεηαο αλέκνπ...99 ρήκα 5.13 : Τπνινγηζκόο γσληαθήο ηαρύηεηαο πεξηζηξνθήο ( σ rot )...100 ρήκα 5.14 : Τπνινγηζκόο ζπληειεζηή ηζρύνο C p...100 ρήκα 5.15 : Τπνινγηζκόο κεραληθήο ηζρύο ( P m )θαη ξνπήο ζην δξνκέα ηεο αλεκνγελλήηξηαο ( T m )...101 ρήκα 5.16 : Τπνινγηζκόο ειεθηξηθώλ ξνώλ αλαιπκέλεο ζηνπο άμνλεο d-q...102 ρήκα 5.17 : Τπνινγηζκόο σ r....103 ρήκα 5.18 : Τπνινγηζκόο I ds, I qs, I dr, I qr...103 ρήκα 5.19 : Τπόινηπεο είζνδνη ηνπ πνιππιέθηε...104 ρήκα 5.20 :Τπνινγηζκόο ηζρύσλ P s, Q s, P r, Q r, P total...104 ρήκα 5.21 : Τπνινγηζκόο ηεο ηάζεο V qr ηνπ δξνκέα...105 ρήκα 5.22 : Τπνινγηζκόο ηεο P s ref...106 ρήκα 5.23 : Τινπνίεζε ηνπ P-I controller...107 13
ρήκα 5.24 : Τπνινγηζκόο ηεο ηάζεο V qr ηνπ δξνκέα...108 ρήκα 5.25 : Τινπνίεζε Droop controller...109 ρήκα 5.26 : Γεκηνπξγία δηαηαξαρήο ζηελ ηάζε δηθηύνπ καθξηά από ηελ αλεκνγελλήηξηα...110 ρήκα 5.27 : Σαρύηεηα αλέκνπ...112 ρήκα 5.28 : Απόθξηζε γσληαθήο ηαρύηεηαο δξνκέα...113 ρήκα 5.29 : Απόθξηζε ζπλνιηθά παξαγόκελεο ηζρύο ζηελ DFIG θαη ε ηηκή αλαθνξάο ηεο...113 ρήκα 5.30 : Απόθξηζε ελεξγνύ ηζρύνο ηνπ ζηάηε θαη ε ηηκή αλαθνξάο ηεο...114 ρήκα 5.31 : Απόθξηζε ζπλνιηθήο άεξγνπ ηζρύνο ζηελ DFIG θαη ε ηηκή αλαθνξάο ηεο...114 ρήκα 5.32 : Απνθξίζεηο ηεο ηάζεο δηθηύνπ θαη ηεο ηάζεο ηνπ ζηάηε ηεο DFIG...115 ρήκα 5.33 : Οιίζζεζε...115 Καςάλξγξπ πιμάκχμ Πίλαθαο 1.1 : Ιζηνξηθέο αλεκνγελλήηξηεο...22 Πίλαθαο 1.2 : Αλάπηπμε ηνπ κεγέζνπο ησλ αλεκνγελλεηξηώλ από ην 1985 κέρξη ην 2010...24 Πίλαθαο 1.3 : Απνδόζεηο δνθηκαζηηθώλ κνληέισλ αλεκνγελλεηξηώλ κεγάινπ κεγέζνπο...25 Πίλαθαο 1.4 : Παγθόζκηα εγθαηεζηεκέλε αηνιηθή ελέξγεηα ελ ιεηηνπξγία...28 Πίλαθαο 1.5 : Δγθαηεζηεκέλε αηνιηθή ελέξγεηα ελ ιεηηνπξγία ζηελ Δπξώπε...29 Πίλαθαο 3.1 : πλδπαζκνί αλεκνγελλεηξηώλ - ειέγρσλ...60 Πίλαθαο 4.1 : πρλόηεηα - ελεξγόο ηζρύο...77 Πίλαθαο 5.1 : Παξάκεηξνη ηνπ ζπζηήκαηνο πξνζνκνίσζεο...94 14
Κετάλαιξ 1 Ιρςξοική αμαδοξμή αιξλικήπ εμέογειαπ 15
1.1 Αμαμεώριμεπ Πηγέπ Δμέογειαπ ( Α.Π.Δ. ) Δίμαι γεγξμόπ όςι ρςιπ μέοεπ μαπ σπάουει μεγάλη αμάγκη για καςαμάλχρη όλξ και πεοιρρόςεοηπ εμέογειαπ, και ασςό γιαςί πξλύ απλά η εμέογεια είμαι η κιμηςήοιξπ δύμαμη ςηπ καθημεοιμήπ ζχήπ ςξσ αμθοώπξσ. Έςρι, αμαπότεσκςα ξδηγηθήκαμε ρςημ καςαρκεσή εγκαςαρςάρεχμ για άμερη υοήρη μέχμ πηγώμ εμέογειαπ, ξι ξπξίεπ όυι μόμξ θα βξηθήρξσμ ρςημ κάλσφη ςηπ ρσμευόμεμηπ και διαοκώπ ασναμόμεμηπ ζήςηρηπ για εμέογεια, αλλά επιπλέξμ θα είμαι και τιλικέπ ποξπ ςξ πεοιβάλλξμ. Πιξ ρσγκεκοιμέμα, ςα ςελεσςαία υοόμια σπάουει έμςξμξ εοεσμηςικό, αμαπςσνιακό καθώπ και εμπξοικό εμδιατέοξμ για ςιπ αμαμεώριμεπ πηγέπ εμέογειαπ ( Α.Π.Δ. ) και ειδικόςεοα για ςημ δημιξσογία ρσρςημάςχμ μέρχ ςχμ ξπξίχμ ασςέπ μπξοξύμ μα ανιξπξιηθξύμ. Ο όοξπ αμαμεώριμεπ, υοηριμξπξιείςαι διόςι ςοξτξδξςξύμςαι ρσμευώπ με εμέογεια από ςξμ ήλιξ με ςέςξιξσπ οσθμξύπ ώρςε μα θεχοξύμςαι αμενάμςληςεπ και ικαμέπ μα σπξκαςαρςήρξσμ πξλλέπ από ςιπ ρσμβαςικέπ πηγέπ εμέογειαπ. Σςιπ μη ρσμβαςικέπ πηγέπ εμέογειαπ αμήκξσμ η αιξλική εμέογεια, η ηλιακή, η σδοξηλεκςοική, η γεχθεομική, η εμέογεια ςχμ χκεαμώμ και η εμέογεια από βιξμάζα. Οι Α.Π.Δ. μπξοξύμ μα υοηριμξπξιηθξύμ είςε άμερα, είςε μεςαςοεπόμεμεπ ρε άλλεπ μξοτέπ εμέογειαπ. Υπξλξγίζεςαι όςι ςξ εκμεςαλλεύριμξ εμεογειακό δσμαμικό από ςιπ αμαμεώριμεπ πηγέπ εμέογειαπ είμαι πξλλαπλάριξ ςηπ παγκόρμιαπ ρσμξλικήπ καςαμάλχρηπ εμέογειαπ. Τξ έμςξμξ εμδιατέοξμ για ςιπ Α.Π.Δ. ποξήλθε ρςιπ αουέπ ςιπ δεκαεςίαπ ςξσ 1970, χπ απξςέλερμα κσοίχπ ςηπ κοίρηπ ρςημ πεςοελαψκή αγξοά, αλλά και ςηπ οαγδαίαπ αμάπςσνηπ ςηπ ςευμξλξγίαπ και ςηπ βιξμηυαμίαπ, η ξπξία και απαιςξύρε μέεπ μξοτέπ εμέογειαπ πιξ τιλικέπ ποξπ ςξ πεοιβάλλξμ. Αουικώπ νεκίμηραμ ραμ πειοαμαςικέπ εταομξγέπ, και μάλιρςα με ιδιαίςεοα σφηλό κόρςξπ, ρήμεοα όμχπ λαμβάμξμςαι ρξβαοά σπόφη ρςξσπ επίρημξσπ ρυεδιαρμξύπ ςχμ αμεπςσγμέμχμ κοαςώμ για ςημ εμέογεια. Ωπ απξςέλερμα ςηπ πιξ γεμικεσμέμηπ υοήρηπ ςξσπ, είμαι ςξ κόρςξπ ςχμ εταομξγώμ ήπιχμ μξοτώμ εμέογειαπ μα πέτςει ρσμευώπ ςα ςελεσςαία είκξρι υοόμια. Δμδεικςικά, ανίζει μα ρημειχθεί όςι η ρσμειρτξοά ςχμ Α.Π.Δ. ρςημ εμεογειακή κάλσφη ρςιπ μέοεπ μαπ είμαι ςόρξ ρημαμςική, ώρςε ςξ 25% ςηπ απαιςξύμεμηπ εμέογειαπ ρςημ Δσοχπαψκή Έμχρη μα ποξέουεςαι από ασςέπ. 16
ρήκα 1.1 : Ηιεθηξηθή ελέξγεηα πνπ πξνέξρεηαη από Α.Π.Δ. γηα δηάθνξεο Δπξσπατθέο ρώξεο ( Πηγή : http://www.eea.europa.eu ) Σςξμ ρυήμα 1.1 παοαςηοξύμε ςξ πξρξρςό εμέογειαπ πξσ ποξέουεςαι από Α.Π.Δ. ςξ έςξπ 2010 και ςξ ρςόυξ για ςξ έςξπ 2020 για ςιπ υώοεπ ςηπ Δ.Δ.. 1.2 Αιξλική εμέογεια Ιρςξοική αμαδοξμή Ζ αιξλική εμέογεια είμαι μια από ςιπ παλαιόςεοεπ μξοτέπ τσρικήπ εμέογειαπ, ανιξπξιήθηκε από πξλύ μχοίπ για ςημ παοαγχγή μηυαμικξύ έογξσ και έπαινε ρημαμςικό οόλξ ρςημ ενέλινη ςηπ αμθοχπόςηςαπ. Ο άμθοχπξπ υοηριμξπξίηρε ςημ αιξλική εμέογεια ρςα ιρςιξτόοα πλξία, γεγξμόπ πξσ ρσμέβαλλε απξταριρςικά ρςημ αμάπςσνη ςηπ μασςιλίαπ. Λια άλλη εταομξγή ςηπ αιξλικήπ εμέογειαπ είμαι ξι αμεμόμσλξι, ξι ξπξίξι μαζί με ςξσπ μεοόμσλξσπ 17
ρσγκαςαλέγξμςαι ρςξσπ αουικξύπ κιμηςήοεπ πξσ αμςικαςέρςηραμ ςξσπ μσπ ςχμ ζώχμ χπ πηγέπ εμέογειαπ. Διαδόθηκαμ εσοέχπ για 650 υοόμια, από ςξμ 12 ξ μέυοι και ςιπ αουέπ ςξσ 19 ξσ αιώμα, όπξσ άουιρε ρςαδιακά μα πεοιξοίζεςαι η υοήρη ςξσπ λόγχ κσοίχπ ςηπ αςμξμηυαμήπ. Ζ ξοιρςική ςξσπ εκςόπιρη άουιρε μεςά ςξμ Α παγκόρμιξ πόλεμξ, παοάλληλα με ςημ αμάπςσνη ςξσ κιμηςήοα ερχςεοικήπ καύρηπ και ςη διάδξρη ςξσ ηλεκςοιρμξύ. Ιαςά ςη δεκαεςία ςξσ 1970, ςξ εμδιατέοξμ για ςημ εκ μέξσ εκμεςάλλεσρη ςηπ αιξλικήπ εμέογειαπ με αμεμξγεμμήςοιεπ και αμεμόμσλξσπ αμαμεώθηκε λόγχ ςηπ εμεογειακήπ κοίρηπ και ςχμ ποξβλημάςχμ πξσ δημιξσογεί η ούπαμρη ςξσ πεοιβάλλξμςξπ. Θρςξοικά αματέοεςαι όςι ρςη Λέρη Αμαςξλή, ξι αμεμξγεμμήςοιεπ είμαι ρσμέυεια ςχμ αμεμόμσλχμ. Ο αμεμόμσλξπ είμαι μια διάςανη πξσ υοηριμξπξιεί χπ κιμηςήοια δύμαμη ςημ κιμηςική εμέογεια ςξσ αμέμξσ ( αιξλική εμέογεια ). Φαίμεςαι όςι ξι αουαίξι λαξί ςηπ Αμαςξλήπ υοηριμξπξιξύραμ αμεμόμσλξσπ «ξοιζξμςίξσ ςύπξσ», δηλαδή με τςεοά ςξπξθεςημέμα ακςιμικά ρε έμαμ καςακόοστξ άνξμα. Ο άνξμαπ ασςόπ ρςηοιζόςαμ ρε έμα μόμιμξ κςίρμα με αμξίγμαςα ρε αμςιδιαμεςοικά ρημεία για ςημ είρξδξ και ςημ ένξδξ ςξσ αέοα. 18
ρήκα 1.2 : Αλεκόκπινο 13 νπ αηώλα ( Πηγή : http://el.wikipedia.org/wiki/%ce%91%ce%bd%ce%b5%ce%bc%cf%8c%ce%bc%cf%85%ce %BB%CE%BF%CF%82 ) Τξ 13 ξ αιώμα ξι αμεμόμσλξι ασςξύ ςξσ ςύπξσ ήςαμ γμχρςξί ρςη Βόοεια Ιίμα, όπξσ μέυοι και ςξ 16 ξ αιώμα ςξσπ υοηριμξπξιξύραμ για ςημ ενάςμιρη ςξσ θαλαρριμξύ μεοξύ ρςημ παοαγχγή αλαςιξύ. Τξμ ςύπξ ασςξύ ςξσ μύλξσ υοηριμξπξιξύραμ επίρηπ ρςημ Ιοιμαία, ρςιπ πεοιρρόςεοεπ υώοεπ ςηπ Δσςικήπ Δσοώπηπ και ρςιπ Ζ.Π.Α. 1.2.1 Αμεμόμσλξι για παοαγχγή μηυαμικήπ εμέογειαπ Από ςημ Πεορία και ςη Λέρη Αμαςξλή, ξι αμεμόμσλξι ξοιζξμςίξσ άνξμα εναπλώθηκαμ ρςιπ Λερξγειακέπ υώοεπ και ρςημ Ιεμςοική Δσοώπη. Ο ποώςξπ αμεμόμσλξπ ξοιζξμςίξσ άνξμα εμταμίρςηκε ρςημ Αγγλία πεοίπξσ ςξ 1150, ρςη Γαλλία ςξ 1180, ρςη Φλαμαμδία ςξ 1190, ρςη Γεομαμία ςξ 1222 και ρςη Δαμία ςξ 1259. Ασςή η μεγάλη 19
αμάπςσνη ξτείλεςαι κσοίχπ ρςιπ Σςασοξτόοξσπ, πξσ πήοαμ ςημ γμώρη ρυεςικά με ςξσπ αμεμόμσλξσπ από ςημ Πεορία ρε διάτξοα μέοη ςηπ Δσοώπηπ. Σςημ Δσοώπη, ξι επιδόρειπ ςχμ αμεμόμσλχμ βελςιώθηκαμ ρημαμςικά αμάμερα ρςξμ 19ξ και 20 αιώμα. Σςξ ςέλξπ ςξσ 19ξσ αιώμα, ξ ςσπικόπ Δσοχπαψκόπ αμεμόμσλξπ υοηριμξπξιξύρε έμα οόςξοα με διάμεςοξ 25 μέςοα και ξι πσλώμεπ έτςαραμ ςα 30 μέςοα. Οι αμεμόμσλξι δεμ υοηριμξπξιήθηκαμ μόμξ για μα αλέθξσμ ςα ριςηοά, αλλά επίρηπ και για αμςλξύμ μεοά με ρκξπό ςημ απξνήοαμρη λιμμώμ και βάλςχμ. Ιξμςά ρςξ 1800, πεοίπξσ 20.000 μέξι εσοχπαψκξί αμεμόμσλξι λειςξσογξύραμ μόμξ ρςη Γαλλία και ρςημ Ολλαμδία ςξ 90 ςξιπ εκαςό( 90 % ) ςηπ εμέογειαπ πξσ υοηριμξπξιξύςαμ ρςη βιξμηυαμία ποξεουόςαμ από ςημ αιξλική εμέογεια. Όπχπ αματέοθηκε και ποιμ, καςά ςημ βιξμηυαμική πεοίξδξ ξι αμεμόμσλξι γμώοιραμ ρημαμςική πςώρη αλλά, ςξ 1904 η αιξλική εμέογεια παοείυε ςξ 11 ςξιπ εκαςό ( 11% ) ςηπ εμέογειαπ πξσ υοειάζξμςαμ ξι βιξμηυαμίεπ ρςημ Ολλαμδία και η Γεομαμία είυε πάμχ από 18.000 εγκαςερςημέμεπ μξμάδεπ. Όςαμ ξι εσοχπαψκξί αμεμόμσλξι άουιραμ ριγά ριγά μα εναταμίζξμςαι, αμεμόμσλξι έκαμα ςημ εμτάμιρή ςξσπ ρςημ Βόοεια Αμεοική εν αιςίαπ ςχμ απξίκχμ. Λικοξί αμεμόμσλξι πξσ υοηριμξπξιξύμςαμ για ςημ άμςληρη μεοξύ ρςημ κςημξςοξτία έγιμαμ πξλύ διάρημξι. Ασςξί ξι αμεμόμσλξι, γμχρςξί και χπ Αμεοικάμικξι αμεμόμσλξι, λειςξσογξύραμ πλήοχπ ασςξοσθμιζόμεμξι, κάςι πξσ ρημαίμει όςι δεμ υοειαζόςαμ κάπξιξπ μα ςξσπ επιβλέπει καςά ςημ διάοκεια ςηπ λειςξσογίαπ ςξσπ. Ο μηυαμιρμόπ ασςξοούθμιρηπ έρςοετε ςξμ οόςξοα ποξπ ςξμ άμεμξ καςά ςημ διάοκεια δσμαςώμ αμέμχμ. Οι αμεμόμσλξι εσοχπαψκξύ ρςσλ ρσμήθχπ έβγαιμαμ εκςόπ λειςξσογίαπ η έποεπε μα μαζεσςξύμ ςα παμιά ρςα πςεούγια ςξσπ ποξκειμέμξσ μα απξτεσυθεί ζημιά ρςξμ αμεμόμσλξ. Λεςανύ ςξσ 1920 και ςξσ 1930, ρςιπ Ζ.Π.Α ξι εγκαςερςημέμεπ μξμάδεπ έτςαραμ ςξμ αοιθμό οεκόο ςχμ 600.000.Διάτξοξι ςύπξι αμεοικάμικώμ αμεμόμσλχμ υοηριμξπξιξύμςαι ακόμη για γεχογικξύπ ρκξπξύπ ρε ξλόκληοξ ςξμ κόρμξ. 1.2.2 Αμεμόμσλξι για παοαγχγή ηλεκςοικήπ εμέογειαπ Τξ 1891, ξ Δαμόπ Poul la Cour ήςαμ ξ ποώςξπ πξσ καςαρκεύαρε μία αμεμξγεμμήςοια πξσ παοήγαγε ηλεκςοιρμό. Οι Δαμξί μηυαμικξί βελςίχραμ ασςή ςημ ςευμξλξγία καςά ςημ διάοκεια ςξσ ποώςξσ και ςξσ δεύςεοξσ παγκόρμιξσ πξλέμξσ και υοηριμξπξίηραμ ασςή ςημ ςευμξλξγία για μα νεπεοάρξσμ ςημ έλλειφη εμέογειαπ. Οι αμεμξγεμμήςοιεπ πξσ καςαρκεσάρςηκαμ από ςημ Δαμέζικη εςαιοεία F.L.Smidth ςξ 1941-42 μπξοξύμ μα 20
θεχοηθξύμ χπ ξι ποόγξμξι ςχμ ρύγυοξμχμ αμεμξγεμμηςοιώμ. H Smidth ήςαμ ξ ποώςξπ καςαρκεσαρςήπ πξσ υοηριμξπξίηρε ρύγυοξμεπ αεοξςξμέπ, βαριζόμεμεπ ρςιπ ποξυχοημέμεπ γμώρειπ αεοξδσμαμικήπ ςηπ επξυήπ. Τασςόυοξμα, ξ Αμεοικάμξπ Palmer Putnam καςαρκεύαρε μία ςεοάρςια αμεμξγεμμήςοια για ςημ αμεοικαμική εςαιοεία Morgan Smith Co., με διάμεςοξ 53 μέςοα. Δκςόπ από ςξ μέγεθξπ ςηπ μηυαμήπ πξσ ήςαμ ρημαμςικά διατξοεςικό,διατξοεςική ήςαμ και η τιλξρξτία ρυεδιαρμξύ. Ζ Δαμέζικη τιλξρξτία ήςαμ η δημιξσογία μίαπ ποξρήμεμηπ γεμμήςοιαπ με ούθμιρη αμαρςξλήπ λειςξσογίαπ( stall regulation ), πξσ θα λειςξσογξύρε ρε υαμηλή ςαυύςηςα. Ο ρυεδιαρμόπ ςξσ Putnam βαρίρςηκε ρε μία καςάμςη γεμμήςοια με ούθμιρη κλίρεχπ πςεοσγίχμ ( pitch regulation ). Ζ γεμμήςοια ςξσ Putnam, όμχπ, δεμ γμώοιρε μεγάλη επιςσυία. Απξρσμαομξλξγήθηκε ςξ 1945. Λεςά ςξμ δεύςεοξ παγκόρμιξ πόλεμξ, ξ Johannes Juul ρςη Δαμία αμέπςσνε πεοαιςέοχ ςημ Δαμέζικη τιλξρξτία ρυεδιαρμξύ. Ζ γεμμήςοιά ςξσ είυε ςοία πςεούγια αλληλξρσμδεδεμέμα μεςανύ ςξσπ και με έμαμ ποόβξλξ ρςξ μποξρςιμό μέοξπ ςξσ άνξμα πεοιρςοξτήπ. Δγκαςαρςάθηκε ρςξ Gedser ςηπ Δαμίαπ και παοήγαγε πεοίπξσ 2.2 εκαςξμμύοια KWh μεςανύ ςξσ 1956 και ςξσ 1967. ρήκα 1.3 : Αλεκνγελλήηξηα κε 3 πηεξύγηα ( J. Juul, 1950 ) ( Πηγή : http://www.masterresource.org ) 21
Τημ ίδια πεοίξδξ, ξ Γεομαμόπ Hutter αμέπςσνε έμα μέξ μξμςέλξ ςξ ξπξίξ έγιμε γμχρςό για ςημ μεγάλη ςξσ απξδξςικόςηςα. ρήκα 1.4 : Η αλεκνγελλήηξηα ηνπ γεξκαλνύ Hutter ( Πηγή : http://www.heiner-doerner-windenergie.de ) Παοακάςχ σπάουει έμαπ πίμακαπ με ρημαμςικά ιρςξοικέπ αμεμξγεμμήςοιεπ. source: gipe,1995,p.18. Γεννήτρια, Χϊρα Διάμε τροσ Επιφάνεια Κάλυψησ Ιςχφσ Αριθμόσ Ύψοσ Πφργου Χρονολογία Ζναρξησ (m) (m2) (kw) Πτερυγίων (m) Λειτουργίασ Poul la Cour, Dk 23 408 18 4-1891 Smith-Putnam, USA 53 2231 1250 2 34 1941 F.L.Smidth, DK 17 237 50 3 24 1941 F.L.Smidth, DK 24 456 70 3 24 1942 Gedser, Dk 24 452 200 3 25 1957 Hutter, Germany 34 908 100 2 22 1958 Πίλαθαο 1.1 : Ιζηνξηθέο αλεκνγελλήηξηεο 22
Σσγκεκοιμέμα η αιξλική εμέογεια είυε ραμ ρςόυξ μα παοέυει μία ανιόπιρςη και μόμιμη πηγή εμέογειαπ υοηριμξπξιώμςαπ άλλεπ εμεογειακέπ ςευμξλξγίεπ- μέρχ ςξσ ηλεκςοικξύ δικςύξσ- ραμ back up. Οι ποώςεπ αμεμξγεμμήςοιεπ για ςημ παοαγχγή ηλεκςοικήπ εμέογειαπ αμαπςύυθηκαμ ρςιπ αουέπ ςξσ 20ξύ αιώμα. Ζ ςευμξλξγία βελςιώθηκε ρςαδιακά μέυοι ςιπ αουέπ ςηπ δεκαεςίαπ ςξσ 70. Ποξπ ςξ ςέλξπ ςηπ δεκαεςίαπ ςξσ 90, η αιξλική εμέογεια έκαμε ναμά ςημ εμτάμιρή ςηπ χπ μία από ςιπ πιξ ρημαμςικέπ αμαμεώριμεπ πηγέπ εμέογειαπ. Ιαςά ςημ ςελεσςαία δεκαεςία ςξσ πεοαρμέμξσ αιώμα,η δσμαςόςηςα παοαγχγήπ ηλεκςοικήπ εμέογειαπ μέρχ ςηπ υοήρηπ ςηπ αιξλικήπ διπλαριαζόςαμ ρυεδόμ κάθε ςοία υοόμια. Λέυοι ςημ αουή ςηπ μέαπ υιλιεςίαπ, ςξ κόρςξπ παοαγχγήπ ηλεκςοιρμξύ από ςημ αιξλική εμέογεια έυει μειχθεί ρςξ έμα έκςξ ρε ρυέρη με ςιπ αουέπ ςηπ δεκαεςίαπ ςξσ 80. Δέκα υοόμια αογόςεοα, ξι παγκόρμιεπ επεμδύρειπ ρςημ αιξλική εμέογεια έτςαραμ ςξ επίπεδξ οεκόο ςχμ 70,4 διρεκαςξμμσοίχμ εσοώ ( 96 billion $) ςξ 2010, μεςαςοέπξμςαπ ςημ αιξλική εμέογεια ρε κσοίαουη βιξμηυαμία. 1.2.3 Δνέλινη μεγέθξσπ αμεμξγεμμηςοιώμ Οι ςευμξλξγίεπ πξσ ατξοξύραμ ςημ αιξλική εμέογεια επίρηπ ποξυώοηραμ πξλύ γοήγξοα ρε μέεπ διαρςάρειπ. Σςα ςέλη ςξσ 1989, μία αμεμξγεμμήςοια 300 kw με 30 μέςοα διάμεςοξ ρςξ οόςξοα ήςαμ έογξ ςέυμηπ. Λόλιπ 10 υοόμια αογόςεοα, γεμμήςοιεπ 2000 kw με διάμεςοξ οόςξοα 80 μέςοα ήςαμ διαθέριμεπ από διάτξοξσπ καςαρκεσαρςέπ. Οι ποώςεπ αμεμξγεμμήςοιεπ 3 MW με διάμεςοξ οόςξοα 90 μέςοχμ είυαμ εγκαςαρςαθεί ποιμ ςημ αλλαγή ςξσ αιώμα. 3 έχπ 3,6 MW αμεμξγεμμήςοιεπ έγιμαμ εμπξοικά διαθέριμεπ ςξ 2004, και αμεμξγεμμήςοιεπ 5 έχπ 6 MW πεοίπξσ ςξ 2005-2006. Λέυοι ςξ 2011 γεμμήςοιεπ ιρυύξπ 7 MW έυξσμ καςαρκεσαρςεί και λειςξσογξύμ πειοαμαςικά με ρκξπό η παοαγόμεμη ιρυύπ μα τθάρει ςα 8 με 10 MW ρςξ κξμςιμό μέλλξμ. 23
Έςξπ Θρυύπ (kw) Διάμεςοξπ Δοξμέα (m) 1985 50 15 1989 51 16 1992 52 17 1994 53 18 1998 54 19 2003 55 20 2004 56 21 2006 57 22 2010 58 23 Πίλαθαο 1.2 : Αλάπηπμε ηνπ κεγέζνπο ησλ αλεκνγελλεηξηώλ από ην 1985 κέρξη ην 2010 1.2.4 Πειοαμαςικέπ Αμεμξγεμμήςοιεπ Παοά ςημ επιςσυία πξσ γμώοιραμ ξι αμεμξγεμμήςοιεπ ςχμ Juul και Hutter, ςξ εμδιατέοξμ για μεγάληπ κλίμακαπ παοαγχγήπ εμέογειαπ μέρχ αμεμξγεμμηςοιώμ μειώθηκε μεςά ςξ δεύςεοξ παγκόρμιξ πόλεμξ. Λόμξ ξι μικοήπ κλίμακαπ αμεμξγεμμήςοιεπ για Σ.Ζ.Δ. απξμακοσρμέμχμ πεοιξυώμ ή για τόοςιρη μπαςαοιώμ έλαβαμ κάπξιξ εμδιατέοξμ. Όμχπ όλα άλλαναμ άοδημ καςά ςημ δεκαεςία ςξσ 70 και ςημ πεςοελαψκή κοίρη ξπόςε και ςξ εμδιατέοξμ για ςιπ αμεμξγεμμήςοιεπ επαμήλθε ρςξ ποξρκήμιξ. Οικξμξμική σπξρςήοινη για έοεσμα και αμάπςσνη ςηπ αιξλικήπ εμέογειαπ έγιμε διαθέριμη. Ασςό είυε ραμ απξςέλερμα ςημ δεκαεςία ςξσ 80 μα έυξσμ αουίρει μα δημιξσογξύμςαι ςα ποώςα αιξλικά πάοκα, δηλαδή ρσγκοξςήμαςα πξλλώμ αμεμξγεμμηςοιώμ εγκαςερςημέμχμ ρε μία ςξπξθερία. Παοάλληλα με ςημ αμαπςσρρόμεμη αγξοά αμεμξγεμμηςοιώμ, αμαπςύυθηκε και η ςευμξλξγία. Έςρι, εμώ ρςξ ςέλξπ ςξσ 20ξύ αιώμα, και 20 υοόμια μεςά ςημ απξςσυημέμη παγκξρμίχπ δξκιμή αμεμξγεμμηςοιώμ πξσ παοήγαγαμ ΛW, έυξσμε τςάρει ρςξ ρημείξ ςξ 2010, ξι γεμμήςοιεπ μα παοάγξσμ 2 έχπ 3,6 MW ρε onshore και 5 έχπ 6 MW ρε offshore εταομξγέπ. Ακξλξσθεί πίμακαπ με ςιπ επιδόρειπ ςχμ ποώςχμ πειοαμαςικώμ μεγάληπ κλίμακαπ αμεμξγεμμηςοιώμ. 24
Γεννήτρια, Χϊρα Διάμετροσ Επιφάνεια Κάλυψησ Ιςχφσ Ώρεσ Παραγόμενα Περίοδοσ (m) (m2) (Mw) Λειτουργίασ GWh Mod-1, USA 60 2827 2 - - 79-83 Growian, D 100 7854 3 420-81-87 Smith-Putnam, USA 53 2236 1,25 695 0,2 41-45 WTS-4, USA 78 4778 4 7200 16 82-94 Nibe A, DK 40 1257 0,63 8414 2 79-93 WEG LS-1, GB 60 2827 3 8441 6 87-92 Mod-2, USA 91 6504 2,5 8658 15 82-88 Nasudden I,S 75 4418 2 11400 13 83-88 Mod-OA, USA 38 1141 0,2 13045 1 77-82 Tjaereborg, DK 61 2922 2 14175 10 88-93 Ecole, CD 64 4000 3,6 19000 12 Mod-5B, USA 98 7466 3,2 20561 27 87-93 Maglarp WTS-3, S 78 4778 3 26159 34 87-92 Nibe B, DK 40 1257 0,63 29400 8 82-92 Tvind, DK 54 2290 2 50000 14 80-93 Πίλαθαο 1.3 : Απνδόζεηο δνθηκαζηηθώλ κνληέισλ αλεκνγελλεηξηώλ κεγάινπ κεγέζνπο 25
ρήκα 1.5 : Η αλεκνγελλήηξηα Mod-1.πλεξγαζία Nasa/G.E ( Πηγή : http://en.wikipedia.org/wiki/nasa_wind_turbines ) Ζ ρσγκεκοιμέμη αμεμξγεμμήςοια εγκαςαρςάθηκε ρςξ Boone ςηπ Βόοειαπ Ιαοξλίμαπ και ήςαμ η δεύςεοη αμεμξγεμμήςοια παγκξρμίχπ πξσ μπξοξύρε μα παοάγει παοαπάμχ ςξσ εμόπ MW καθώπ και η ποώςη αμεμξγεμμήςοια πξσ καςαρκεσάρςηκε από ςημ General Electrics ( G.E. ). ρήκα 1.6 : Η αλεκνγελλήηξηα Mod-2 ηεο Nasa ( Πηγή : http://en.wikipedia.org/wiki/nasa_wind_turbines ) 26
ρήκα 1.7 : Η αλεκνγελλήηξηα WTS-4, απνηέιεζκα ζπλεξγαζίαο Nasa/DOI/United Technologies ( Πηγή : http://commons.wikimedia.org/wiki/file:wts4_wind_turbine.jpg ) Ζ ρσγκεκοιμέμη αμεμξγεμμήςοια εγκαςαρςάθηκε ςξ 1982 ρςξ Medicine Bow Wyoming, είμαι η ιρυσοόςεοη αμεμξγεμμήςοια πξσ έυει λειςξσογήρει ρςιπ Ζ.Π.Α. θαη θξαηνύζε ην παγθόζκην ξεθόξ ηζρύνο εμόδνπ γηα πάλσ από 20 ρξόληα!! 1.3 Τωοιμή επξυή 1.3.1 : Παγκόρμια εγκαςερςημέμη αιξλική ιρυύπ Ζ αιξλική εμέογεια είμαι η ςαυύςεοα αμαπςσρρόμεμη εμεογειακή ςευμξλξγία από ςη δεκαεςία ςξσ 1990, όρξμ ατξοά ςξ πξρξρςό ςηπ εςήριαπ αύνηρηπ εγκαςερςημέμηπ ιρυύξπ αμά εμεογειακή ςευμξλξγία. Ζ αμάπςσνη ςηπ αιξλικήπ εμέογειαπ δεμ είμαι όμχπ όμξια καςαμεμημέμη αμά ςξμ κόρμξ. Σςξ ςέλξπ ςξσ 2010, πεοίπξσ ςξ 44% ςηπ παγκόρμιαπ εγκαςερςημέμηπ αιξλικήπ ιρυύξπ βοίρκεςαι ρςημ Δσοώπη, ςξ 32% ρςημ 27
Αρία και ςξ 22% ρςη Βόοεια Αμεοική. Σςξμ παοακάςχ πίμακα ταίμεςαι ςξ πξρξρςό εγκαςερςημέμηπ αιξλικήπ εμέογειαπ αμά ήπειοξ. Παγκόςμια εγκατεςτημζνη αιολική ενζργεια εν λειτουργία Εγκατεςτημζνη Ιςχφ (MW) Περιοχή Σζλη 1995 Σζλη 2000 Σζλη 2002 Σζλη 2004 Σζλη 2006 Σζλη 2008 Σζλη 2010 Ευρϊπη 2518 12972 21319 34401 48545 65564 86272 Βόρεια Αμερική 1676 2695 4708 7184 13062 27542 44189 Νότια και Κεντρική Αμερική 11 103 137 208 508 629 2010 Αςία 626 1795 2606 5234 11667 26012 63485 Μζςη Ανατολή και Αφρική 13 141 149 225 433 669 1079 φνολο 4844 17706 29140 47252 74215 120416 197035 Πίλαθαο 1.4 : Παγθόζκηα εγθαηεζηεκέλε αηνιηθή ελέξγεηα ελ ιεηηνπξγία Ακξλξσθεί ςξ διάγοαμμα πξσ ποξκύπςει από ςξμ πίμακα 1.4 και δείυμει ςημ αύνηρη ρςημ ρσμξλική εγκαςερςημέμη ιρυύ από ςα ςέλη ςξσ 1995 έχπ ςα ςέλη ςξσ 2010. 250000 200000 Συνολική Eγκατεστημένη Ισχφ (MW) 197035 150000 100000 50000 0 4844 17706 29140 47252 74215 120416 Σζλη 1995 Σζλη 2000 Σζλη 2002 Σζλη 2004 Σζλη 2006 Σζλη 2008 Σζλη 2010 υνολική Eγκατεςτημζνη Ιςχφ (MW) ρήκα 1.8 : Παγθόζκηα Δγθαηεζηεκέλε Ιζρύ 28
Γίμεςαι εύκξλα αμςιληπςό όςι η αύνηρη είμαι εκθεςικήπ μξοτήπ κάςι πξσ ξτείλεςαι κσοίχπ ρςη οαγδαία ενέλινη ςηπ ςευμξλξγίαπ αλλά και ρςημ μεςαρςοξτή ποξπ ςιπ Α.Π.Δ ςα ςελεσςαία υοόμια. 1.3.2 Δγκαςερςημέμη αιξλική ιρυύπ ρςημ Δσοώπη Εγκατεςτημζνη αιολική ενζργεια εν λειτουργία ςτην Ευρϊπη Εγκατεςτημζνη Ιςχφσ (MW) Χϊρα Σζλη 1995 Σζλη 2000 Σζλη 2005 Σζλη 2010 Γερμανία 1136 6288 18415 27214 Ιςπανία 145 2235 10028 20676 Ιταλία 25 427 1718 5797 Γαλλία 7 66 757 5660 Ην. Βαςίλειο 200 406 1332 5204 Πορτογαλία 13 100 1022 98 Δανία 619 2300 3128 3752 Ολλανδία 236 446 1219 2237 ουηδία 67 231 510 2163 Ιρλανδία 7 118 496 1428 Σουρκία 0 22 20 1329 Ελλάδα 28 189 573 1208 Πολωνία 1 5 83 1107 Αυςτρία 3 77 819 1011 Βζλγιο 0 13 167 911 Ρουμανία 0 1 2 462 Νορβηγία 4 13 267 441 Βουλγαρία 0 0 10 375 Ουγγαρία 0-18 295 Σςεχία 7 12 28 215 Φινλανδία 7 10 82 197 29
Λιθουανία 0 0 6 154 Εςθονία 0-32 149 Άλλη χϊρα 13 13 166 389 φνολο 2518 12972 40898 86272 Πίλαθαο 1.5 : Δγθαηεζηεκέλε αηνιηθή ελέξγεηα ελ ιεηηνπξγία ζηελ Δπξώπε 1.3.3 Ανιξπξίηρη αιξλικήπ εμέογειαπ και μελλξμςικξί ρςόυξι για ςημ Δλλάδα Όπχπ βλέπξσμε και από ςξμ πίμακα 1.5, η Δλλάδα ρςα ςέλη ςξσ 2010 παοάγει μόλιπ 1200 MW μέρχ ςηπ ανιξπξίηρηπ ςηπ αιξλικήπ εμέογειαπ. Ο ρςόυξπ ςηπ Δλλάδαπ για ςξ 2020 είμαι η ρσμμεςξυή καςά 18 % ρςημ ακαθάοιρςη ςελική καςαμάλχρη εμέογειαπ μα ποξέουεςαι από Α.Π.Δ. ρήκα 1.9 : Πνζνζηό ζπκκεηνρήο Α.Π.Δ. θαη ζπκβαηηθώλ ηερλνινγηώλ ζηελ ειεθηξνπαξαγσγή ην 2020 ( Πηγή : http://www.eletaen.gr/ ) Από ασςό ςξ 18 %, ςξ πξρξρςό πξσ θα παοάγεςαι από ςιπ Α.Π.Δ ταίμεςαι ρςξ ρυήμα 1.10 ςξ πξρξρςό ρσμμεςξυήπ κάθε ςευμξλξγίαπ και ρσγκεκοιμέμα για ςημ αιξλική εμέογεια ασςό ςξ πξρξρςό ιρξύςαι με 72.78 %. 30
ρήκα 1.10 : Πνζνζηό ζπκκεηνρήο αλά ηερλνινγία Α.Π.Δ ζηελ ειεθηξνπαξαγσγή ην 2020 ( Πηγή : http://www.eletaen.gr/ ) 31
Κετάλαιξ 2 Ανιξπξίηρηπ Αιξλικήπ Δμέογειαπ από Α/Γ - Φαοακςηοιρςικά Αμέμξσ 32
2.1 Συημαςιρμόπ ςωμ αμέμωμ Ζ αιξλική εμέογεια είμαι η κιμηςική εμέογεια ςξσ κιμξύμεμξσ αέοα. Ζ ακαμόμιρςη θέομαμρη ςηπ επιτάμειαπ ςηπ γηπ από ςξμ ήλιξ ποξκαλεί ςξσπ αμέμξσπ. Ζ θεομόςηςα πξσ απξοοξτάςαι από ςξ έδατξπ ή ςξ μεοό μεςατέοεςαι ρςξμ αέοα, όπξσ ποξκαλεί διατξοέπ ρςη θεομξκοαρία, ςημ πσκμόςηςα και ςημ πίερή ςξσ. Λε ςη ρειοά ςξσπ, ξι διατξοέπ ασςέπ ποξκαλξύμ δσμάμειπ πξσ χθξύμ ςξμ αέοα ξλόγσοα. Σύμτχμα με ςη μηυαμική ςχμ οεσρςώμ, ξ αέοαπ κιμείςαι από ςιπ σφηλήπ πίερηπ ποξπ ςιπ υαμηλήπ πίερηπ πεοιξυέπ ςξσ πλαμήςη. Σε παγκόρμια κλίμακα, η διατξοά θεομξκοαρίαπ μεςανύ ςχμ ςοξπικώμ και ςχμ πόλχμ ποξκαλεί ςξσπ αληγείπ αμέμξσπ, ξι ξπξίξι δοξσμ χπ γιγαμςιαίξπ εμαλλάκςηπ θεομόςηςαπ εμπξδίζξμςαπ ςημ πεοαιςέοχ θέομαμρη ςξσ ιρημεοιμξύ και φύνη ςχμ πόλχμ. Σε πξλύ μικοόςεοη κλίμακα, ξι διατξοέπ θεομξκοαρίαπ μεςανύ ςξσ εδάτξσπ και ςηπ θάλαρραπ και μεςανύ ςχμ βξσμώμ και ςχμ κξιλάδχμ δημιξσογξύμ ρσυμά ιρυσοέπ αύοεπ. Ζ καςεύθσμρη και η ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ επηοεάζξμςαι επίρηπ από άλλξσπ παοάγξμςεπ, όπχπ είμαι η πεοιρςοξτή ςηπ γηπ, ςα ςξπικά ςξπξγοατικά υαοακςηοιρςικά και η ςοαυύςηςα ςξσ εδάτξσπ. ρήκα 2.1 : ρεκαηηζκόο ησλ αλέκσλ ( Πηγή : http://www.geogonline.org.uk/g3a_ki1.2.htm ) 33
2.2 Ιρυύπ ςξσ αμέμξσ Για ςξμ σπξλξγιρμό ςηπ ιρυύξπ ςξσ αμέμξσ, θεχοξύμε μία αέοια μάζα m ρςιγμιαίαπ ςαυύςηςαπ v(t). Ζ κιμηςική εμέογεια ςξσ αμέμξσ είμαι: W K (t) = 0.5 * m * v 2 (t) ( ενίρχρη 2.1 ) Αμ Α είμαι ςξ εμβαδόμ ςηπ επιτάμειαπ ( π * R 2 ) πξσ διαπεομά κάθεςα ξ άμεμξπ και ο η πσκμόςηςα ςηπ αέοιαπ μάζαπ ςόςε η αμά μξμάδα υοόμξσ μάζα ςξσ αέοα είμαι: m(t) = p * A * v(t) ( ενίρχρη 2.2 ) Δπξμέμχπ από ςιπ ρυέρειπ 2.1, 2.2 ρσμεπάγεςαι όςι η ρςιγμιαία ιρυύπ ςξσ αμέμξσ ( εμέογεια ρςη μξμάδα ςξσ υοόμξσ ) θα ποξκύπςει από ςημ ρυέρη P av = 0.5 * p * A * v 3 (t) ( ενίρχρη 2.3 ) Ζ ιρυύπ ςξσ αμέμξσ είμαι αμάλξγη ςηπ πσκμόςηςαπ ςξσ αμέμξσ p, ςηπ επιτάμειαπ Α και ςηπ ςοίςηπ δύμαμηπ ςηπ ςαυύςηςαπ ςξσ αμέμξσ. Ζ πσκμόςηςα ςξσ αμέμξσ εναοςάςαι από ςημ αςμξρταιοική πίερη και ςημ θεομξκοαρία ςξσ αμέμξσ, ξι ξπξίεπ και ξι δύξ εναοςώμςαι από ςξ ύφξπ πάμχ από ςξ επίπεδξ ςηπ θάλαρραπ. Ζ ενίρχρη πξσ μαπ δίμει ςημ πσκμόςηςα ςξσ αμέμξσ είμαι : p( z )= ( P o /( RT ) ) * exp( -gz/( RT ) ) ( ενίρχρη 2.4 ) όπξσ p( z ) = η πσκμόςηςα ςξσ αμέμξσ χπ ρσμάοςηρη ςξσ ύφξσπ ( kg*m -3 ) P 0 = ρςαθεοά αςμξρταιοικήπ πίερηπ ρςξ επίπεδξ ςηπ θάλαρραπ (101325Pa ) R = ρςαθεοά αεοίχμ, για ςξμ αέοα ( 287,05 J*kg -1 *K -1 ) g = ρςαθεοά ςηπ βαούςηςαπ ( 9.81 m*s -2 ) T = η θεομξκοαρία μεςοημέμη ρε Kelvin ( K ) z = σφόμεςοξ πάμχ από ςημ επιτάμεια ςηπ θάλαρραπ ( m ) 34
2.3 Μέγιρςη θεωοηςική ςιμή ςξσ αεοξδσμαμικξύ ρσμςελερςή ιρυύξπ C p Ο αέοαπ πξλύ μακοιά ποιμ από ςημ αμεμξγεμμήςοια έυει κάπξια ρςαςική πίερη και πληριάζει ςημ αμεμξγεμμήςοια με ςαυύςηςα μ 1. Ζ αμεμξγεμμήςοια αταιοεί εμέογεια από ςξμ αέοα και επξμέμχπ πξλύ μακοιά μεςά ςξ δίρκξ ( πςεούγια αμεμξγεμμήςοιαπ ) όπξσ η πίερη ςξσ αέοα θα έυει απξκαςαρςαθεί ρςημ πίερη ςξσ πεοιβάλλξμςξπ ( ρςαςική πίερη ), η ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ μ 2 θα είμαι μικοόςεοη από ςημ μ 1 ( μ 2 <μ 1 ), επξμέμχπ η ιρυύπ ςξσ αμέμξσ μεςαςοέπεςαι ρε μηυαμική-πεοιρςοξτική εμέογεια ρςξ δοξμέα ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ, ςξ ξπξίξ έυει ραμ απξςέλερμα ςημ μείχρη ςηπ ςαυύςηςαπ ςηπ μάζαπ αέοα. ρήκα 2.2 : Ρνή αλέκνπ κέζσ κηαο αλεκνγελλήηξηαο ( Πηγή : http://gneng.blogspot.gr/ ) Ζ ιρυύπ ςξσ αμέμξσ δεμ μπξοεί μα απξοξτηθεί εν ξλξκλήοξσ από ςημ αμεμξγεμμήςοια, καθώπ αμ ρσμέβαιμε ασςό θα αμάγκαζε ςημ μάζα αέοα μα ρςαμαςξύρε εμςελώπ ρςημ παοεμβαλλόμεμη επιτάμεια(αμεμξγεμμήςοια). Τξ θεχοηςικά μέγιρςξ για ανιξπξίηρη ςηπ ςαυύςηςαπ ςξσ αμέμξσ,μειώμξμςαπ ςημ ςαυύςηςά ςξσ αμακαλύτηκε από ςξμ Betz, ςξ 1926, ξμξμάζεςαι όοιξ ςξσ Betz και ιρξδσμαμεί με C p = 0.59. Σςημ ποάνη όμχπ λότχ ςχμ μηυαμικώμ ςοιβώμ, ρςοξβίλχμ και αεοξδσμαμικώμ αςελειώμ, η ςιμή ςξσ C p δεμ νεπεομά ςξ 0.5. Δπξμέμχπ η 35
θεχοηςικά μέγιρςη ιρυύπ πξσ μπξοξύμε μα απξοοξτήρξσμε από ςημ ιρυύ ςξσ αμέμξσ είμαι : P Betz = 2 1 * p * A * V 3 * C p_betz = 2 1 * p * A * V 3 * 0.59 ( ενίρχρη 2.5 ) 2.4 Ενάοςηρη ςξσ C p από ςημ ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ U, ςξ λόγξ ςαυύςηςαπ ακοξπςεοσγίξσ λ και ςη γωμία βήμαςξπ πςεοσγίξσ β ρήκα 2.3 : Απνξξνθoύκελε αηνιηθή ελέξγεηα θαη κεηαηξνπή ζε ειεθηξηθή Ο μόμξπ ςξσ Betz μαπ λέει όςι λιγόςεοξ από ςξ 59% ςηπ κιμηςικήπ εμέογειαπ ςξσ αμέμξσ μπξοξύμ μα μεςαςοαπξύμ ρε μηυαμική εμέογεια μέρχ μιαπ αμεμξγεμμήςοιαπ. Ο ρσμςελερςήπ ιρυύξπ δείυμει πόρξ απξςελερμαςικά μία αμεμξγεμμήςοια μεςαςοέπει ςημ αιξλική εμέογεια ρε ηλεκςοική. 36
2.4.1 σμςελερςήπ ιρυύξπ C p ρσμαοςήρει ςηπ ςαυύςηςαπ αμέμξσ V ρήκα 2.4 : Γηάγξακκα ηεο ηαρύηεηαο ηνπ αλέκνπ κε ηνλ ζπληειεζηή ηζρύνο C p Σςξ ρυήμα 2.4 βλέπξσμε όςι ό ρσμςελερςήπ ιρυύξπ παίομει ςημ μέγιρςη ςιμή ςξσ,πεοίπξσ 44%, ρε μία ςαυύςηςα αμέμξσ κξμςά ρςα 12 m/sec. Σςιπ υαμηλέπ ςαυύςηςεπ αμέμξσ η απόδξρη δεμ είμαι ιδιαίςεοα ρημαμςική μιαπ και δεμ σπάουξσμ διαθέριμα ςόρξ μεγάλα μεγέθη εμέογειαπ για μα δερμεσςξύμ. Σε μεγάλεπ ςαυύςηςεπ αμέμξσ, η αμεμξγεμμήςοια θα ποέπει μα μημ παοαλάβει ςημ πεοίρρια πξρόςηςα εμέογειαπ πέοα από ςημ ποξκαθξοιρμέμη ( ξμξμαρςική ) και ασςό ποξταμώπ καθξοίζει ςα μηυαμικά τξοςία ρςη καςαρκεσή. Οπόςε, η έμμξια ςηπ απόδξρηπ έυει ρημαρία ρςιπ πεοιξυέπ όπξσ η ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ μπξοεί μα δώρει ςα μέγιρςα πξρά εμέογειαπ. 2.4.2 σμςελερςήπ ιρυύξπ C p ρσμαοςήρει ςξσ λόγξσ ςαυύςηςαπ ακοξπςεοσγίξσ λ Ο λόγξπ R καλείςαι λόγξπ ςαυύςηςαπ ακοξπςεοσγίξσ (tip -speed ratio-tsr) και U είμαι ξ λόγξπ ςηπ γοαμμικήπ ςαυύςηςαπ πεοιρςοξτήπ ςχμ ακοξπςεοσγίχμ ποξπ ςημ ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ, όπξσ χ : η γχμιακή ςαυύςηςα πεοιρςοξτήπ ςχμ πςεοσγίχμ ( rad/sec ) R: ακςίμα πςεοσγίξσ (m) U: ςαυύςηςα αμέμξσ ( m/sec ) Δτόρξμ ξ ρσμςελερςήπ λ απξςελεί λόγξ ςαυσςήςχμ είμαι αδιάρςαςξ μέγεθξπ. Σςξ ρυήμα 2.5 ταίμεςαι μία ςσπική μξοτή ςξσ C p ρσμαοςήρει ςξσ λ. 37
ρήκα 2.5 : Γηάγξακκα ηνπ ιόγνπ ηαρύηεηαο αθξνπηεξπγίνπ ι κε ηνλ ζπληειεζηή ηζρύνο C p Παοαςηοξύμε όςι ξ C p έυει μέγιρςη ςιμή για μία ρσγκεκοιμέμη ςιμή ςξσ λ. Ζ ςιμή ασςή ςξσ λ είμαι η βέλςιρςη ςιμή. 2.4.3 σμςελερςήπ ιρυύξπ C p ρσμαοςήρει ςηπ γχμίαπ βήμαςξπ πςεοσγίξσ β Σε πεοίπςχρη πξσ σπάουξσμ πξλύ δσμαςξί άμεμξι είμαι πάγια ςακςική μα " θσριάζεςαι " η παοαπάμχ εμέογεια πξσ θα μπξοξύρε μα παοαυθεί, ποξκειμέμξσ μα μημ πάθει ζημιά και μα καςαρςοατεί η αμεμξγεμμήςοια. Για ςξ λόγξ ασςό, όλεπ ξι αμεμξγεμμήςοιεπ καςαρκεσάζξμςαι κας' αουήμ μα λειςξσογξύμ με αρτάλεια ρςιπ μεγάλεπ ςαυύςηςεπ αμέμξσ πξσ ςσυόμ θα εμταμιρςξύμ. Για μα επιςεσυθεί ασςό υοηριμξπξιείςαι η γχμία βήμαςξπ πςεοσγίξσ β. Παοξσριάζξσμε εμδεικςικά ρςξ ρυήμα 2.6 ςσπικέπ καμπύλεπ αεοξδσμαμικξύ ρσμςελερςή ρσμαοςήρει ςξσ λόγξσ ςαυύςηςαπ ςξσ ακοξπςεοσγίξσ λ για ςέρρεοειπ ςσυαίεπ ςιμέπ γχμιώμ βήμαςξπ πςεοσγίξσ. 38
ρήκα 2.6 : Γηάγξακκα ηνπ ιόγνπ ηαρύηεηαο αθξνπηεξπγίνπ ι κε ην ζπληειεζηή ηζρύνο C p γηα δηάθνξεο ηηκέο ηνπ β Όπχπ ταίμεςαι και από ςξ διάγοαμμα η μέγιρςη ςιμή ςξσ C p αμςιρςξιυεί ρςημ ςιμή β=0. 39
Κετάλαιξ 3 Χαοακςηοιρςικά αμεμξγεμμηςοιώμ 40
3.1 Λειςξσογία αμεμξγεμμήςοιαπ ρήκα 3.1 : Λεηηνπξγία αλεκνγελλήηξηαο ( Πηγή : http://green-living-made-easy.com/wind-generator-components.html ) Ο άμεμξπ βοίρκει σπό κάπξια κλίρη ςημ αμεμξγεμμήςοια,θέςξμςάπ ρε πεοιρςοξτή ςα πςεούγιά ςηπ και ςξ οόςξοα. Ο οόςξοαπ με ςημ ρειοά ςξσ, πεοιρςοέτει ςξμ κύοιξ άνξμα και ςξ κιβώςιξ ςαυσςήςχμ ςξ ξπξίξ θέςει ρε κίμηρη ςημ γεμμήςοια με απξςέλερμα ςημ παοαγχγή ηλεκςοικήπ εμέογειαπ. 41
3.2 Δξμικά ρςξιυεία αμεμξγεμμήςοιαπ ρήκα 3.2 : Σα βαζηθά δνκηθά ζηνηρεία κηαο Α/Γ ( Πηγή : http://en.wikipedia.org/wiki/wind_turbine ) 3.2.1 Αμεμόμεςοξ και αμεμξδείκςηπ ( Anemometer ) Λεςοά ςημ έμςαρη και ςη διεύθσμρη ςξσ αμέμξσ. Τα ηλεκςοικά ρήμαςα ςξσ αμεμξμέςοξσ υοηριμξπξιξύμςαι από ςξμ ηλεκςοξμικό ελεγκςή ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ για μα αουίρει ςη λειςξσογία ςηπ όςαμ η ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ νεπεοάρει μια ελάυιρςη ςιμή. Ο σπξλξγιρςήπ ρςαμαςά ςη λειςξσογία ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ ασςόμαςα αμ η ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ σπεοβεί έμα αμώςαςξ όοιξ, ποξκειμέμξσ μα ποξρςαςεύρει ςημ αμεμξγεμμήςοια και ςξ πεοιβάλλξμ ασςήπ. Τα ρήμαςα ςξσ αμεμξδείκςη υοηριμξπξιξύμςαι από ςξμ ηλεκςοξμικό ελεγκςή ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ για μα ρςοέφει ασςήμ απέμαμςι ρςξμ άμεμξ, μέρχ ςξσ μηυαμιρμξύ πεοιρςοξτήπ. 42
ρήκα 3.3 : Αλεκόκεηξν ( Πηγή : http://www.vesselprotectionproducts.com/ ) ρήκα 3.4 : Αλεκνδείθηεο ( Πηγή : http://www.nrgsystems.com/sitecore/content/products/1904.aspx ) 43
3.2.2 Ηλεκςοξμικόπ ελεγκςήπ Πεοιέυει έμαμ σπξλξγιρςή πξσ παοακξλξσθεί διαοκώπ ςημ καςάρςαρη ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ και ελέγυει ςξμ μηυαμιρμό πεοιρςοξτήπ. Σε κάθε πεοίπςχρη επιπλξκήπ, π.υ. σπεοθέομαμρη ςξσ κιβχςίξσ ςαυσςήςχμ ή ςηπ γεμμήςοιαπ, ρςαμαςά ασςόμαςα ςημ αμεμξγεμμήςοια και καλεί ςξμ σπξλξγιρςή ςξσ ελεγκςή ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ, μέρχ μιαπ ςηλετχμικήπ ρύμδερηπ. Οι ςαυύςηςεπ εκκίμηρηπ και ςεομαςιρμξύ είμαι 8-16 mph και 55 mph αμςίρςξιυα ( ςαυύςηςα αμέμξσ ). 3.2.3 Πςεούγια ( Blades ) Οι πεοιρρόςεοεπ γεμμήςοιεπ έυξσμ δύξ ή ςοειπ έλικεπ. Ο άμεμξπ, τσρώμςαπ πάμχ ςξσπ, ςξύπ ποξκαλεί μα «ρηκχθξύμ» και μα πεοιρςοατξύμ. Οι έλικεπ, ρε μεγάλεπ αμεμξγεμμήςοιεπ, πεοιρςοέτξμςαι καςά μήκξπ ςξσ άνξμά ςξσπ. Ζ έλικα δέυεςαι ςξμ άμεμξ καςά μήκξπ ςηπ σπό διατξοεςικέπ γχμίεπ. Ζ γχμία ποόρπςχρηπ ασνάμεςαι ποξπ ςη βάρη ςηπ έλικαπ. Οι πξλύ μεγάλεπ γχμίεπ δεμ έυξσμ ςξ επιθσμηςό απξςέλερμα. Ποξκειμέμξσ μα σπάουει εμιαία γχμία ποόρπςχρηπ καςά μήκξπ ςηπ έλικαπ, ασςή έυει πεοιρςοξτική μξοτή. Σε μια μξμςέομα αμεμξγεμμήςοια 1000 kw, κάθε πςεούγιξ έυει μήκξπ 27 m και είμαι ρυεδιαρμέμξ πεοίπξσ όπχπ έμα τςεοό αεοξπλάμξσ. ρήκα 3.5 : Πηεξύγην ( Πηγή : http://www.econews.gr/2012/11/30/general-electric-anemogennitries-yfasma/ ) 44
3.2.4 Υοέμξ ( Brake ) Τξ διρκότοεμξ μπξοεί μα εγκαθίρςαςαι ρςξμ κύοιξ άνξμα ποιμ από ςξ μεςαςοξπέα ρςοξτώμ ή μεςά από ασςόμ ρςξμ άνξμα σφηλήπ ςαυύςηςαπ. Σςη δεύςεοη πεοίπςχρη, απαιςείςαι έμα πιξ μικοό ( και τθημόςεοξ ) ρύρςημα πέδηπ ποξκειμέμξσ μα παοέυεςαι η απαοαίςηςη οξπή για ςημ επιβοάδσμρη ςξσ δοξμέα. Δμςξύςξιπ, ασςή η διάςανη δεμ παοέυει άμερξ έλεγυξ ςξσ δοξμέα και, ρε πεοίπςχρη αρςξυίαπ ςξσ μεςαςοξπέα ρςοξτώμ, υάμεςαι η δσμαςόςηςα ελέγυξσ ςηπ πέδηρηπ ςξσ δοξμέα. ρήκα 3.6 : Φξέλν ( Πηγή : http://getsmartenergy.com/windcube/how-it-works.aspx ) 3.2.5 Κιβώςιξ ςαυσςήςχμ ( Gear box ) Τα γοαμάζια ρσμδέξσμ ςξμ άνξμα υαμηλήπ ςαυύςηςαπ με ςξμ άνξμα σφηλήπ ςαυύςηςαπ και ασνάμξσμ ςιπ ςαυύςηςεπ πεοιρςοξτήπ από πεοίπξσ 30 έχπ 60 πεοιρςοξτέπ ςξ λεπςό, ρε 1000 έχπ 1800 πεοιρςοξτέπ ςξ λεπςό, πξσ είμαι η ςαυύςηςα πεοιρςοξτήπ πξσ ξι πεοιρρόςεοεπ αμεμξγεμμήςοιεπ απαιςξύμ, ώρςε μα παοαγάγξσμ ηλεκςοιρμό. Τξ κιβώςιξ ςαυσςήςχμ είμαι ακοιβό (και βαού) ενάοςημα ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ και ξι μηυαμικξί εοεσμξύμ ποξπ ςημ καςεύθσμρη αμεμξγεμμηςοιώμ «άμερηπ ώθηρηπ» (direct 45
drive), ξι ξπξίεπ λειςξσογξύμ ρε υαμηλόςεοεπ ςαυύςηςεπ πεοιρςοξτήπ και ρσμεπώπ δεμ υοειάζξμςαι κιβώςιξ ςαυσςήςχμ. ρήκα 3.7 : Κηβώηην ηαρπηήησλ ( Πηγή : http://cleangreenenergyzone.com/wind-turbine-gearbox/ ) 3.2.6 Γεμμήςοια ( generator ) Σσμήθχπ μία απλή, ρύγυοξμη ή και μη, γεμμήςοια. Σςιπ ςελεσςαίεπ αμεμξγεμμήςοιεπ, η μέγιρςη ηλεκςοική ιρυύπ κσμαίμεςαι μεςανύ 600 και 3000 kw. 3.2.7 Διατξοικό σφηλώμ ςαυσςήςχμ ( High speed shaft ) Τξ διατξοικό σφηλώμ ςαυσςήςχμ πεοιρςοέτεςαι πεοίπξσ με 1500 ρςοξτέπ αμά λεπςό (rpm) και ξδηγεί ςημ ηλεκςοική γεμμήςοια. Τξ διατξοικό είμαι ενξπλιρμέμξ με έμα διρκότοεμξ για ςημ πεοίπςχρη έκςακςηπ αμάγκηπ. Τξ μηυαμικό τοέμξ υοηριμξπξιείςαι ρε πεοίπςχρη πξσ ςξ αεοξδσμαμικό τοέμξ σπξρςεί βλάβη ή η αμεμξγεμμήςοια επιρκεσάζεςαι. 3.2.8 Διατξοικό υαμηλώμ ςαυσςήςχμ ( Low speed shaft ) Τξ διατξοικό υαμηλώμ ςαυσςήςχμ ρσμδέει ςημ κεταλή ςξσ οόςξοα με ςξ κιβώςιξ ςαυσςήςχμ. Σε αμεμξγεμμήςοια 1000 kw ξ οόςξοαπ πεοιρςοέτεςαι ρυεςικά αογά, 46
πεοίπξσ με 19 έχπ 30 πεοιρςοξτέπ αμά λεπςό (rpm). Τξ διατξοικό πεοιέυει ρχλήμεπ για ςξ σδοασλικό ρύρςημα, ώρςε μα μπξοέρει μα λειςξσογήρει ςξ αεοξδσμαμικό τοέμξ. 3.2.9 Κξσβξύκλιξ ( Nacelle ) Τξ κξσβξύκλιξ βοίρκεςαι ρςημ κξοστή ςξσ πύογξσ και πεοιέυει όλα ςα βαρικά ρςξιυεία ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ, δηλαδή ςξ κιβώςιξ ςαυσςήςχμ, ςξσπ άνξμεπ υαμηλήπ και σφηλήπ ςαυύςηςαπ, ςημ ηλεκςοική γεμμήςοια, ςξμ ελεγκςή και ςξ τοέμξ. Λεοικά κξσβξύκλια είμαι ςόρξ μεγάλα, ώρςε ακόμη και έμα ελικόπςεοξ μπξοεί μα ποξργειχθεί πάμχ ςξσπ. Αοιρςεοά ςξσ κξσβξσκλίξσ βοίρκξμςαι ςα κιμξύμεμα μέοη ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ (ςα πςεούγια και η κεταλή), όπχπ άλλχρςε μπξοξύμε μα δξύμε και ρςξ ρυήμα 3.1. ρήκα 3.8 : Κνπβνύθιην αλεκνγελλήηξηαο ( Πηγή : http://www.diytrade.com/china/pd/10293089/frp_wind_turbin_nacelle_cover_spinner_wheel_hub _and_nose_cover.html ) 3.2.10 ςοξτή πςεοσγίχμ ( Pitch ) Οι λεπίδεπ ρςοέτξμςαι, ή ρςοίβξσμ γύοχ από ςξμ άνξμα ςξσπ αμενάοςηςα από ςξμ άμεμξ, ώρςε μα ελέγυξσμ ςημ ςαυύςηςα ςξσ οόςξοα (ηλεκςοικξύ κιμηςήοα) και μα εμπξδίζξσμ ςξμ οόςξοα από ςξ μα ρςοίβει ρε αμέμξσπ ξι ξπξίξι είμαι σπεοβξλικά ιρυσοξί ή αρθεμείπ για μα παοαγάγξσμ ηλεκςοιρμό. 47
ρήκα 3.9 : ηξνθή πηεξπγίσλ ( Πηγή : http://www.altenergymag.com/emagazine.php?issue_number=04.10.01&article=maxwell ) 3.2.11 Ηλεκςοικόπ κιμηςήοαπ / Ρόςξοαπ ( Rotor ) Οι λεπίδεπ και η πλήμμη (ςξ κέμςοξ ςξσ άνξμα), μαζί ξμξμάζξμςαι οόςξοαπ. 3.2.12 Πσλώμαπ / Πύογξπ ( Tower ) Οι πύογξι καςαρκεσάζξμςαι από αςράλι ρε ρχλημξειδή μξοτή, ςριμέμςξ, ή από αςράλι ρε καταρχςή μξοτή, ραμ πλέγμα. Γεμικά, είμαι πλεξμέκςημα ξ πύογξπ μα είμαι φηλόπ, ατξύ ξι ςαυύςηςεπ ςξσ αμέμξσ ασνάμξμςαι όρξ απξμακοσμόμαρςε από ςξ έδατξπ. Για παοάδειγμα, μια ρύγυοξμη αμεμξγεμμήςοια 1000 kw, θα έυει έμα πύογξ μεςανύ 50 και 80 μέςοχμ ( ςξ ύφξπ εμόπ κςιοίξσ 17 έχπ 27 ξοότχμ ). Χαλύβδιμοι σωλημοειδείς πυλώμες : Οι πεοιρρόςεοεπ αμεμξγεμμήςοιεπ έυξσμ ςέςξιξσ είδξσπ πσλώμεπ, είμαι κχμικξί, η διάμεςοόπ ςξσπ δηλαδή ασνάμει ποξπ ςη βάρη, ποξκειμέμξσ μα είμαι εσρςαθείπ και μα μειχθεί ςξ υοηριμξπξιξύμεμξ σλικό. 48
Δικτυωτοί πύργοι : Οι πσλώμεπ ασςξί καςαρκεσάζξμςαι με υαλύβδιμα δικςσώμαςα. Τξ βαρικό πλεξμέκςημά ςξσπ είμαι ςξ μειχμέμξ κόρςξπ, ατξύ απαιςείςαι ςξ μιρό σλικό από ςξσπ ποξηγξύμεμξσπ. Τξ βαρικό μειξμέκςημά ςξσπ, είμαι η εμτάμιρή ςξσπ. Οι πσλώμεπ ασςξί έυξσμ εκλείφει κσοίχπ για αιρθηςικξύπ λόγξσπ. ρήκα 3.10 : Αλεκνγελλήηξηεο κε ραιύβδηλνπο θαη δηθηπσηνύο ππιώλεο αληίζηνηρα ( Πηγή : http://gneng.blogspot.gr/p/blog-page.html ) 3.2.13 Καςεύθσμρη ςξσ αμέμξσ ( Wind direction ) Ζ αμεμξγεμμήςοια ςξσ ρυήμαςξπ 3.2 είμαι μία με πμξή αμέμξσ ποξπ ςα πάμχ (upwind), έςρι ξμξμαζόμεμη διόςι λειςξσογεί ρςοαμμέμη ποξπ ςξμ άμεμξ. Άλλεπ αμεμξγεμμήςοιεπ είμαι ρυεδιαρμέμεπ μα λειςξσογξύμ με πμξή αμέμξσ ποξπ ςα κάςχ (downwind), ρςοαμμέμεπ μακοιά από ςξμ άμεμξ. 49
3.2.14 Οδηγόπ για ςημ απξτσγή εκςοξπήπ ( Yaw drive ) Οι αμεμξγεμμήςοιεπ πξσ λειςξσογξύμ με πμξή αμέμξσ ποξπ ςα πάμχ, είμαι ρςοαμμέμεπ ποξπ ςξμ άμεμξ. Τξ yaw drive υοηριμξπξιείςαι για μα εναρταλίρει όςι ξ οόςξοαπ θα είμαι ρςοαμμέμξπ ποξπ ςξμ άμεμξ, καθώπ ξ άμεμξπ αλλάζει καςεύθσμρη. Οι αμεμξγεμμήςοιεπ πξσ είμαι ρυεδιαρμέμεπ μα λειςξσογξύμ με πμξή αμέμξσ ποξπ ςα κάςχ δεμ υοειάζξμςαι yaw drive διόςι ξ άμεμξπ τσρά και ρςοέτει ςξμ οόςξοα ποξπ ςα κάςχ. 3.2.15 Μηυαμιρμόπ πεοιρςοξτήπ Ο μηυαμιρμόπ πεοιρςοξτήπ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ υοηριμξπξιείςαι απέμαμςι ρςξμ αέοα. Ζ αμεμξγεμμήςοια λέγεςαι όςι έυει ρτάλμα πεοιρςοξτήπ, αμ ξ δοξμέαπ δεμ είμαι κάθεςξπ ρςη διεύθσμρη ςξσ αμέμξσ. Τξ ρτάλμα πεοιρςοξτήπ ρσμεπάγεςαι όςι θα ανιξπξιείςαι, από ςημ αμεμξγεμμήςοια, μικοόςεοξ μέοξπ ςηπ εμέογειαπ ςξσ αμέμξσ. Αμ όμχπ ασςό ήςαμ ςξ μόμξ πξσ ρσμέβαιμε, ςόςε ξ έλεγυξπ πεοιρςοξτήπ θα ήςαμ έμαπ εναιοεςικόπ ςοόπξπ ελέγυξσ ςηπ ιρυύξπ ειρόδξσ ρςξ οόςξοα ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ. Δκείμξ ςξ μέοξπ ςξσ οόςξοα, όμχπ, πξσ βοίρκεςαι πληριέρςεοα ρςη διεύθσμρη από ςημ ξπξία τσράει, θα δέυεςαι μεγαλύςεοη δύμαμη απ όςι ςξ σπόλξιπξ μέοξπ ςξσ οόςξοα. Από ςη μια, ασςό ρσμεπάγεςαι πχπ ξ οόςξοαπ θα έυει ςημ ςάρη μα ρςοέτεςαι απέμαμςι ρςξμ αέοα ασςόμαςα. Από ςημ άλλη, ρημαίμει όςι ςα πςεούγια θα γέομξσμ μποξπ και πίρχ ρε μια ςαλάμςχρη, ρε κάθε πεοιρςοξτή ςξσ οόςξοα. Οι αμεμξγεμμήςοιεπ πξσ λειςξσογξύμ με ρτάλμα πεοιρςοξτήπ, δέυξμςαι μεγαλύςεοα τξοςία κόπχρηπ απ όςι αμεμξγεμμήςοιεπ πξσ είμαι ρςοαμμέμεπ ρε μια διεύθσμρη κάθεςη ρςξμ αέοα. 50
ρήκα 3.11 : Μεραληζκόο πεξηζηξνθήο ( Πηγή : http://en.wikipedia.org/wiki/yaw_system ) 3.3 Μέγεθξπ αμεμξγεμμηςοιώμ Ζ ιρυύπ ενόδξσ ασνάμεςαι όρξ ασνάμει η επιτάμεια πξσ καλύπςει ξ δοξμέαπ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ. Ζ επιτάμεια ςξσ δίρκξσ πξσ καλύπςει ξ οόςξοαπ, καθώπ και η ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ, τσρικά, καθξοίζει ςημ εμέογεια πξσ παοάγει η αμεμξγεμμήςοια. Τξ παοακάςχ ρυήμα, δίμει μια εικόμα ςχμ ρσμήθχμ μεγεθώμ ςχμ αμεμξγεμμηςοιώμ: Λια ςσπική αμεμξγεμμήςοια 9.8 kw, θα έυει διάμεςοξ οόςξοα 5m. Αμ διπλαριαρςεί η διάμεςοξπ ςξσ οόςξοα, ςεςοαπλαριάζεςαι η επιτάμεια πξσ καλύπςει. Ασςό ρημαίμει όςι ςεςοαπλαριάζεςαι και η ιρυύπ ενόδξσ. Σςημ πεοίπςχρή μαπ για διάμεςοξ οόςξοα 10 m, η θεχοηςικά παοαγόμεμη ιρυύπ ιρξύςαι με 39.3 kw. 51
ρήκα 3.12 : Δμάξηεζε ηεο απνδηδόκελεο ηζρύνο από ηελ δηάκεηξν ηνπ ξόηνξα ( Πηγή : http://www.tiptheplanet.com/wiki/electricity_generated_by_a_small_wind_turbine ) Ζ διάμεςοξπ ςξσ οόςξοα μπξοεί μα διατέοει λίγξ από ςα μεγέθη πξσ δίμξμςαι ρςξ ρυήμα, γιαςί αοκεςξί καςαρκεσαρςέπ ποξραομόζξσμ ςιπ μηυαμέπ ςξσπ ρςιπ αιξλικέπ ρσμθήκεπ κάθε πεοιξυήπ: Λια μεγάλη αμεμξγεμμήςοια, απαιςεί πεοιρρόςεοη ιρυύ ( ιρυσοόςεοξσπ αμέμξσπ ), για μα πεοιρςοατεί. Αμ λξιπόμ εγκαςαρςαθεί μια αμεμξγεμμήςοια ρε μια πεοιξυή με υαμηλό αιξλικό δσμαμικό, θα μεγιρςξπξιηθεί η εςήρια εμεογειακή παοαγχγή αμ, για δεδξμέμξ μέγεθξπ ςξσ οόςξοα, υοηριμξπξιηθεί μια μικοόςεοη γεμμήςοια ( ή αμςίρςοξτα για δεδξμέμη ιρυύ γεμμήςοιαπ υοηριμξπξιηθεί μεγαλύςεοξπ δοξμέαπ ). Για μηυαμή 600 kw ςξ μέγεθξπ ςξσ οόςξοα μπξοεί μα κσμαίμεςαι από 39m έχπ 48m. Ο λόγξπ για ςξμ ξπξίξ θα ασνηθεί η παοαγχγή εμέογειαπ από μια ρυεςικά μικοόςεοη μηυαμή ρε πεοιξυέπ με υαμηλό αιξλικό δσμαμικό, είμαι όςι η αμεμξγεμμήςοια θα δξσλεύει για πεοιρρόςεοεπ ώοεπ καςά ςη διάοκεια ςξσ υοόμξσ. 52
3.4 Καςηγξοίεπ αμεμξγεμμηςοιώμ 3.4.1 Καςηγξοιξπξίηρη αμεμξγεμμηςοιώμ με βάρη ςξ είδξπ ςξσ άνξμα ρήκα 3.13 : Αλεκνγελλήηξηα νξηδνληίνπ θαη θαηαθόξπθνπ άμνλα ( Πηγή : http://www.kids.esdb.bg/wind.html ) Αμάλξγα με ςξμ ποξραμαςξλιρμό ςχμ ανόμχμ ςξσπ, ξι αμεμξγεμμήςοιεπ μπξοξύμ μα ςανιμξμηθξύμ ρε: Ιαςακόοστξσ άνξμα Οοιζξμςίξσ άνξμα 3.4.1.1 Αμεμξγεμμήςοιεπ καςακόοστξσ άνξμα Όρξμ ατξοά ρςιπ αμεμξγεμμήςοιεπ καςακόοστξσ άνξμα, είμαι ασςέπ ξι ξπξίεπ πεοιρςοέτξμςαι γύοχ από έμαμ άνξμα, ξ ξπξίξπ είμαι κάθεςξπ χπ ποξπ ςξ επίπεδξ ςξσ εδάτξσπ. Οι αμεμξγεμμήςοιεπ κάθεςξσ άνξμα, από ςξμ ςοόπξ καςαρκεσήπ ςξσπ, «πιάμξσμ ςξμ αέοα» από κάθε καςεύθσμρη. 53
ρήκα 3.14 : Αλεκνγελλήηξηα θάζεηνπ άμνλα ( Πηγή : http://learnlearn.net/verdensrommet,jorda/vindkraft.htm ) Οι αμεμξγεμμήςοιεπ κάθεςξσ άνξμα ςύπξσ «savonius», είμαι ξι πιξ απλέπ ρε όςι ατξοά ρςημ καςαρκεσή ςξσπ. Απξςελξύμςαι ξσριαρςικά από έμα ρχλήμα κξμμέμξ ρςη μέρη καςά μήκξπ, με ςα δύξ κξμμάςια ςξπξθεςημέμα κάθεςα, όπχπ ταίμεςαι ρςξ ακόλξσθξ ρυήμα: 54
ρήκα 3.15 : Κάηνςε αλεκνγελλήηξηαο θάζεηνπ άμνλα ηύπνπ «savonius» ( Πηγή : http://free-energia.blogspot.gr/2009/12/blog-post_6946.html ) Υπάουξσμ και άλλξι ςύπξσ αμεμξγεμμήςοιαπ κάθεςξσ άνξμα, πξσ βελςιώμξσμ ςημ απόδξρη ρημαμςικά (π.υ. «darieus»), πξςέ όμχπ δεμ τςάμξσμ ςημ απόδξρη μιαπ ρχρςά ρυεδιαρμέμηπ αμεμξγεμμήςοιαπ ξοιζξμςίξσ άνξμα, γι ασςό και έυξσμ επικοαςήρει ξι ςελεσςαίεπ. ρήκα 3.16 : Αλεκνγελλήηξηα θαηαθόξπθνπ άμνλα ηύπνπ «Darieus» ( Πηγή : http://photovalet.com/tpwv01p04_17.html ) 55
3.4.1.2 Αμεμξγεμμήςοιεπ Οοιζξμςίξσ άνξμα Οι αμεμξγεμμήςοιεπ ξοιζξμςίξσ άνξμα μπξοξύμ μα υχοιρςξύμ ρςιπ «Head on», ρςιπ ξπξίεπ ξ άνξμα πεοιρςοξτήπ ςξσ δοξμέα είμαι παοάλληλξπ ποξπ ςημ καςεύθσμρη ςξσ αμέμξσ και ρςιπ «Cross wind», ρςιπ ξπξίεπ ξ άνξμαπ πεοιρςοξτήπ είμαι παοάλληλξπ ποξπ ςημ επιτάμεια ςηπ γηπ, αλλά κάθεςξπ ποξπ ςημ καςεύθσμρη ςξσ αμέμξσ. Οι πεοιρρόςεοεπ αμεμξγεμμήςοιεπ,ςξσ εμπξοίξσ ρήμεοα, αμήκξσμ ρε ασςή ςημ καςηγξοία, κσοίχπ επειδή παοξσριάζξσμ σφηλό αεοξδσμαμικό ρσμςελερςή. Βέβαια, ποέπει μα ρημειχθεί όςι, ρε ασςέπ ςιπ αμεμξγεμμήςοιεπ, ςξ κιβώςιξ ςαυσςήςχμ και η γεμμήςοια, ποέπει μα ςξπξθεςηθξύμ ρςημ κξοστή ςξσ πσλώμα ρςήοινηπ, γεγξμόπ πξσ ςιπ καθιρςά ακοιβέπ. 3.4.1.3 ύγκοιρη αμεμξγεμμηςοιώμ ξοιζξμςίξσ και κάθεςξσ άνξμα Σςημ καςαρκεσή αμεμξγεμμήςοιαπ κάθεςξσ άνξμα, έυξσμε ςα ενήπ πλεξμεκςήμαςα: Αμάλξγα με ςξμ ςύπξ αμεμξγεμμήςοιαπ κάθεςξσ άνξμα, έυξσμε πξλύ μεγαλύςεοη εσκξλία καςαρκεσήπ ρε ρυέρη με ςημ καςαρκεσή αμεμξγεμμήςοιαπ ξοιζξμςίξσ άνξμα. Ισοίχπ όρξμ ατξοά ςημ εσκξλόςεοη καςαρκεσή ( ιδιξκαςαρκεσή ) ςχμ πςεοσγίχμ και ςημ έλλειφη ςηπ αμάγκηπ για μηυαμιρμό τοεμαοίρμαςξπ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ ρε σφηλέπ ςαυύςηςεπ αμέμξσ. Οι αμεμξγεμμήςοιεπ κάθεςξσ άνξμα δεμ υοειάζεςαι μα ποξραμαςξλίζξμςαι κάθε τξοά χπ ποξπ ςημ καςεύθσμρη ςξσ αμέμξσ. Κόγχ καςαρκεσήπ, «πιάμξσμ» ςξμ αέοα από όλεπ ςιπ καςεσθύμρειπ. Ασςό ςιπ κάμει καςαλληλόςεοεπ ρε ςξπξθερίεπ όπξσ ξ αέοαπ δεμ είμαι ρςαθεοόπ ή όπξσ πεοιβάλλξμςαι από κάπξια μικοά εμπόδια ( με ρημαμςικά μειχμέμη απόδξρη όμχπ). Τξ κόρςξπ καςαρκεσήπ ςξσπ είμαι υαμηλόςεοξ από ςξ κόρςξπ καςαρκεσήπ μιαπ αμεμξγεμμήςοιαπ ξοιζξμςίξσ άνξμα, λόγχ απλξύρςεοξσ ρυεδιαρμξύ. Δίμαι απλξύρςεοεπ, διόςι δεμ σπάουει ξ κίμδσμξπ μα ρπάρει κάπξιξ πςεούγιξ, ξύςε κιμξύμςαι με ςημ μεγάλη ςαυύςηςα ρςοξτώμ πξσ κιμξύμςαι ξι αμεμξγεμμήςοιεπ ξοιζξμςίξσ άνξμα. 56
Αμςίθεςα, ςα μειξμεκςήμαςα είμαι ςα ακόλξσθα: Τξ ποώςξ και ρημαμςικόςεοξ μειξμέκςημα, είμαι όςι ξι αμεμξγεμμήςοιεπ κάθεςξσ άνξμα, έυξσμ πξλύ υαμηλή απόδξρη. Ασςό ιρυύει ρε μεγάλξ βαθμό για ςξμ ςύπξ «savonius», όπξσ δεμ νεπεομξύμ ςξ 15%, αλλά και ρςξσπ άλλξσπ ςύπξσπ ρε μικοόςεοξ βαθμό (μια καλή μικοή αμεμξγεμμήςοια ξοιζξμςίξσ άνξμα έυει μέρη απόδξρη 30-40% Από ςξ ποξηγξύμεμξ ποξκύπςει όςι, για μα έυει μια αμεμξγεμμήςοια κάθεςξσ άνξμα ςημ ίδια παοαγχγή με μια ξοιζξμςίξσ άνξμα, θα ποέπει η κάθεςξσ άνξμα μα έυει μέυοι και ςοιπλάρια επιτάμεια επατήπ με ςξμ αέοα. Ασςό ρσμεπάγεςαι μεγάλξ όγκξ και βάοξπ ςηπ καςαρκεσήπ. Κόγχ υαμηλόςεοχμ ρςοξτώμ πεοιρςοξτήπ αμά λεπςό, υοειάζξμςαι πιξ ιρυσοξύπ αμέμξσπ για μα νεκιμήρξσμ ςημ τόοςιρη ςχμ ρσρρχοεσςώμ ( με δεδξμέμξ ςξ ίδιξ μξςέο ρε ξοιζξμςίξσ άνξμα αμεμξγεμμήςοια ). 3.4.2 Καςηγξοιξπξίηρη αμεμξγεμμηςοιώμ με βάρη ςξμ αοιθμό ςωμ πςεοσγίωμ Αμάλξγα με ςξμ αοιθμό ςχμ πςεοσγίχμ ςξσπ, ξι αμεμξγεμμήςοιεπ ξοιζξμςίξσ άνξμα ςανιμξμξύμςαι ρε μξμόπςεοεπ, δίπςεοεπ, ςοίπςεοεπ ή πξλύπςεοεπ. Οι μξμόπςεοεπ είμαι τθημόςεοεπ λόγχ ςχμ λιγόςεοχμ πςεοσγίχμ. Ζ πλειξφητία ςχμ αμεμξγεμμηςοιώμ πξσ υοηριμξπξιξύμςαι, είμαι ασςέπ με ςοία πςεούγια διόςι είμαι πιξ ρςαθεοέπ, καθώπ ςξ αεοξδσμαμικό τξοςίξ είμαι ρυεςικά ξμξιόμξοτξ και ακόμα επειδή ξ δοξμέαπ δεμ παοάγει διατξοεςικέπ αομξμικέπ από 3 * n * p, όπξσ n ακέοαιξπ και p η ςαυύςηςα πεοιρςοξτήπ ςξσ δοξμέα. Σατώπ σπάουξσμε και γεμμήςοιεπ με μεγαλύςεοξ αοιθμό πςεοσγίχμ ( 6, 8, 12 ή πεοιρρόςεοα ), όπχπ ασςή πξσ ταίμεςαι παοακάςχ: 57
ρήκα 3.17 : Πνιύπηεξε αλεκνγελλήηξηα ( Πηγή : http://www.vijaytransmission.in/metal-power-structures.html ) 3.4.3 Καςηγξοιξπξίηρη αμεμξγεμμηςοιώμ αμάλξγα με ςξμ ςύπξ ςηπ γεμμήςοιαπ, ςξμ ςύπξ ελέγυξσ και ςημ δσμαςόςηςα μεςαβξλήπ ςηπ ςαυύςηςάπ ςξσπ 3.4.3.1 Σύπξι Δλέγυχμ αμεμξγεμμηςοιώμ Όλεπ ξι αμεμξγεμμήςοιεπ είμαι ρυεδιαρμέμεπ με κάπξιξ είδξπ ελέγυξσ. Υπάουξσμ διάτξοξι ςοόπξι για μα ελέγνειπ ςιπ αεοξδσμαμικέπ δσμάμειπ πξσ αρκξύμςαι ρςξμ οόςξοα ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ, πεοιξοίζξμςαπ ςημ δύμαμη πξσ αρκείςαι ρςημ καςαρκεσή ρε πεοίπςχρη δσμαςώμ αμέμχμ. 58
3.4.3.1.1 Έλεγυξπ με Απώλεια Σςήοινηπ ( Stall control ) Ο πιξ απλόπ και τθημόπ ςοόπξπ ελέγυξσ είμαι η απώλεια ρςήοινηπ ( stall control ). Ζ απώλεια ρςήοινηπ απξςελεί παθηςικό ςοόπξ ελέγυξσ. Τα πςεούγια ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ είμαι ςξπξθεςημέμα ρςξμ οόςξοα με ρςαθεοή γχμία. Τξ ρυήμα ςχμ πςεοσγίχμ είμαι ςέςξιξ έςρι ώρςε όςαμ η ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ σπεοβεί κάπξια ρσγκεκοιμέμη ςιμή, μα εμταμιρςξύμ ρςα πλάγια ςχμ πςεοσγίχμ από ςημ αμςίθεςη πλεσοά ποόρπςχρηπ ςξσ αμέμξσ δίμεπ και ρςοξβιλιρμξί. Γι ασςό ςξ λόγξ η αεοξδσμαμική ιρυύπ ρςα πςεούγια είμαι πεοιξοιρμέμη. Τξ κύοιξ πλεξμέκςημα ςξσ ελέγυξσ απώλειαπ ρςήοινηπ είμαι όςι δεμ σπάουξσμ κιμξύμεμα μέοη πάμχ ρςξ οόςξοα. Τξ κύοιξ μειξμέκςημα ςξσ ρσγκεκοιμέμξσ ελέγυξσ είμαι η υαμηλή απξςελερμαςικόςηςα ρε υαμηλέπ ςαυύςηςεπ αμέμξσ,η μη βξηθξύμεμη εκκίμηρη και ξι διαςαοαυέπ ρςημ καςάρςαρη μέγιρςηπ παοαγχγήπ ιρυύξπ εναιςίαπ διαςαοαυώμ ρςημ πσκμόςηςα ςξσ αμέμξσ και ρςημ ρσυμόςηςα ςξσ δικςύξσ. 3.4.3.1.2 Έλεγυξπ ςηπ γχμίαπ βήμαςξπ πςεοσγίξσ ( pitch control ) Έμαπ άλλξπ ςύπξπ ελέγυξσ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ είμαι ξ έλεγυξπ ςηπ γχμίαπ βήμαςξπ πςεοσγίξσ ( pitch control ), ξ ξπξίξπ είμαι εμεογόπ έλεγυξπ. Σςξ ρσγκεκοιμέμξ ςύπξ ελέγυξσ ςα πςεούγια μπξοξύμ μα ρςοατξύμ είςε ποξπ είςε εκςόπ ςξσ αμέμξσ όςαμ η ιρυύπ ενόδξσ γίμεςαι πξλύ μικοή η πξλύ μεγάλη αμςίρςξιυα. Τα πλεξμεκςήμαςα ασςξύ ςξσ ελέγυξσ είμαι ξ καλόπ έλεγυξπ ςηπ ιρυύξπ, η βξηθξύμεμη εκκίμηρη και η διακξπή λειςξσογίαπ ρε πεοίπςχρη αμάγκηπ. Λε ςξμ όοξ " καλόπ έλεγυξπ ιρυύξπ ", εμμξξύμε όςι ρε μεγάλεπ ςαυύςηςεπ αμέμχμ η μέρη ςιμή ςηπ ιρυύξπ ενόδξσ διαςηοείςαι κξμςά ρςημ ξμξμαρςική ιρυύ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ. Τα μειξμεκςήμαςα ασςξύ ςξσ ςύπξσ ελέγυξσ είμαι η επιπλέξμ πεοιπλξκόςηςα ςξσ μηυαμιρμξύ πξσ σλξπξιεί ςξμ ελεγκςή ( pitch mechanism ) και ξι σφηλόςεοεπ διακσμάμρειπ ιρυύξπ ρε μεγάλεπ ςαυύςηςεπ αμέμχμ. Ζ ρςιγμιαία ιρυύπ, εναιςίαπ οιπώμ αμέμχμ και ςηπ πεοιξοιρμέμηπ ςαυύςηςαπ ςξσ pitch mechanism, θα κσμαίμεςαι κξμςά ρςημ μέρη ςιμή ςηπ ξμξμαρςικήπ ιρυύξπ. 3.4.3.1.3 Δμεογόπ έλεγυξπ απώλειαπ ρςήοινηπ ( active stall control ) Ο ςοίςξπ ςοόπξπ ελέγυξσ ξμξμάζεςαι εμεογόπ έλεγυξπ απώλειαπ ρςήοινηπ ( active stall control ). Όπχπ ποξρδιξοίζει και ςξ όμξμά ςξσ, ςξ " ρςξλλάοιρμα " ςχμ πςεοσγίχμ 59
ελέγυεςαι εμεογά αλλάζξμςαπ ςημ γχμία ςχμ πςεοσγίχμ. Σε υαμηλέπ ςαυύςηςεπ αμέμξσ, ςα πςεούγια παίομξσμ ςημ ίδια θέρη όπχπ και ρςξμ ποξηγξύμεμξ έλεγυξ, με ρκξπό μα πεςύυξσμε μέγιρςη απξδξςικόςηςα. Σε σφηλέπ ςαυύςηςεπ αμέμξσ, ςα πςεούγια ρςοέτξμςαι αμάπξδα απ' όςι ποιμ. Ασςό έυει ραμ απξςέλερμα, ξ ρσγκεκοιμέμξπ έλεγυξπ μα πεςσυαίμει μία ξμαλόςεοη πεοιξοιρμέμη ιρυύ υχοίπ ςιπ διακσμάμρειπ μεγάληπ ιρυύξπ όπχπ ρςημ πεοίπςχρη ςχμ αμεμξγεμμηςοιώμ πξσ ελέγυξμςαι με ςη γχμία βήμαςξπ πςεοσγίξσ. Ασςό ςξ είδξπ ελέγυξσ έυει ςξ πλεξμέκςημα όςι μπξοεί μα αμςιρςαθμίρει ςιπ διαςαοαυέπ ρςημ πσκμόςηςα ςξσ αμέμξσ. Ο ρσμδσαρμόπ με ςξ μηυαμιρμό pitch ςξσ επιςοέπει μα εκκιμεί εσκξλόςεοα ςημ αμεμξγεμμήςοια αλλά και μα διακόπςει ςημ λειςξσογία ςηπ ρε πεοίπςχρη αμάγκηπ. Πέοαμ ςξσ διαυχοιρμξύ ςχμ γεμμηςοιώμ με βάρη ςξμ ποξραμαςξλιρμό ςχμ ανόμχμ ςξσπ, γίμεςαι και διαυχοιρμόπ αμάλξγα με ςξμ ςύπξ ςηπ γεμμήςοιαπ, ςξμ έλεγυό ςηπ και ςη δσμαςόςηςά ςηπ για μεςαβληςή ςαυύςηςα. Ο διαυχοιρμόπ ασςόπ, εμέυει ςέρρεοιπ βαρικέπ καςηγξοίεπ, ξι ξπξίεπ πεοιγοάτξμςαι παοακάςχ. Ζλεγχοσ ιςχφοσ Ζλεγχοσ ταχφτητασ Stall Pitch Active stall ταθερήσ Σαχφτητασ Σφποσ A Σφποσ A0 Σφποσ A1 Σφποσ A2 Μεταβλητήσ Σαχφτητασ Σφποσ B Τύπος B0 Σφποσ B1 Τύπος B2 Σφποσ C Τύπος C0 Σφποσ C1 Τύπος C2 Σφποσ D Τύπος D0 Σφποσ D1 Τύπος D2 Πίλαθαο 3.1 : πλδπαζκνί αλεκνγελλεηξηώλ - ειέγρσλ ( Οι ρσμδσαρμξί πξσ είμαι με πλάγια γοάμμαςα δεμ υοηριμξπξιξύμςαι πλέξμ ρςημ βιξμηυαμία ) 60
3.4.3.2 Δίδη αμεμξγεμμηςοιώμ 3.4.3.2.1 Τύπξπ Α ρήκα 3.18 : Ιζνδύλακν θύθισκα αλεκνγελλήηξηαο ηύπνπ Α Τύπξσ Α είμαι ξι αμεμξγεμμήςοιεπ ρςαθεοήπ ςαυύςηςαπ με επαγχγική γεμμήςοια βοαυσκσκλχμέμξσ κλχβξύ, ρσμδεδεμέμεπ κας εσθείαμ ρςξ δίκςσξ μέρχ μεςαρυημαςιρςή. Δπειδή χπ γμχρςόμ ξι επαγχγικέπ γεμμήςοιεπ απαιςξύμ άεογξ ιρυύ για ςη μαγμήςιρή ςξσπ, ρσμδέξμςαι ρςξσπ ακοξδέκςεπ ςξσπ ρσρςξιυίεπ πσκμχςώμ για αμςιρςάθμιρη. Δπίρηπ, η ρύμδερη με ςξ δίκςσξ μπξοεί μα ποαγμαςξπξιηθεί ξμαλά μέρχ εμόπ soft-starter. Κόγχ ςηπ ρςαθεοήπ ςαυύςηςαπ, ξι διακσμάμρειπ ςξσ αμέμξσ ξδηγξύμ ρε μηυαμικέπ καςαπξμήρειπ ( διακσμάμρειπ ρςη οξπή ), πξσ με ςη ρειοά ςξσπ ξδηγξύμ ρε διακσμάμρειπ ςηπ παοαγόμεμηπ ηλεκςοικήπ ιρυύξπ. Σςημ πεοίπςχρη αρθεμξύπ δικςύξσ, ασςό μπξοεί μα ξδηγήρει ρε διακσμάμρειπ ςηπ ςάρηπ ρςξ ρημείξσ κξιμήπ ρύμδερηπ ( PCC ). Τα μειξμεκςήμαςά ςηπ λξιπόμ, είμαι όςι δεμ σπξρςηοίζει έλεγυξ ςαυύςηςαπ για βελςιρςξπξίηρη ςηπ παοαγόμεμηπ από ςξμ άμεμξ, εμέογειαπ, απαιςεί ιρυσοό δίκςσξ για μα μη δημιξσογεί έμςξμεπ διακσμάμρειπ ςάρηπ και ποέπει η καςαρκεσή ςηπ μα αμςέυει ρε μεγάλεπ μηυαμικέπ καςαπξμήρειπ. Σημαμςικό πλεξμέκςημά ςηπ είμαι, χρςόρξ, ςξ υαμηλό κόρςξπ. Ο ςύπξπ ασςόπ είμαι γμχρςόπ και χπ Δαμέζικη ιδέα ( Danish concept ). 61
3.4.3.2.2 Τύπξπ Β ρήκα 3.19 : Ιζνδύλακν θύθισκα αλεκνγελλήηξηαο ηύπνπ Β Σςξμ ςύπξ ασςό αμήκξσμ αμεμξγεμμήςοιεπ δακςσλιξτόοξσ δοξμέα με πεοιξοιρμέμη δσμαςόςηςα ελέγυξσ ςηπ ςαυύςηςαπ μέρχ ςηπ υοήρηπ ενχςεοικώμ αμςιρςάρεχμ ρςξ δοξμέα. Έςρι η ρσμξλική αμςίρςαρη ςξσ δοξμέα είμαι μεςαβαλλόμεμη και η μεςαβξλή ςηπ ςαυύςηςαπ δεμ νεπεομά ςξ 10%. Ο ςύπξπ ασςόπ υοηριμξπξιξύμςαμ κσοίχπ μέυοι ςα μέρα ςηπ δεκαεςίαπ ςξσ 90. Σςα πλεξμεκςήμαςά ςηπ ρσγκαςαλέγξμςαι η μεοική, έρςχ, βελςίχρη ςηπ εκμεςαλλεσόμεμηπ εμέογειαπ και η ούθμιρη ςηπ ιρυύξπ ρςημ ένξδξ. Λειξμεκςήμαςά ςηπ, χρςόρξ, ςξ μεγαλύςεοξ κόρςξπ ρε ρυέρη με ςιπ ςύπξσ Α μηυαμέπ και η ρσμςήοηρη πξσ απαιςεί ςξ ρύρςημα φηκςοώμ-δακςσλιδιώμ ςξσ δοξμέα. 3.4.3.2.3 Τύπξπ C ρήκα 3.20 : Ιζνδύλακν θύθισκα αλεκνγελλήηξηαο ηύπνπ C 62
Τύπξσ C, είμαι ξι αμεμξγεμμήςοιεπ πξσ θα ενεςαρςξύμ ρςημ παοξύρα διπλχμαςική. Γμχρςέπ και χπ Doubly-Fed Induction Generators ( DFIGs ), πεοιλαμβάμξσμ γεμμήςοια δακςσλιξτόοξσ δοξμέα και μεςαςοξπέα ρσυμόςηςαπ πξσ ςοξτξδξςεί ςξ δοξμέα, διαρςαριξλξγημέμξ, χρςόρξ, ρε κλάρμα ςηπ ρσμξλικήπ ιρυύξπ ςηπ μηυαμήπ. Λάλιρςα, ςξ μέγεθξπ ςξσ μεςαςοξπέα είμαι αμάλξγξ με ςη ούθμιρη ςαυύςηςαπ πξσ επιθσμξύμε. Σσμήθχπ ασςή πεοιξοίζεςαι ρςξ ±30% ςηπ βαρικήπ. Σε ασςέπ ςιπ ςαυύςηςεπ, ςξ μικοό κόρςξπ ςξσ μεςαςοξπέα καθιρςά ςξ ρσγκεκοιμέμξ ςύπξ αοκεςά δελεαρςικό. Δεμ έυξσμε ςημ αμάγκη ύπαονηπ soft-starter, ξύςε αμάγκη ύπαονηπ ρσρςξιυιώμ πσκμχςώμ για ςημ αμςιρςάθμιρη άεογξσ ιρυύξπ καθώπ ξ μεςαςοξπέαπ ρσυμόςηςαπ μπξοεί μα ποξρτέοει και ξμαλόςεοη ρύμδερη ρςξ δίκςσξ και ςημ αμςιρςάθμιρη άεογξσ ιρυύξπ. Λειξμέκςημα απξςελεί η αμάγκη ρσμςήοηρηπ ςχμ φηκςοώμ-δακςσλιδιώμ ςξσ δοξμέα, καθώπ και η αμάγκη ασρςηοήπ ποξρςαρίαπ ςχμ μεςαςοξπέχμ ρε πεοίπςχρη ρτάλμαςξπ ρςξ δίκςσξ. 3.4.3.2.4 Τύπξπ D ρήκα 3.21 : Ιζνδύλακν θύθισκα αλεκνγελλήηξηαο ηύπνπ D Σςξμ ςύπξ ασςό, πεοιλαμβάμξμςαι ξι αμεμξγεμμήςοιεπ με έλεγυξ ςαυύςηςαπ ρε όλξ ςξ εύοξπ ( από 0 έχπ 100% ςηπ ρύγυοξμηπ ). Ζ ρύμδερη επιςσγυάμεςαι μέρχ εμόπ μεςαςοξπέα ρσυμόςηςαπ μεςανύ ρςάςη και δικςύξσ. Ζ γεμμήςοια μπξοεί μα είμαι αρύγυοξμη ή ρύγυοξμη δακςσλιξτόοξσ δοξμέα είςε ρύγυοξμη μόμιμξσ μαγμήςη. Πλεξμέκςημα ςξσ ρσγκεκοιμέμξσ ςύπξσ είμαι η μέγιρςη εκμεςάλλεσρη ςηπ εμέογειαπ ςξσ αμέμξσ και η δσμαςόςηςα απξτσγήπ υοήρηπ κιβχςίξσ ςαυσςήςχμ. Λειξμεκςεί, χρςόρξ, εναιςίαπ ςηπ απαίςηρηπ μεςαςοξπέα ιρυύξπ, διαρςαριξλξγημέμξ ρςη ρσμξλική ιρυύ ςηπ μηυαμήπ, με απξςέλερμα μα ασνάμει, ςόρξ ςξ κόρςξπ αγξοάπ, όρξ και ξι απώλειεπ ρςξ μεςαςοξπέα, ρε ρυέρη με ςξμ ςύπξ C. 63
Κετάλαιξ 4 Τευμικέπ Απαιςήρειπ για Αιξλικξύπ Σςαθμξύπ ρςξ Δλλημικό Σ.Ζ.Δ. 64
4.1 Τοόπξι ρύμδερηπ αιξλικώμ ρςαθμώμ ρςξ ελλημικό Σ.Η.Ε. Σςξ ελλημικό ρύρςημα ηλεκςοικήπ εμέογειαπ ςα αιξλικά πάοκα μπξοξύμ μα ρσμδεθξύμ ρςξ δίκςσξ με δύξ ςοόπξσπ. Ο ποώςξπ ςοόπξπ είμαι ξ αιξλικόπ ρςαθμόπ μα ρσμδεθεί ρε απξκλειρςικό μεςαρυημαςιρςή αμύφχρηπ ΛΤ/ΥΤ. Ο δεύςεοξπ ςοόπξπ είμαι όςαμ γειςξμικά αιξλικά πάοκα υοηριμξπξιξύμ από κξιμξύ ςξμ ίδιξ μεςαρυημαςιρςή αμύφχρηπ ΛΤ/ΥΤ. ρήκα 4.1 : Ά ηξόπνο ζύλδεζεο αηνιηθνύ ζηαζκνύ κε ην.η.δ. ρήκα 4.2 : Β ηξόπνο ζύλδεζεο αηνιηθνύ ζηαζκνύ ζην.η.δ. 65
4.2 Εύοξπ σπξυοεωςικήπ δσμαςόςηςαπ λειςξσογίαπ 4.2.1 Πεοιξυή λειςξσογίαπ για ςάρη και ρσυμόςηςα Τα όοια μεςαβξλήπ ςηπ ςάρηπ καςά ςημ καμξμική λειςξσογία ςξσ Σσρςήμαςξπ ποξδιαγοάτξμςαι χπ ενήπ: 380 kv έχπ 420 kv ρςξ Σύρςημα Λεςατξοάπ 400 kv 142.5 kv έχπ 162 kv ρςξ Σύρςημα Λεςατξοάπ 150 kv Σε έκςακςεπ ρσμθήκεπ λειςξσογίαπ ςξσ Σσρςήμαςξπ ςα αμςίρςξιυα όοια είμαι:kv 350 kv έχπ 420 kv ρςξ Σύρςημα Λεςατξοάπ 400 kv 135 kv έχπ 170 kv ρςξ Σύρςημα Λεςατξοάπ 150 kv Ιαςά ςημ διάοκεια ρταλμάςχμ η ςάρη ρε κόμβξσπ ςξσ Σσρςήμαςξπ, κξμςιμξύπ ρςξ ρτάλμα δύμαςαι μα παίομει ςιμέπ (πληρίξμ ςξσ μηδεμόπ) εκςόπ ςχμ αμχςέοχ ποξβλεπόμεμχμ ξοίχμ. Ζ απόκοιρη ςχμ αιξλικώμ ρςαθμώμ καςά ςη διάοκεια μεγάλχμ διαςαοαυώμ ςξσ Σσρςήμαςξπ θα διέπεςαι από ςιπ ςευμικέπ απαιςήρειπ ςηπ παοαγοάτξσ,"θκαμόςηςα Αδιάλειπςηπ Κειςξσογίαπ σπό Χαμηλή Τάρη (Low Voltage Ride Through Capability), η ξπξία θα αμαλσθεί παοακάςχ. Οι αιξλικξί ρςαθμξί πξσ ρσμδέξμςαι ρςξ Σύρςημα ποέπει μα λειςξσογξύμ καμξμικά για διακσμάμρειπ ρσυμόςηςαπ και ςάρηπ ρε ρσγκεκοιμέμα εύοη με ρσγκεκοιμέμεπ υοξμικέπ αμξυέπ, ρύμτχμα με ςιπ απαιςήρειπ ςξσ διαγοάμμαςξπ ςάρηπ ρσυμόςηςαπ ςξσ ρυήμαςξπ 4.3 66
ρήκα 4.3 : Πεξηνρή ιεηηνπξγίαο γηα ζπρλόηεηα θαη ηάζε θαη απαηηνύκελεο ρξνληθέο αλνρέο Όπχπ ταίμεςαι και από ςξ ρυήμα 4.3, ξι αμεμξγεμμήςοιεπ λειςξσογξύμ καμξμικά όςαμ η ρσυμόςηςα ςξσ δικςύξσ έυει ςιμή αμάμερα ρςα 49Hz και ρςα 50.5 Hz(πεοιξυή ρσμευήπ λειςξσογίαπ - κίςοιμη πεοιξυή). Οι αμεμξγεμμήςοιεπ μπξοξύμ μα παοαμείμξσμ ρσμδεδεμέμεπ για ρσυμόςηςεπ από 48Hz έχπ 49Hz και από 50.5Hz έχπ 51.5Hz ςξ πξλύ για 30 λεπςά αμενάοςηςα ςξσ επιπέδξσ ςάρηπ ( μπλε πεοιξυή ). Οι αμεμξγεμμήςοιεπ ποέπει μα παοαμέμξσμ ρσγυοξμιρμέμεπ με βσθίρειπ ρσυμόςηςαπ έχπ ςημ ςιμή ςχμ 47 και ρε αμσφώρειπ μέυοι ςα 51.5. Οι αμεμξγεμμήςοιεπ ποέπει μα απξρσμδέξμςαι υχοίπ καθσρςέοηρη ρε πεοίπςχρη πξσ η ςιμή ςηπ ρσυμόςηςαπ είμαι μικοόςεοη ςχμ 47. Όςαμ η ρσυμόςηςα είμαι μεγαλύςεοη ςχμ 51.5, η απξρύμδερη ςχμ αμεμξγεμμηςοιώμ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ ποέπει μα γίμεςαι ρε 4 ρςάδια. Ιάθε ρςάδιξ ςηπ απξρύμδερηπ ποέπει μα απέυει 0.5 sec από ςξ ποξηγξύμεμξ και μα απξρσμδέεςαι εμςόπ ςξσ, ςξ 25% ςχμ αμεμξγεμμηςοιώμ ρε λειςξσογία. Ζ ςάρη ςξσ διαγοάμμαςξπ ςξσ ρυήμαςξπ 4.3 αματέοεςαι ρςξ ζσγό σφηλήπ ςάρηπ ( ΥΤ ) (ρημείξ Ε) ςξσ μεςαρυημαςιρςή (Λ/Σ) αμύφχρηπ ΛΤ/ΥΤ, ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ. Αμςίρςξιυα, η άεογξπ ιρυύπ και ξ ρσμςελερςήπ ιρυύξπ μεςοξύμςαι και ελέγυξμςαι ρςιπ αμαυχοήρειπ ςχμ διαρσμδεςικώμ γοαμμώμ ΛΤ ςχμ αιξλικώμ ρςαθμώμ δηλαδή ρςα ρημεία Υ, Υ 1,..., Υ η, πξσ ταίμξμςαι ρςα ρυήμαςα 4.1 και 4.2 αμςίρςξιυα. Παοξυή μεςοήρεχμ εμεογξύ, άεογξσ ιρυύξπ και ρσμςελερςή ιρυύξπ ποέπει μα εναρταλίζεςαι ρςξμ ζσγό σφηλήπ ςάρηπ ςξσ ΛΣ αμύφχρηπ καθώπ και ρςιπ αμαυχοήρειπ ςχμ διαρσμδεςικώμ γοαμμώμ ΛΤ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ ( Υ 1,..., Υ η ). 67
4.2.2 Τπξυοεχςική δσμαςόςηςα ούθμιρηπ αιξλικξύ ρςαθμξύ Ζ ελάυιρςη απαιςξύμεμη δσμαςόςηςα ούθμιρηπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ καθξοίζεςαι από ςα διαγοάμμαςα ςάρηπ- ρσμςελερςή ιρυύξπ και εμεογξύ- άεογξσ ιρυύξπ ςχμ ρυημάςχμ 4.4 και 4.5. Σςα διαγοάμμαςα ςχμ ρυημάςχμ 4.4 και 4.5 ποξρδιξοίζξμςαι ξι ελάυιρςεπ πεοιξυέπ διακύμαμρηπ ςξσ ρσμςελερςή ιρυύξπ ρσμαοςήρει ςηπ ςάρηπ ρςξ ρημείξ ρύμδερηπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ με ςξ Σύρςημα και ςηπ εμεογξύ ιρυύξπ ςξσ, αμςίρςξιυα. ρήκα 4.4 : Διάρηζηε ππνρξεσηηθή πεξηνρή ιεηηνπξγίαο αηνιηθνύ ζηαζκνύ, γηα ηάζε θαη ζπληειεζηή ηζρύνο Ζ μη διαγοαμμιρμέμη πεοιξυή ( Σ.Θ. > 0.95 ) ςξσ διαγοάμμαςξπ ςξσ ρυήμαςξπ 4.4, αματέοεςαι ρε λειςξσογία ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ υχοίπ ςημ σπξυοέχρη μείχρηπ ςηπ ιρυύξπ, δηλαδή ρε όλα ςα ρημεία ςηπ εμ λόγχ πεοιξυήπ ξ αιξλικόπ ρςαθμόπ ποέπει μα μπξοεί μα παοάγει ςημ ξμξμαρςική ςξσ ιρυύ. Σςη διαγοαμμιρμέμη πεοιξυή ( 0.835< 68
Σ.Θ.< 0.95 ), η εμεογόπ ιρυύπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ θα πεοιξοίζεςαι σπό ρσμθήκεπ ρύμτχμα με ςα ποξβλεπόμεμα ςξσ διαγοάμμαςξπ ςξσ ρυήμαςξπ 4.5. ρήκα 4.5 : Διάρηζηε ππνρξεσηηθή πεξηνρή ιεηηνπξγίαο αηνιηθνύ ζηαζκνύ γηα ελεξγό θαη άεξγν ηζρύ Ο αιξλικόπ ρςαθμόπ ποέπει μα μπξοεί μα λειςξσογεί κας' ελάυιρςξ εμςόπ ςηπ πεοιξυήπ πξσ ερχκλείεςαι από ςημ πξλσγχμική γοαμμή ςξσ ρυήμαςξπ 4.5, με καςώςεοξ επιςοεπόμεμξ ρσμςελερςή ιρυύξπ 0.835 ( επαγχγική ή υχοηςική ρσμπεοιτξοά ). Ζ λειςξσογία ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ εμςόπ ςηπ διαγοαμμιρμέμηπ ςοιγχμικήπ πεοιξυήπ (P>20%) είμαι ποξαιοεςική. Ζ εμεογόπ και η άεογξπ ιρυύπ καθώπ και ξ ρσμςελερςήπ ιρυύξπ ςχμ διαγοαμμάςχμ ςχμ ρυημάςχμ 4.4 και 4.5 μεςοώμςαι ρςιπ αμαυχοήρειπ ςχμ διαρσμδεςικώμ γοαμμώμ ΛΤ ςχμ αιξλικώμ ρςαθμώμ, δηλαδή ςα ρημεία Υ ή Υ 1,... Υ η. Τξ πεδίξ εταομξγήπ ςχμ διαςάνεχμ πξσ αματέοθηκαμ παοαπάμχ, πεοιλαμβάμει ςξσπ αιξλικξύπ ρςαθμξύπ πξσ ρσμδέξμςαι ρςξ Σύρςημα και έυξσμ ξμξμαρςική ιρυύ 69
μεγαλύςεοη ςχμ 10MW( Ά ςοόπξπ ρύμδερηπ ). Σςημ πεοίπςχρη ςξσ Β ςοόπξσ ρύμδερηπ, ςξ όοιξ ςχμ 10 MW αματέοεςαι ρςημ ρσμξλική εγκαςερςημέμη ιρυύ ςχμ ρσμδεόμεμχμ αιξλικώμ ρςαθμώμ ρςξ Λ/Σ ΛΤ/ΥΤ. 4.3 Απαιςήρειπ ούθμιρηπ ςάρεωπ, άεογξσ ιρυύξπ, ρσμςελερςή ιρυύξπ αιξλικξύ ρςαθμξύ Οι αιξλικέπ μξμάδεπ ποέπει μα έυξσμ δσμαςόςηςα ούθμιρηπ ςηπ ςάρηπ, ςηπ άεογξσ ιρυύξπ και ςξσ ρσμςελερςή ιρυύξπ ςξσπ. Δπίρηπ, ξ Λ/Σ (ΛΤ/ΥΤ) ρύμδερηπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ με ςξ Σύρςημα θα ποέπει μα διαθέςει ρύρςημα ασςόμαςηπ αλλαγήπ ςάρηπ σπό τξοςίξ ( ΣΑΤΥΦ ). Ο αιξλικόπ ρςαθμόπ ποέπει μα πληοξί ςιπ παοακάςχ αματεοόμεμεπ απαιςήρειπ και μα έυει λάβει ςημ έγκοιρη ςξσ Διαυειοιρςή ςξσ Σσρςήμαςξπ. Ο αιξλικόπ ρςαθμόπ ποέπει μα μπξοεί μα δέυεςαι εμςξλή από ςξ Διαυειοιρςή ςξσ Σσρςήμαςξπ για λειςξσογία : α) με ούθμιρη ςάρηπ ρςξ ρημείξ ρύμδερηπ ςξσ με ςξ Σύρςημα( ρημείξ Ε) β) με ούθμιρη ςηπ άεογξσ ιρυύξπ γ) με ούθμιρη ςξσ ρσμςελερςή ιρυύξπ ( Σ.Θ. ) δ) με ούθμιρη ςηπ άεογξσ ιρυύξπ ρε ρυέρη με ςημ ςάρη ρςξ ρημείξ ρύμδερηπ ςξσ με ςξ Σύρςημα ρύμτχμα με ςημ υαοακςηοιρςική ςάρηπ - άεογξσ ιρυύξπ ςξσ ρυήμαςξπ 4.6. 70
ρήκα 4.6 : Υαξαθηεξηζηηθή ηάζεο - άεξγνπ ηζρύνο Τα υαοακςηοιρςικά ςηπ καμπύληπ ςξσ ρυήμαςξπ 4.6 ( η κλίρη ςηπ υαοακςηοιρςικήπ και η ςιμή ςηπ ςάρηπ πξσ αμςιρςξιυεί ρε μηδεμική έγυσρη άεογξσ ιρυύξπ ρςξ ρημείξ μέςοηρήπ ςηπ δηλαδή ρημεία Υ ή Υ 1,...Υ η ) θα καθξοίζξμςαι από ςξμ Διαυειοιρςή ςξσ Σσρςήμαςξπ ρςη Σύμβαρηπ Σύμδερηπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ με ςξ Σύρςημα και θα μπξοξύμ μα μεςαβάλλξμςαι ρύμτχμα με ςιπ απαιςήρειπ ςξσ Διαυειοιρςή ςξσ Σσρςήμαςξπ. Ιάθε αλλαγή ςηπ υαοακςηοιρςικήπ ςάρηπ - άεογξσ ιρυύξπ ποέπει μα αμακξιμώμεςαι από ςξ Διαυειοιρςή ςξσ Σσρςήμαςξπ ρςξμ Παοαγχγό, ςξσλάυιρςξμ 2 εβδξμάδεπ ποιμ ςημ εταομξγή ςηπ. Τξ ρύρςημα ασςόμαςηπ ούθμιρηπ θα ποέπει μέρχ ρσμευξύπ μεςαβξλήπ ςηπ άεογξσ ιρυύξπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ μα ελέγυει ςξ οσθμιζόμεμξ μέγεθξπ ( ςάρη, Σ.Θ, άεογξ ιρυύ ) και μα πληοξί ςα όοια για ποξκαλξύμεμεπ μεςαβξλέπ ςάρηπ όπχπ ποξβλέπξμςαι ρςξ ποόςσπξ IEC 61000-3-7:1996, "Assessment of Emission limits for fluctuating loads in MV and HV power systems". Τξ ρύρςημα ασςόμαςηπ ούθμιρηπ ςάρηπ, άεογξσ ιρυύξπ, ρσμςελερςή ιρυύξπ θα μπξοεί μα λειςξσογεί με ξπξιαδήπξςε από ςιπ επόμεμεπ επιλξγέπ: Σσμτχμία μιαπ ρσγκεκοιμέμηπ ούθμιρηπ ή υοξμξδιαγοάμμαςξπ οσθμίρεχμ. Ιαθξοιρμόπ ςξσ ρημείξσ λειςξσογίαπ ρε ποαγμαςικό υοόμξ από ςξ Ιέμςοξ Δλέγυξσ Δμέογειαπ( Ι.Δ.Δ). 71
Σε πεοίπςχρη απώλειαπ επικξιμχμίαπ με ςξ Ι.Δ.Δ, ςόςε ςξ ρύρςημα ασςόμαςηπ ούθμιρηπ θα μεςαπίπςει ασςόμαςα ρε λειςξσογία ούθμιρηπ ςάρηπ ρύμτχμα με ςημ υαοακςηοιρςική ςάρηπ- άεογξσ ιρυύξπ ςξσ ρυήμαςξπ 4.6. Τξ ρημείξ ούθμιρηπ ςηπ ςάρηπ είμαι ξ ζσγόπ Υ.Τ. ςξσ Λ/Σ ρύμδερηπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ με ςξ Σύρςημα, δηλαδή ςξ ρημείξ (Ε) όπχπ ταίμεςαι ρςξ ρυήμα 4.2. Ωπ ρημείξ ούθμιρηπ ςξσ ρσμςελερςή ιρυύξπ και ςηπ άεογξσ ιρυύξπ ξοίζεςαι η πλεσοά Λ.Τ. ( ρημεία Υ ή Υ 1,...Υ η ςξσ ρυήμαςξπ 4.2 ) ςξσ Λ/Σ ρύμδερηπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ με ςξ Σύρςημα. Ο αιξλικόπ ρςαθμόπ ποέπει μα έυει ςη δσμαςόςηςα ασςόμαςηπ λειςξσογίαπ είςε ρε ςξπικό επίπεδξ ( Local ) ή με λήφη εμςξλήπ ρε ποαγμαςικό υοόμξ από ςξ Διαυειοιρςή ( Remote ). Σε πεοίπςχρη αδσμαμίαπ λήφηπ ςηπ ςιμήπ αματξοάπ ή επιβξλή λειςξσογίαπ ασςόμαςηπ ούθμιρηπ ρε ςξπικό επίπεδξ, θα γίμεςαι ούθμιρη ςηπ ςάρηπ ρςξ ρημείξ Ε βάρει ςηπ λξγικήπ ςηπ υαοακςηοιρςικήπ ςάρηπ-άεογξσ ιρυύξπ, όπχπ ταίμεςαι ρςξ ρυήμα 4.6. Ζ επιθσμηςή ςιμή ςξσ ελεγυόμεμξσ μεγέθξσπ ποέπει μα σλξπξιείςαι από ςξμ αιξλικό ρςαθμό εμςόπ 30 sec μεςά ςη λήφη ςξσ ρυεςικξύ ρήμαςξπ από ςξ Ι.Δ.Δ. Ζ ςαυύςηςα απόκοιρηπ ςξσ ρσρςήμαςξπ ούθμιρηπ ποέπει μα είμαι ςέςξια ώρςε, μεςά από μια βημαςική μεςαβξλή ςηπ ςάρηπ ρςξ ρημείξ Ε ή ςηπ ςιμήπ αματξοάπ ςξσ ρσμςελερςή ιρυύξπ ή ςηπ ςιμήπ αματξοάπ ςηπ άεογξσ ιρυύξπ, η άεογξπ ιρυύπ ενόδξσ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ μα τςάμει ςξ 90 % ςηπ ςιμήπ ςηπ ρςη μόμιμη καςάρςαρη,ρε υοόμξ μικοόςεοξ ςξσ 1 sec. Ζ ςαυύςηςα απόκοιρηπ ςξσ ρσρςήμαςξπ ούθμιρηπ ςηπ ςάρηπ όςαμ λειςξσογεί ρύμτχμα με ςη υαοακςηοιρςική ςξσ ρυήμαςξπ 4.6, θα είμαι αμάλξγη με ασςή πξσ απαιςείςαι καςά ςη λειςξσογία εκςέλερηπ εμςξλήπ από ςξ Ι.Δ.Δ, όπχπ πεοιγοάτεςαι πιξ πάμχ. Όςαμ ςα υαοακςηοιρςικά ςξσ Σσρςήμαςξπ ρςξ ρημείξ ρύμδερηπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ δεμ επιςοέπξσμ ςημ απξςελερμαςική ούθμιρη ςηπ ςάρηπ ρε ασςό ςξ ρημείξ, ςόςε καςόπιμ εγκοίρεχπ ςξσ Διαυειοιρςή ςξσ Σσρςήμαςξπ δεμ θα ποξβλέπεςαι επιβξλή εμςξλήπ ςάρηπ ( voltage set point ) και θα γίμεςαι ρςήοινη ςηπ ςάρηπ ρύμτχμα με ςη λξγική ςηπ υαοακςηοιρςικήπ ςάρηπ - άεογξσ ιρυύξπ ςξσ ρυήμαςξπ 4.6. Ζ λειςξσογία ξπξιξσδήπξςε άλλξσ μέρξσ ρςήοινηπ ςηπ ςάρηπ π.υ. ασςόμαςη ρύμδερη / απξρύμδερη πσκμχςώμ, ρύρςημα ασςόμαςηπ αλλαγήπ ςάρηπ σπό τξοςίξ ςξσ Λ/Σ ρύμδερηπ κςλ, ποέπει μα λειςξσογεί από κξιμξύ αομξμικά με ςξ ρύρςημα ασςόμαςηπ ούθμιρηπ ςάρηπ / άεογξσ ιρυύξπ / ρσμςελερςή ιρυύξπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ. Ζ καλή 72
λειςξσογία ςχμ επιπλέξμ μέρχμ ρςήοινηπ ςηπ ςάρηπ ποέπει μα απξδεικμύεςαι από ρυεςική μελέςη πξσ θα σπξβάλει ξ Παοαγχγόπ και θα εγκοίμεςαι από ςξμ αομόδιξ Διαυειοιρςή. Για ςημ ρύμαφη Σύμβαρηπ Σύμδερηπ αιξλικώμ ρςαθμώμ με ςξ Σύρςημα, ξι Παοαγχγξί ξτείλξσμ μα ποξρκξμίζξσμ ρςξ Διαυειοιρςή ςξσ Σσρςήμαςξπ πιρςξπξιηςικά από ςα ξπξία ποξκύπςει ρσμμόοτχρη με ςιπ ποξδιαγοατέπ ςχμ σπξπαοαγοάτχμ αμχςέοχ. Τα πιρςξπξιηςικά ποέπει μα έυξσμ εκδξθεί από πιρςξπξιημέμξσπ για ςξ ρκξπό ασςό τξοείπ. Σε πεοίπςχρη αδσμαμίαπ πιρςξπξίηρηπ και καςόπιμ εγκοίρεχπ ςξσ Διαυειοιρςή, ξι αμχςέοχ πεοιγοατόμεμεπ ςευμικέπ δσμαςόςηςεπ θα πιρςξπξιξύμςαι με βεβαίχρη ςξσ καςαρκεσαρςή ςχμ Α/Γ. Σε κάθε πεοίπςχρη ξ παοαγχγόπ τέοει ςημ ςελική εσθύμη ρε πεοίπςχρη μη ρσμμόοτχρηπ με ςιπ ποξδιαγοατέπ πξσ καθξοίζξμςαι με ςιπ διαςάνειπ ςξσ παοόμςξπ. Ο Διαυειοιρςήπ ςξσ Σσρςήμαςξπ διαςηοεί ςξ δικαίχμα εκςέλερηπ δξκιμώμ για ςξμ έλεγυξ ςηπ ρσμβαςόςηςαπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ με ςιπ απαιςήρειπ ςηπ παοξύραπ παοαγοάτξσ, " Απαιςήρειπ ούθμιρηπ ςάρεχπ, άεογξσ ιρυύξπ, ρσμςελερςή ιρυύξπ αιξλικξύ ρςαθμξύ ". Τξ κόρςξπ ςχμ δξκιμώμ θα βαούμει ςξμ παοαγχγό. Τξ πεδίξ εταομξγήπ ςχμ διαςάνεχμ ςηπ παοαγοάτξσ 4.3, πεοιλαμβάμει ςξσπ αιξλικξύπ ρςαθμξύπ πξσ ρσμδέξμςαι ρςξ Σύρςημα και έυξσμ ξμξμαρςική ιρυύ μεγαλύςεοη ςχμ 10 MW( Ά ςοόπξπ ρύμδερηπ αιξλικξύ ρςαθμξύ ). Σςημ πεοίπςχρη ςξσ Β ςοόπξσ ρύμδερηπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ με ςξ Σύρςημα, ςξ όοιξ ςχμ 10 MW αματέοεςαι ρςημ ρσμξλική εγκαςερςημέμη ιρυύ ςχμ ρσμδεόμεμχμ αιξλικώμ ρςαθμώμ ρςξ Λ/Σ Λ.Τ./Υ.Τ.. 4.4 Ικαμόςηςα αδιάλειπςηπ λειςξσογίαπ σπό υαμηλή ςάρη Τξ ταιμόμεμξ ςηπ διακύμαμρηπ ςάρηπ ( flicker ), δηλαδή η εμτάμιρη μικοώμ ασνξμειώρεχμ ςηπ ςάρηπ, είμαι πξλύ ρύμηθεπ απξςέλερμα ςηπ επιοοξήπ ςχμ αμεμξγεμμηςοιώμ ρςξ δίκςσξ. Όρξμ ατξοά ςώοα, ςημ επίδοαρη ςξσ δικςύξσ ρςιπ αμεμξγεμμήςοιεπ έυει παοαςηοηθεί όςι διάτξοεπ πςώρειπ ςάρειπ αλλά και ξι απαιςήρειπ άεογξσ ιρυύξπ μπξοεί μα ξδηγήρξσμ ςιπ αμεμξγεμμήςοιεπ εκςόπ λειςξσογίαπ. Για ςξ λόγξ ασςό, ρήμεοα ρςξσπ 73
καμξμιρμξύπ ςχμ δικςύχμ είμαι οηςή η απαίςηρη για ρσγκεκοιμέμη αμςξυή ςχμ αμεμξγεμμηςοιώμ ρε ςέςξιεπ καςαρςάρειπ με αδιάλειπςη ρσμέυιρη ςηπ λειςξσογίαπ ςξσπ σπό μειχμέμη ςάρη( Fault Ride Through ). Οι αμεμξγεμμήςοιεπ ςχμ αιξλικώμ ρςαθμώμ παοαγχγήπ ποέπει μα εναρταλίζξσμ δσμαςόςηςα αδιάλειπςηπ λειςξσογίαπ ρε ρτάλμαςα ςξσ δικςύξσ ρύμτχμα με ςξ ρυήμα 4.7. ρήκα 4.7 : Κακπύιε ηάζεο γηα αδηάιεηπηε ιεηηνπξγία αλεκνγελλήηξηαο Καμξμική λειςξσογία Σσμμεςοικέπ ή αρύμμεςοεπ βσθίρειπ ςάρηπ λόγχ ρταλμάςχμ ή διαςαοαυώμ ςξσ Σ.Ζ.Δ. δεμ ποέπει μα ξδηγξύμ ρε αρςάθεια ή απξρύμδερη ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ από ςξ Σ.Ζ.Δ. όςαμ η ςάρη ρςξ ρημείξ ρύμδερηπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ παίομει ςιμέπ ρςημ πεοιξυή πάμχ από ςημ παυιά γοαμμή ςξσ ρυήμαςξπ. Ασςή η γοαμμή ποξρδιξοίζει ςημ καςώςεοη ςιμή ςηπ επιςοεπςήπ πεοιξυήπ ςάρηπ ( καμξμική λειςξσογία ). Πεοιξυή 1 Ζ πεοιξυή 1 αμςιρςξιυεί ρε διαςαοαυέπ ή ρτάλμαςα πξσ ρσμβαίμξσμ από 0 έχπ 1.500 msec. Σύμςξμη απξρύμδερη από ςξ Σ.Ζ.Δ. επιςοέπεςαι ρε κάθε πεοίπςχρη για ςάρειπ 74
πξσ αμςιρςξιυξύμ ρε ρημεία ασςήπ ςηπ πεοιξυήπ. Οι αμεμξγεμμήςοιεπ ποέπει μα επαμαρσγυοξμίζξμςαι ρε λιγόςεοξ από 2 sec και με οσθμό αμάληφηπ ιρυύξπ μεςανύ ςξσ 10 % και 20 % ςηπ ξμξμαρςικήπ ςξσπ ιρυύξπ αμά δεσςεοόλεπςξ. Χοόμξπ επαμαρσγυοξμιρμξύ μεγαλύςεοξπ ςχμ 2 sec και οσθμόπ αμάληφηπ εμεογξύ ιρυύξπ μικοόςεοξπ ςξσ 10 % ςηπ ξμξμαρςικήπ ιρυύξπ αμά δεσςεοόλεπςξ, είμαι επιςοεπςξί κας' εναίοερη και μόμξ καςόπιμ έγκοιρηπ ςξσ Διαυειοιρςή ςξσ Σ.Ζ.Δ.. Πεοιξυή 2 Ζ πεοιξυή 2 αμςιρςξιυεί ρε διαςαοαυέπ ή ρτάλμαςα πξσ ρσμβαίμξσμ για υοξμικό διάρςημα μεγαλύςεοξσ ςξσ 1.5 sec. Σςημ πεοιξυή 2 επιςοέπεςαι η ασςόμαςη απξρύμδερη αμεμξγεμμηςοιώμ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ ( ποξρςαρία απόζεσνηπ ). Ζ απξρύμδερη ρσμβαίμει ρε 4 ρςάδια. Ιάθε ρςάδιξ ςηπ απξρύμδερηπ ποέπει μα απέυει 0.3 sec από ςξ ποξηγξύμεμξ και μα απξρσμδέξμςαι ρε ασςό ςξ 25 % ςχμ αμεμξγεμμηςοιώμ πξσ βοίρκξμςαι ρε λειςξσογία. Ζ επαμαρύμδερη ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ επιςοέπεςαι μα γίμεςαι όςαμ η ςάρη ρςξ ρημείξ ρύμδερηπ με ςξ Σ.Ζ.Δ. έυει επαμέλθει ρε ςιμέπ μεγαλύςεοεπ ςχμ 142.5 kv και 380 kv, για ςα ρσρςήμαςα μεςατξοάπ ςχμ 150 kv και 400 kv, αμςίρςξιυα. Οι αιξλικξί ρςαθμξί πξσ δεμ απξρσμδέξμςαι από ςξ Σ.Ζ.Δ. καςά ςη διάοκεια βσθίρεχμ ςάρηπ, ποέπει μα ρσμευίζξσμ μα παοάγξσμ εμεογό ιρυύ μεςά ςημ εκκαθάοιρη ςχμ ρταλμάςχμ, με οσθμό αμάληφηπ ιρυύξπ μεςανύ 10 % και 20 % ςηπ ξμξμαρςικήπ ςξσπ ιρυύξπ αμά δεσςεοόλεπςξ. 4.5 Σσμειρτξοά αιξλικώμ ρςαθμώμ ρςη ούθμιρη τξοςίξσ - ρσυμόςηςαπ 4.5.1 Ρσθμόπ μεςαβξλήπ ςηπ παοαγχγήπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ Ο αιξλικόπ ρςαθμόπ παοαγχγήπ θα ποέπει μα έυει ςη δσμαςόςηςα πεοιξοιρμξύ ςξσ οσθμξύ μεςαβξλήπ ( αύνηρη / μείχρη ) ςηπ παοαγόμεμηπ εμεογξύ ιρυύξπ ( μεςοξύμεμη ρςα ρημεία αματξοάπ Υ η Υ 1,... Υ η ) ρύμτχμα με ρσγκεκοιμέμα όοια μέγιρςξσ και ελάυιρςξσ οσθμξύ μεςαβξλήπ (+- MW / min) πξσ θα καθξοίζξμςαι από ςξ Διαυειοιρςή ςξσ Σσρςήμαςξπ καςά ςημ ρύμαφη ςηπ Σύμβαρηπ Σύμδερηπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ με ςξ 75
Σ.Ζ.Δ.. Τα εμ λόγχ όοια ςξσ οσθμξύ μεςαβξλήπ θα είμαι εταομόριμα ρε όλεπ ςιπ λειςξσογικέπ καςαρςάρειπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ, δηλαδή εκκίμηρη,καμξμική λειςξσογία, ρςάρη, λειςξσογία πεοιξοιρμξύ ςηπ παοαγχγήπ. 4.5.2 Μέγιρςη ιρυύπ ενόδξσ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ Ο αιξλικόπ ρςαθμόπ ποέπει μα μπξοεί μα πεοιξοίζει ςημ παοαγόμεμη ιρυύ ςξσ ποξκειμέμξσ μα μημ σπεοβαίμει ςημ ςιμή η ξπξία θα απξρςέλλεςαι από ςξμ Διαυειοιρςή ςξσ Σσρςήμαςξπ. Ο αιξλικόπ ρςαθμόπ ρςξμ ξπξίξ θα απξρςέλλεςαι ςξ ρήμα πεοιξοιρμξύ ςηπ ιρυύξπ θα ποέπει μα σλξπξιεί ςξ ρήμα εμςόπ 60 sec από ςη λήφη ςξσ. Ιαςά ςη λειςξσογία με πεοιξοιρμό ςηπ παοαγόμεμηπ ιρυύξπ, ξ οσθμόπ μεςαβξλήπ ςηπ εμεογξύ ιρυύξπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ παοαγχγήπ δεμ θα ποέπει μα σπεοβαίμει ςα όοια πξσ έυξσμ καθξοιρςεί από ςξ Διαυειοιρςή ςξσ Σ.Ζ.Δ. καςά ςη ρύμαφη ςηπ Σύμβαρηπ Σύμδερηπ με ςξ Σ.Ζ.Δ.. 4.5.3 Έλεγυξπ ςηπ παοαγόμεμηπ ιρυύξπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ ρύμτχμα με ςη ρσυμόςηςα ςξσ σρςήμαςξπ Για ςημ σλξπξίηρη ςηπ δεύςεοηπ καςάρςαρηπ λειςξσογίαπ, δηλαδή ελέγυξσ ςηπ εμεογξύ ιρυύξπ ρσμαοςήρει ςηπ ρσυμόςηςαπ ςξσ Σσρςήμαςξπ, ξ αιξλικόπ ρςαθμόπ θα ποέπει μα διαθέςει ενξπλιρμό ( ρύρςημα απόκοιρηπ ρσυμόςηςαπ ) πξσ θα επιςοέπει ςη ούθμιρη ςηπ παοαγόμεμηπ εμεογξύ ιρυύξπ ρε ρσμάοςηρη με ςη ρσυμόςηςα ςξσ Σσρςήμαςξπ ρύμτχμα με ςξ ρυήμα 4.8. Ζ λειςξσογία ασςή θα εμεογξπξιείςαι ρε εκςέλερη εμςξλήπ πξσ θα λαμβάμεςαι από ςξ Ι.Δ.Δ.. Τξ ρύρςημα απόκοιρηπ ρσυμόςηςαπ θα ποέπει μα μπξοεί μα σλξπξιήρει ςημ καμπύλη ρσυμόςηςαπ-παοαγόμεμηπ εμεογξύ ιρυύξπ, ςξσ ρυήμαςξπ 4.8. Οι παοάμεςοξι πξσ θα καθξοίζξσμ ςα ρημεία Α, Β, Γ, Δ και Δ ( ζεύγη ςιμώμ ρσυμόςηςαπ - εμεογξύ ιρυύξπ ) επενηγξύμςαι ρςξμ πίμακα 4.1. Ζ ακοίβεια μέςοηρηπ ςηπ ρσυμόςηςαπ ποέπει μα είμαι ςξσλάυιρςξμ 10 mhz. 76
ρήκα 4.8: Κακπύιε ζπρλόηεηαο - ελεξγνύ ηζρύνο ημείξ Φαοακςηοιρςικήπ συμόςηςα Ιρυύπ αματξοάπ P- f ρσρςήμαςξπ ( Hz ) ( % διαθέριμηπ εμεογξύ ιρυύξπ) Α f a 100% min( P b, ρήμα πεοιξοιρμξύ εμεογξύ Β Γ Δ f b f c f d ιρυύξπ ) min( P c, ρήμα πεοιξοιρμξύ εμεογξύ ιρυύξπ ) min( P d, ρήμα πεοιξοιρμξύ εμεογξύ ιρυύξπ ) Δ f e 0 Πίλαθαο 4.1 : πρλόηεηα - ελεξγόο ηζρύο 77
Πεοιξυή ρσυμξςήςχμ f b - f c Υπό καμξμικέπ μεςαβξλέπ ςηπ ρσυμόςηςαπ ςξσ Σ.Ζ.Δ. ξι αμεμξγεμμήςοιεπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ θα λειςξσογξύμ με εμεογό ιρυύ ενόδξσ πξσ καθξοίζεςαι από ςξ ςμήμα ΒΓ, δηλαδή η ρσυμόςηςα θα κσμαίμεςαι από 49.5 Hz έχπ 50.5 Hz. Τα ρημεία Β και Γ θα ξοίζξσμ μία μεκοή ζώμη ςηπ υαοακςηοιρςική ελέγυξσ ρσυμόςηςαπ - εμεογξύ ιρυύξπ όπξσ ξ αιξλικόπ ρςαθμόπ θα λειςξσογεί με ρςαθεοό πξρξρςό ςηπ διαθέριμηπ ιρυύξπ. Ο διαυειοιρςήπ διαςηοεί ςξ δικαίχμα μα ζηςά δσμαςόςηςα ούθμιρηπ παοαγχγήπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ ρε ρυέρη με ςη ρσυμόςηςα και ρε ασςή ςημ πεοιξυή λειςξσογίαπ. Πεοιξυή ρσυμξςήςχμ f a - f b Αμ η ρσυμόςηςα ςξσ ρσρςήμαςξπ μειχθεί κάςχ από ςξ ρημείξ Β ςόςε ςξ ρύρςημα απόκοιρηπ ρσυμόςηςαπ θα εμεογξπξιηθεί ποξκειμέμξσ μα ασνηθεί η παοαγόμεμη εμεογόπ ιρυύπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ ρύμτχμα με ςξ ςμήμα Β-Α ςηπ υαοακςηοιρςικήπ ελέγυξσ ρσυμόςηςαπ - εμεογξύ ιρυύξπ. Πεοιξυή ρσυμξςήςχμ > f c Αμ η ρσυμόςηςα ςξσ Σ.Ζ.Δ. ασνηθεί πέοαμ ςξσ ρημείξσ Γ, ςξ ρύρςημα απόκοιρηπ ρσυμόςηςαπ θα εμεογήρει έςρι ώρςε μα μειχθεί η εμεογόπ ιρυύπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ ρύμτχμα με ςξ ςμήμα Γ-Δ-Δ ςηπ υαοακςηοιρςικήπ ρσυμόςηςαπ - εμεογξύ ιρυύξπ. Όπχπ ποξκύπςει από ςξμ πίμακα 4.1, η παοαγόμεμη από ςξμ αιξλικό ρςαθμό εμεογόπ ιρυύπ θα είμαι ρσμάοςηρη ςηπ ρσυμόςηςαπ ςξσ Σ.Ζ.Δ, ςηπ ςοέυξσραπ διαθέριμηπ εμεογξύ ιρυύξπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ κι ςξσ ρήμαςξπ πεοιξοιρμξύ ιρυύξπ πξσ θα ρςέλμει ξ Διαυειοιρςήπ ςξσ Σ.Ζ.Δ. ρςξμ αιξλικό ρςαθμό. Οι ςιμέπ ςχμ παοαμέςοχμ P b, P c, P d,f a,f b,f c,f d, ςξσ πίμακα..., θα καθξοίζξμςαι καςά ςημ σπξγοατή ςηπ Σύμβαρηπ Σύμδερηπ ςξσ αιξλικξύ ρςαθμξύ με ςξ Σ.Ζ.Δ. κι θα μεςαβάλλξμςαι ρύμτχμα με ςιπ απαιςήρειπ ςξσ Διαυειοιρςή ςξσ Σ.Ζ.Δ. Ιάθε αλλαγή ςχμ αμχςέοχ παοαμέςοχμ ποέπει μα αμακξιμώμεςαι από ςξ Διαυειοιρςή ςξσ Σ.Ζ.Δ. ρςξμ παοαγχγό ςξσλάυιρςξμ 2 εβδξμάδεπ ποιμ ςημ εταομξγή ςξσπ. 78
4.6 Γεμικξί έλεγυξι ςηπ εμεογξύ ιρυύξπ Ο ελεγκςήπ ςξσ αιξλικξύ πάοκξσ ποέπει μα έυει διάτξοξσπ ςύπξσπ οσθμίρεχμ. Ποξκειμέμξσ μα εναρταλιρςεί όςι ξι διάτξοεπ οσθμίρειπ και πεοιξοιρςικξί παοάγξμςεπ δεμ παοεμβάλλξμςαι μεςανύ ςξσπ, με ςοόπξ μη θεμιςό, σπάουει μία λίρςα ποξςεοαιόςηςαπ με βάρη ςημ ξπξία θα ποέπει μα λειςξσογεί ξ ελεγκςήπ. Ζ θέρη ςξσ εκάρςξςε ελέγυξσ ρςημ λίρςα καθξοίζει και ςημ βαούςηςά ςξσ. Ασςό έυει χπ ρσμέπεια ςξ ποώςξ ρςξιυείξ ςηπ λίρςαπ μα είμαι και ξ έλεγυξπ με ςημ πιξ ασνημέμη βαούςηςα. Ζ παοακάςχ λίρςα είμαι τθίμξσραπ βαούςηςαπ. 1. Ποξρςαρία ρσρςήμαςξπ ( system protection ) 2. Έλεγυξπ ρσυμόςηςαπ ( frequency control ) 3. Έλεγυξπ ςεομαςιρμξύ ( stop control ) 4. Έλεγυξπ ιρξοοξπίαπ ( balance control ) 5. Πεοιξοιρμόπ ρσμςελερςή ιρυύξπ ( power gradient constrainer ) 6. Απόλσςξ όοιξ παοαγχγήπ ( absolute production limit ) 7. Έλεγυξπ δ ( delta control ) Ασςέπ ξι λειςξσογίεπ ελέγυξσ ςηπ εμεογξύ ιρυύξπ θα ποέπει μα ρσμτχμξύμ λεπςξμεοώπ με ςξμ υειοίρςη ςξσ ρσρςήμαςξπ ηλεκςοικήπ εμέογειαπ. Σε πεοίπςχρη πξσ μία ή πεοιρρόςεοεπ πεοιξοιρςικέπ οσθμίρειπ εμεογξπξιηθξύμ, ςξ αιξλικό πάοκξ ποξταμώπ δεμ θα παοάγει ςημ ιρυύ πξσ θα μπξοξύρε μα παοάγει εάμ δεμ σπήουαμ ξι πεοιξοιρμξί. Τόςε ςξ αιξλικό πάοκξ θα ποέπει μα έυει ςημ δσμαςόςηςα: - μα παοέυει ρςξ διαυειοιρςή ςξσ ρσρςήμαςξπ μία εκςίμηρη ςηπ δσμαςήπ παοαγχγήπ. - μα μεςοήρει ςημ ποαγμαςικά παοαγόμεμη ιρυύ - μα σπξλξγίρει ςημ «μη παοευόμεμη ιρυύ» πξσ ξτείλεςαι ρςημ επιβξλή κάπξιξσ από ςξσπ παοαπάμχ καμξμιρμξύπ. 79
4.6.1 Ποξρςαρία ρσρςήμαςξπ ( system protection ) Ο πεοιξοιρμόπ ποξρςαρίαπ ρσρςήμαςξπ είμαι μία ποξρςαςεσςική λειςξσογία η ξπξία θα ποέπει μα είμαι ικαμή μα οσθμίζει ποξπ ςα κάςχ (downward regulation) ςημ παοαγχγή ιρυύξπ ςξσ αιξλικξύ πάοκξσ ρε έμα επίπεδξ ςξ ξπξίξ είμαι απξδεκςό από ςξ Σ.Ζ.Δ, ςξ ξπξίξ ρςέλμει και ςξ αμάλξγξ ρήμα ποξπ ςξμ ελεγκςή. Δίμαι ρημαμςικό ξ πεοιξοιρμόπ ασςόπ μα εμεογξπξιηθεί γοήγξοα ποξκειμέμξσ μα απξτεσυθεί καςάοοεσρη ςξσ ρσρςήμαςξπ. ρήκα 4.9 : Πξνζηαζία πζηήκαηνο 4.6.2 Έλεγυξπ ρσυμόςηςαπ ( frequency control ) Σε πιθαμέπ διακσμάμρειπ ςηπ ρσυμόςηςαπ ρςξ Σ.Ζ.Δ., όλεπ ξι μξμάδεπ παοαγχγήπ πξσ είμαι ρσμδεδεμέμεπ ρςξ δίκςσξ μεςατξοάπ ποέπει μα είμαι ικαμέπ μα οσθμίρξσμ ςημ παοαγχγή ιρυύξπ βαριζόμεμεπ ρε ςξπικέπ μεςοήρειπ ρσυμόςηςαπ έςρι ώρςε μα σπξρςηοίνξσμ ςημ απξκαςάρςαρη ςηπ ξμξμαρςικήπ ρσυμόςηςαπ, δηλαδή ςα 50 Hz. 80
4.6.3 Έλεγυξπ ςεομαςιρμξύ ( Stop control ) Τξ αιξλικό πάοκξ θα ποέπει μα διαςηοήρει ςημ παοαγχγή ιρυύξπ ρςξ μέγιρςξ δσμαςό ρημείξ ακόμα και αμ σπάουει αύνηρη ρςημ ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ. ρήκα 4.10 : Έιεγρνο Σεξκαηηζκνύ 4.6.4 Έλεγυξπ ιρξοοξπίαπ ( balance control ) Ζ παοαγχγή ιρυύξπ ςξσ αιξλικξύ πάοκξσ θα ποέπει μα αλλάζει είςε ασςό ρημαίμει ούθμιρη ποξπ ςα πάμχ (upward regulation) ή ούθμιρη ποξπ ςα κάςχ(downward regulation)αμάλξγα με ςημ εκάρςξςε απαίςηρη για ιρυύ και μα διαςηοεί ςημ ιρυύ ρςα διακοιςά ασςά επίπεδα. 81
ρήκα 4.11 : Έιεγρνο Ιζνξξνπίαο 4.6.5 Πεοιξοιρςήπ κλίρηπ ιρυύξπ ( power gradient constrainer ) Ο πεοιξοιρςήπ κλίρηπ ιρυύξπ ξοίζει πόρξ γοήγξοα η παοαγχγή ιρυύξπ ποέπει μα ποξραομξρςεί ρε μία ούθμιρη ποξπ ςα πάμχ(upward regulation) ή ούθμιρη ποξπ ςα κάςχ(downward regulation). Οσριαρςικά, θα ποέπει μα εμπξδίζει ςημ παοαγχγή μα ασνηθεί απόςξμα όςαμ η ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ ασνάμεςαι ή όςαμ γίμεςαι η εκκίμηρη ςξσ πάοκξσ ςασςόυοξμα με ςημ ύπαονη ιρυσοώμ αμέμχμ. Όςαμ μειώμεςαι η ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ, ξ πεοιξοιρςήπ δεμ έυει καμία λειςξσογία, εκςόπ και αμ είμαι εμεογξπξιημέμξπ ξ έλεγυξπ δ. Για λόγξσπ ρχρςήπ λειςξσογίαπ ςξσ ρσρςήμαςξπ, μπξοεί μα μαι απαοαίςηςξ για ςιπ αμεμξγεμμήςοιεπ μα πεοιξοίρξσμ ςημ μέγιρςη ςαυύςηςα ρςημ ξπξία η παοαγόμεμη ιρυύπ αλλάζει αμάλξγα με ςιπ μεςαβξλέπ πξσ γίμξμςαι ρςημ ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ. 82
ρήκα 4.12 : Πεξηνξηζηήο θιίζεο ηζρύνο 4.6.6 Απόλσςξ όοιξ παοαγχγήπ ( absolute production limit ) Ο ρσγκεκοιμέμξπ έλεγυξπ, πεοιξοίζει ςξ μέγιρςξ επίπεδξ παοαγχγήπ (ρσγκεκοιμέμα MW) ρςξ ρημείξ όπξσ γίμεςαι η ρύμδερη με ςξ δίκςσξ (PCC), ποξκειμέμξσ μα απξτεσυθεί σπεοτόοςιρη ςξσ Σ.Ζ.Δ. ρήκα 4.13 : Απόιπην όξην παξαγσγήο 83
4.6.7 Έλεγυξπ δ ( delta control ) Ηα ποέπει ςξ αιξλικό πάοκξ μα μπξοεί μα μειώρει ςημ παοαγχγή ιρυύξπ ςξσ καςά μία επιθσμηςή ςιμή ( όοιξ παοαγχγήπ καςά MW delta ) ρσγκοιμόμεμξ με ςξ ςι είμαι δσμαςό μα παοαυθεί ςημ ρσγκεκοιμέμη ρςιγμή. ρήκα 4.14 : Έιεγρνο δ 84
Κετάλαιξ 5 Ποξρξμξίχρη με ςξ Matlab - Simulink Μη γοαμμικόπ έλεγυξπ ιρυύξπ αμεμξγεμμηςοιώμ DFIG για εμρχμάςχρη ρε εικξμικξύπ ρςαθμξύ ιρυύξπ (V.P.P) 85
5.1 Πεοιγοατή ποξρξμξίωρηπ Οι επαγχγικέπ γεμμήςοιεπ διπλήπ ςοξτξδξρίαπ ( DFIG ) απξςελξύμ ςιπ ρημαμςικόςεοεπ μξμάδεπ πξσ ρσμαμςάμε ρε δίκςσα διαμξμήπ με ρημαμςικέπ δσμαςόςηςεπ όρξμ ατξοά ςημ ούθμιρη ςηπ ιρυύξπ ςξσπ. Ωρςόρξ ασςέπ ξι δσμαςόςηςεπ γίμξμςαι ακόμα πιξ ρημαμςικέπ ρςα ρύγυοξμα δίκςσα, όπξσ ςα μικοά ασςά δίκςσα εμρχμαςώμξμςαι ρε μεγαλύςεοα δίκςσα, κάςι ςξ ξπξίξ είμαι γμχρςό χπ ρυέδιξ εικξμικξύ ρςαθμξύ ιρυύξπ (virtual power plant -VPP). Σςημ ρσγκεκοιμέμη ποξρξμξίχρη, η ρσμξλική εμεογόπ ιρυύπ πξσ παοάγεςαι από ςημ DFIG ελέγυεςαι από ςημ αμςίρςξιυη εμεογό ιρυύ ςξσ ρςάςη εμώ για μα έοθει η άεογξπ ιρυύπ ρςα επιθσμηςά επίπεδα υοηριμξπξιξύμε έμα droop ελεγκςή. Σςημ ρσμέυεια θα παοξσριαρθξύμ ςμημαςικά ςα blocks πξσ υοηριμξπξιήθηκαμ, ξι ενιρώρειπ πξσ σλξπξιήθηκαμ και θα γίμει αμαλσςική πεοιγοατή ςχμ ρςξιυείχμ πξσ δημιξσογήθηκαμ ρςξ Matlab-Simulink για μα ποαγμαςξπξιηθεί η ποξρξμξίχρη. 5.2 Χοηριμξπξιξύμεμα blocks Τα blocks πξσ υοηριμξπξιήραμε για μα κάμξσμε ςημ ποξρξμξίχρη ρςξ Mat Lab είμαι ςα ενήπ : Πξλσπλέκςηπ(Mux) Σσμάοςηρη(Function) Αθοξιρςήπ(Add) Πξλλαπλαριαρςήπ(Product) Ιέοδξπ(Gain) Παοάγχγξπ (Derivative) Ολξκληοχςήπ(Integrator) Goto From Χοξμιρςήπ (Timer) Scope Ακξλξσθεί μία ρύμςξμη παοξσρίαρη ςχμ ποξαματεοθέμςχμ blocks 86
5.2.1 Πξλσπλέκςηπ ( Mux ) ρήκα 5.1 : Πνιππιέθηεο Ο πξλσπλέκςηπ ρσμδσάζει διάτξοα ρήμαςα ειρόδξσ και ςα βγάζει ρςημ ένξδό ςξσ ποξκειμέμξσ μα υοηριμξπξιηθξύμ καςάλληλα από ςξμ υοήρςη. Δίμει ςημ δσμαςόςηςα μέρχ ςξσ μεμξύ ςξσ, μα διαλένει ξ υοήρςηπ πόρεπ ειρόδξσπ θέλει μα υοηριμξπξιήρει. 5.2.2. σμάοςηρη ( Fcn ) ρήκα 5.2 : πλάξηεζε Ζ ρσμάοςηρη επιβάλει κάπξιεπ μαθημαςικέπ εκτοάρειπ,πξσ γοάτξμςαι ρςξ ρώμα ςηπ, ρςημ είρξδξ και βγάζει ςημ σπξλξγιρμέμη ςιμή ρςημ ένξδό ςηπ. Λέρχ ςξσ μεμξύ μπξοείπ μα πεοάρειπ ςημ επιθσμηςή μαθημαςική έκτοαρη πξσ θέλξσμε μα σπξλξγιρςεί. 87
Ζ ρειοά ποξςεοαιόςηςαπ ςχμ ρσμςελερςώμ είμαι η ακόλξσθη: 1. ( ) 2. ^ 3. + - (unary) 4.! 5. * / 6. + - 7. > < <= >= 8. ==!= 9. && 10. Όπχπ βλέπξσμε η Fcn εκςελεί και ποάνειπ μεςανύ ςελερςώμ λξγικήπ. 5.2.3 Αθοξιρςήπ ( Add ) ρήκα 5.3 : Αζξνηζηήο 88
Τξ block αθοξιρςήπ ποαγμαςξπξιεί ποόρθερη ή αταίοερη ρςιπ ςιμέπ πξσ παίομει ραμ ειρόδξσπ. Αμάλξγα με ςξ ποόρημξ πξσ θα διαλένξσμε για μα βάλξσμε ρςξ "list of signs" εκςελεί και ςημ αμςίρςξιυη ποάνη. 5.2.4 Πξλλαπλαριαρςήπ ( Product ) ρήκα 5.4 : Πνιιαπιαζηαζηήο Τξ block πξλλαπλαριαρςήπ εκςελεί ςιπ ποάνειπ ςξσ πξλλαπλαριαρμξύ και ςηπ διαίοερηπ ρςιπ ςιμέπ πξσ παίομει ρςιπ ειρόδξσπ ςξσ. Ζ επιλξγή ςξσ αοιθμξύ ςχμ ειρόδχμ αλλά και ςξσ ςελερςή γίμεςαι από ςξ μεμξύ ςχμ παοαμέςοχμ ςξσ ρσγκεκοιμέμξσ block. 89
5.2.5 Κέοδξπ ( Gain ) ρήκα 5.5 : Κέξδνο Τξ block Ιέοδξπ, πξλλαπλαριάζει ςημ ςιμή ειρόδξσ ςξσ με μία ρςαθεοά ςημ ξπξία επιλέγξσμε μέρχ ςξσ μεμξύ παοαμέςοχμ ςξσ block. Αλλάζξμςαπ ςημ ςιμή ρςημ επιλξγή gain αλλάζει και η ρςαθεοά με ςημ ξπξία πξλλαπλαριάζξσμε ςημ είρξδξ μαπ. 90
5.2.6 Παοάγχγξπ ( Derivative ) ρήκα 5.6 : Παξάγσγνο Τξ block Παοάγχγξπ εκςελεί ςημ ποάνη ςηπ παοαγώγιρηπ ρςημ ςιμή πξσ δέυεςαι ραμ είρξδξ. 5.2.7 Ολξκληοχςήπ ( Integrator ) ρήκα 5.7 : Οινθιεξσηήο Τξ block Ολξκληοχςήπ σπξλξγίζει ςξ ξλξκλήοχμα ςηπ ςιμήπ πξσ δέυεςαι ραμ είρξδξ. 5.2.8 Goto -From ρήκα 5.8 : Goto θαη From 91
Ασςά ςα δύξ blocks ρσμεογάζξμςαι μεςανύ ςξσπ και μαπ δίμξσμ ςημ δσμαςόςηςα μα μεςατέοξσμε ςημ ςιμή ενόδξσ εμόπ block, μέρχ ςξσ block goto, ρε ξπξιξδήπξςε ρημείξ ρςξ διάγοαμμά μαπ, μέρχ ςξσ block from. Ασςό επιςσγυάμεςαι υοηριμξπξιώμςαπ ςξ ίδιξ όμξμα ρςξ tag ςξσ goto και ςξσ from. Πξλλά from μπξοξύμ μα υοηριμξπξιηθξύμ για ςξ ίδιξ goto. 5.2.9 Φοξμιρςήπ ( Timer ) ρήκα 5.9 : Υξνληζηήο Τξ block Χοξμιρςήπ, παοάγει έμα ρήμα πξσ αλλάζει ρε ρσγκεκοιμέμεπ υοξμικέπ ρςιγμέπ. Ζ ούθμιρη ςξσ πλάςξσπ ςξσ ρήμαςξπ αλλά και ςηπ υοξμικήπ ρςιγμήπ πξσ θα γίμει κάπξια μεςαβξλή οσθμίζξμςαι από ςξ μεμξύ ςχμ παοαμέςοχμ ςξσ block. 92
5.2.10 Scope ρήκα 5.10 : Scope Τξ block Scope μαπ δείυμει ςημ μξοτή πξσ έυει έμα ρήμα καςά ςη διάοκεια ςηπ ποξρξμξίχρηπ. Λπξοξύμε μα οσθμίρξσμε ςιπ ςιμέπ πξσ θα μαπ δείυμξσμ ξι άνξμεπ υ και y μέρχ ςξσ μεμξύ ςχμ παοαμέςοχμ ςξσ ρσγκεκοιμέμξσ block. 93
5.3 Ενιρώρειπ και ρςαθεοέπ πξσ υοηριμξπξιήθηκαμ ρςημ ποξρξμξίωρη Οι ρςαθεοέπ πξσ υοηριμξπξιήθηκαμ ρςημ ποξρξμξίχρη ταίμξμςαι ρςξμ παοακάςχ πίμακα: Σύμβξλξ Πξρόςηςα Τιμή χ s Σύγυοξμη ςαυύςηςα 100*π rad/sec U grid Τάρη δικςύξσ 700 Volt( rms) R s Αμςίρςαρη Σςάςη 0,01 Ohm R r Αμςίρςαρη Δοξμέα 0,00842 Ohm L s Δμπέδηρη Σςάςη 0,005305 H L r Δμπέδηρη Δοξμέα 0,0053137 H L m Αμξιβαία Δπαγχγή 0,0051839 H p Εεύγη Πόλχμ 3 R Ακςίμα Πςεοσγίξσ 35 m b Σσμςελερςήπ Τοιβήπ Δοξμέα 0,00015N*m*sec/rad J Αδοάμεια Δοξμέα 765,5 kg*m^2 n g Σσμςελερςήπ Ιιβχςίξσ 62,5 Ταυσςήςχμ β Γχμία Βήμαςξπ Πςεοσγίχμ 0 d Πσκμόςηςα Αμέμξσ 1,2 kg/m^3 k pp Σσμςελερςήπ Ιέοδξσπ k_pp 0,005 k ip Σσμςελερςήπ Ιέοδξσπ k_ip 0,01 k pq Σσμςελερςήπ Ιέοδξσπ k_pq 0,01 k iq Σσμςελερςήπ Ιέοδξσπ k_iq 0,01 k droop Σσμςελερςήπ Ιέοδξσπ k_droop -300 U ds U qs Τιμή Αματξοάπ Τάρη Σςάςη ρςξμ d άνξμα 0 Τιμή Αματξοάπ Τάρη Σςάςη ρςξμ q άνξμα 700*sqrt(2) Πίλαθαο 5.1 : Παξάκεηξνη ηνπ ζπζηήκαηνο πξνζνκνίσζεο Σςημ ποξρξμξίχρή μαπ θεχοξύμε όςι η ςιμή αματξοάπ ςηπ ςάρηπ ςξσ ρςάςη βοίρκεςαι πάμχ ρςξμ q άνξμα άοα Uds=0 94
5.4 Ενιρώρειπ αμεμξγεμμήςοιαπ 5.4.1 Δνιρώρειπ απξοοότηρηπ αιξλικήπ εμέογειαπ από ςημ αμεμξγεμμήςοια Ζ ιρυύπ πξσ απξοοξτάςαι από ςξμ άμεμξ και μεςαςοέπεςαι ρε μηυαμική ρςημ αμεμξγεμμήςοια ιρξύςαι με : P m = 2 1 * d * π * R 2 * C p (λ) * V 3 wind ( ενίρχρη 5.1 ) όπξσ d είμαι η πσκμόςηςα ςξσ αμέμξσ, R είμαι η ακςίμα ςχμ πςεοσγίχμ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ,v_wind είμαι η ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ και C p είμαι ξ ρσμςελερςήπ ιρυύξπ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ, ξ ξπξίξπ δίμεςαι από ςημ ρυέρη: 116 12.5 C p (λ, β)= 0.22 ( - 0.4 * β - 5) * exp( i i ) ( ενίρχρη 5.2 ) 1 1 0.0035 = - i 0.08 * 1 ^3 ( ενίρχρη 5.3 ) όπξσ β είμαι η γχμία βήμαςξπ ςχμ πςεοσγίχμ και λ είμαι ξ λόγξπ ςαυύςηςαπ ακοξπςεοσγίξσ (tip-speed ration-tsr) και ποξρδιξοίζεςαι από ςξμ ςύπξ : λ = χ rot *R / V wind ( ενίρχρη 5.4 ) Δναιςίαπ ςηπ ύπαονηπ κιβχςίξσ ςαυσςήςχμ με ρσμςελερςή ρύμπλενηπ n g, η ςαυύςηςα πεοιρςοξτήπ ςχμ πςεοσγίχμ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ χ rot, ρυεςίζεςαι με ςξ χ r μέρχ ςηπ ρυέρηπ : χ r = n g * χ rot ( ενίρχρη 5.5) και η οξπή ρςξ δοξμέα ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ δίμεςαι από ςξμ ςύπξ : 95
P m = T m * χ r ( ενίρχρη 5.6 ) 1 T rot * χ rot = (P m = T m * χ r )= T m * n g * χ rot => T m = T rot * ng ( ενίρχρη 5.7 ) 5.4.2 Δνιρώρειπ ηλεκςοικώμ ρςξιυείχμ αμεμξγεμμήςοιαπ ρςξσπ άνξμεπ d-q Τξ δσμαμικό μξμςέλξ μιαπ DFIG με ενιρώρειπ και ειρόδξσπ ρςξσπ άνξμεπ d-q μπξοεί μα γοατςεί όπχπ παοακάςχ : U ds = λ ds - χ s * λ qs + R s * I ds ( ενίρχρη 5.8 ) U qs = λ qs - χ s * λ ds + R s * I qs ( ενίρχρη 5.9 ) V dr = λ dr - (χ s - p * χ r )* λ qr + R r * I dr ( ενίρχρη 5.10 ) V qr = λ qr - (χ s - p * χ r )* λ dr + R r * I qr ( ενίρχρη 5.11 ) λ ds = L s * I ds + L m * I dr ( ενίρχρη 5.12 ) λ dr = L r * I dr + L m * I ds ( ενίρχρη 5.13 ) λ qs = L s * I qs + L m * I qr ( ενίρχρη 5.14 ) λ qr = L r * I qr + L m * I qs ( ενίρχρη 5.15 ) 3 J * ώ r + b * χ r = * p * Lm * (λqs * I dr - λ ds * I qr ) -T m ( ενίρχρη 5.16 ) 2 Ls P s = 2 3 * ( Uds * I ds + U qs * I qs ) ( ενίρχρη 5.17 ) 96
Q s = 2 3 * ( Uqs * I ds - U ds * I qs ) ( ενίρχρη 5.18 ) P r = 2 3 * ( Vdr * I dr + V qr * I qr ) ( ενίρχρη 5.19 ) Q r = 2 3 * ( Vqr * I dr - V dr * I qr ) ( ενίρχρη 5.20 ) όπξσ ξι δείκςεπ d,q αματέοξμςαι ρςα ρςξιυεία ρςξσπ d και q άνξμεπ αμςίρςξιυα, ςα r και s αματέοξμςαι ρςξ δοξμέα και ρςξμ ρςάςη ςηπ γεμμήςοιαπ, ςξ U και ςξ V αματέοξμςαι ρςημ ρςαθεοή ςάρη ςξσ δικςύξσ και ρςημ ελεγυόμεμη ςάρη, λ είμαι η οξή, ςξ I αματέοεςαι ρςξ οεύμα, ςξ p για είμαι ςα ζεύγη πόλχμ, ςξ χ r αματέοεςαι ρςημ ςαυύςηςα πεοιρςοξτήπ ςξσ δοξμέα ςηπ γεμμήςοιαπ,ςξ χ s αματέοεςαι ρςημ γχμιακή ρσυμόςηςα ςξσ δικςύξσ, ςξ R ρσμβξλίζει ςημ αμςίρςαρη ρε Ohm, ςξ L για ςιπ επαγχγέπ και ςξ Lm είμαι η αμξιβαία επαγχγή, ςξ J είμαι ξ ρσμςελερςήπ αδοάμειαπ ρςξμ δοξμέα ςηπ επαγχγικήπ γεμμήςοιαπ, ςξ b είμαι ξ ρσμςελερςήπ ςοιβήπ ςξσ δοξμέα, ςξ Tm είμαι η μηυαμική οξπή ρςξ δοξμέα και ςέλξπ ςα P και Q ρσμβξλίζξσμ ςημ εμεογό και άεογξ ιρυύ. Ο ςόμξπ πάμχ από έμα ρύμβξλξ, ρσμβξλίζει ςημ παοάγχγξ ασςήπ ςηπ μεςαβληςήπ. 5.4.3 Δνιρώρειπ ςχμ δύξ PI ελεγκςώμ Για ςημ είρξδξ ςξσ δοξμέα V dr, υοηριμξπξιξύμε ςξμ παοακάςχ ελεγκςή: t V dr = k PQ *Q s + k IQ * 0 ( Q s - Q s ref ) dς (ενίρχρη 5.21) όπξσ ςξ Q s ref είμαι η είρξδξπ αματξοάπ ςηπ άεογξσ ιρυύξπ ςξσ ρςάςη και ςα k PQ και k IQ είμαι θεςικξί ρσμςελερςέπ. Αμςίρςξιυα, για ςημ είρξδξ ςξσ δοξμέα V qr,υοηριμξπξιξύμε ςξμ παοακάςχ ελεγκςή: 97
t V qr = k PP *P s + k IP* 0 ( P s - P s ref ) dς (ενίρχρη 5.22) όπξσ ςξ P s ref είμαι η είρξδξπ αματξοάπ ςηπ εμεογξύ ιρυύξπ ςξσ ρςάςη και ςα k PP και k IP είμαι θεςικξί ρσμςελερςέπ. Ο λειςξσογόπ ςξσ VPP παοέυει ςημ ςιμή αματξοάπ ςηπ εμεογξύ ιρυύξπ για κάθε μξμάδα πξσ πεοιλαμβάμει. Από ςημ ρςιγμή πξσ η είρξδξπ ελέγυξσ ςηπ ιρυύξπ ςηπ DFIG πξσ οσθμίζξσμ ξι P-I ελεγκςέπ είμαι η ςιμή αματξοάπ ςηπ ιρυύξπ ςξσ ρςάςη, η ρσμξλική ςιμή αματξοάπ ςηπ εμεογξύ ιρυύξπ θα ποέπει μα ςαιοιάζει ρςξ ρςάςη ςηπ εκάρςξςε αμεμξγεμμήςοιαπ. Για μα ςξ πεςύυξσμε ασςό ρςημ ποξρξμξίχρή μαπ, υοηριμξπξιήραμε ςημ ενήπ ποξρέγγιρη : P s ref = P DFIG ref,vpp * 1 1 s (ενίρχρη 5.23) όπξσ s = χ slip /χ s = ( χ s - p*χ r ) / χ s (ενίρχρη 5.24) όπξσ p = ξ αοιθμόπ ςχμ ζεσγώμ πόλχμ 98
5.5 Παοξσρίαρη και αμάλσρη ςωμ ςμημάςωμ ςηπ ποξρξμξίωρηπ 5.5.1 Μηυαμικό κξμμάςι γεμμήςοιαπ και δημιξσογία αμέμχμ ρήκα 5.11 : Μεραληθό θνκκάηη γελλήηξηαο θαη δεκηνπξγίαο αλέκσλ Σςξ ρυήμα 5.11 πεοιλαμβάμξμςαι ςα ρςξιυεία πξσ πεοιγοάτξσμ ςη δημιξσογία ςηπ κσμαςξμξοτήπ ςηπ ςαυύςηςαπ ςξσ αμέμξσ ( V wind ), σπξλξγίζεςαι η γχμιακή ςαυύςηςα πεοιρςοξτήπ ςχμ πςεοσγίχμ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ ( χ rot ), σπξλξγίζεςαι η μηυαμική ιρυύπ ( P m )πξσ δερμεύεςαι ρςα πςεούγια και σπξλξγίζεςαι η οξπή ρςξ δοξμέα ςηπ γεμμήςοιαπ ( T m ). 5.5.1.1 Τλξπξίηρη κσμαςξμξοτήπ ςαυύςηςαπ αμέμξσ ρήκα 5.12 : Τινπνίεζε θπκαηνκνξθήο ηαρύηεηαο αλέκνπ 99
Σςξ ρυήμα 5.12 βλέπξσμε ςη δημιξσογία ςηπ κσμαςξμξοτήπ ςηπ ςαυύςηςαπ ςξσ αμέμξσ πξσ θα υοηριμξπξιηθεί ρςημ ποξρξμξίχρη. Ζ ςαυύςηςα ςξσ αμέμξσ έυει αουική ςιμή 10 m/sec για ςα ποώςα 50 sec και ακξλξσθεί μείχρη για ςξ σπόλξιπξ ςηπ ποξρξμξίχρηπ ρε 9.5 m/sec. 5.5.1.2 Τπξλξγιρμόπ γχμιακήπ ςαυύςηςαπ πεοιρςοξτήπ ςχμ πςεοσγίχμ ( χ rot ) ρήκα 5.13 : Τπνινγηζκόο γσληαθήο ηαρύηεηαο πεξηζηξνθήο ( σ rot ) Σςξ ρυήμα 5.13 σπξλξγίζεςαι η γχμιακή ςαυύςηςα πεοιρςοξτήπ ςχμ πςεοσγίχμ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ ( χ rot ) και σλξπξιεί ςημ ενίρχρη 5.5. 5.5.1.3 Τπξλξγιρμόπ ρσμςελερςή ιρυύξπ C p ρήκα 5.14 : Τπνινγηζκόο ζπληειεζηή ηζρύνο C p 100
Σςξ ρυήμα σπξλξγίζεςαι ξ ρσμςελερςήπ ιρυύξπ C p. Αουικά βοίρκξσμε ςξ λόγξ ςαυύςηςαπ ακοξπςεοσγίξσ ( λ ) σλξπξιώμςαπ ςημ ενίρχρη 5.4. Υπξλξγίζξσμε ςξ μέρχ ςηπ ενίρχρηπ 5.3 για μα έυξσμε όλα ςα απαοαίςηςα ρςξιυεία ποξκειμέμξσ μα βοξύμε ςξ C p μέρχ ςηπ ενίρχρηπ 5.2. 1 i 5.5.1.4 Τπξλξγιρμόπ μηυαμικήπ ιρυύπ ( P m ) και οξπήπ ρςξ δοξμέα ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ( T m ) ρήκα 5.15 : Τπνινγηζκόο κεραληθήο ηζρύο ( P m )θαη ξνπήο ζην δξνκέα ηεο αλεκνγελλήηξηαο ( T m ) Σςημ ένξδξ ςξσ πξλσπλέκςη σπξλξγίζξσμε ςημ μηυαμική ιρυύ πξσ απξμαρςεύεςαι από ςημ αιξλική μέρχ ςχμ πςεοσγίχμ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ. Αουικά σπξλξγίζξσμε ςημ P m από ςημ ενίρχρη 5.1. Σςημ ρσμέυεια σπξλξγίζξσμε ςημ οξπή ρςα πςεούγια ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ ( T rot ) και μέρχ ςηπ ενίρχρηπ 5.7, βοίρκξσμε ςημ οξπή ρςξ δοξμέα ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ ( T m ). 101
5.5.2 Πεοιγοατή ςχμ ηλεκςοικώμ ρςξιυείχμ ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ αμαλσμέμξ ρε άνξμεπ d-q 5.5.2.1 Τπξλξγιρμόπ ηλεκςοικώμ οξώμ,αμαλσμέμεπ ρςξσπ άνξμεπ d-q ρήκα 5.16 : Τπνινγηζκόο ειεθηξηθώλ ξνώλ αλαιπκέλεο ζηνπο άμνλεο d-q Σςξ ρυήμα 5.16 σπξλξγίζξμςαι ξι ηλεκςοικέπ οξέπ λ ds, λ dr, λ qs, λ qr λύμξμςαπ ςιπ ενιρώρειπ 5.8 έχπ 5.11 χπ ποξπ ςιπ ζηςξύμεμεπ οξέπ. Σςημ αοιρςεοή πλεσοά ςξσ πξλσπλέκςη μπαίμξσμ ξι ποξαματεοθείρεπ οξέπ ραμ είρξδξ. Σςη δενιά πλεσοά ςξσ πξλσπλέκςη, γίμεςαι ξ σπξλξγιρμόπ ςχμ παοαγώγχμ ςχμ οξώμ και ρςημ ρσμέυεια υοηριμξπξιξύμε για κάθε μία οξή έμαμ ξλξκληοχςή, ποξκειμέμξσ μα πάοξσμε ςημ ςελική ςιμή ςχμ ζηςξύμεμχμ οξώμ. Οι αουικέπ ςιμέπ για ςξσπ ξλξκληοχςέπ ςχμ λ ds, λ qs,λ dr, λ qr, είμαι αμςίρςξιυα 3.1654, 0.00214,3.23 και 0.12. 102
5.5.2.2 Τπξλξγιρμόπ ςηπ ςαυύςηςαπ πεοιρςοξτήπ ςξσ δοξμέα ( χ r ) ρήκα 5.17 : Τπνινγηζκόο σ r Σςξ ρυήμα 5.17 σπξλξγίζξσμε ςημ ςαυύςηςα πεοιρςοξτήπ ςξσ οόςξοα ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ ( χ r ). Σςξ αοιρςεοό κξμμάςι ςξσ πξλσπλέκςη βοίρκεςαι ςξ χ r ραμ είρξδξ και ρςξ αοιρςεοό βοίρκεςαι ξ σπξλξγιρμόπ ςηπ ενίρχρηπ 5.16 ατξύ ποώςα σπξλξγιρθεί η παοάγχγξπ ςξσ χ r. Ζ αουική ςιμή ςξσ ξλξκληοχςή είμαι 142. 5.5.2.3 Τπξλξγιρμόπ οεσμάςχμ I ds, I qs, I dr, I qr ρήκα 5.18 : Τπνινγηζκόο I ds, I qs, I dr, I qr Σςξ ρυήμα 5.18 σπξλξγίζξμςαι ςα οεύμαςα I ds, I qs, I dr, I qr. Οι ςιμέπ ςχμ οεσμάςχμ σπξλξγίζξμςαι από ςιπ αλγεβοικέπ ενιρώρειπ 5.12 έχπ 5.15 λσμέμεπ χπ ποξπ ςα ρσγκεκοιμέμα οεύμαςα. 103
5.5.2.4 Τπόλξιπεπ είρξδξι ςξσ πξλσπλέκςη ρήκα 5.19 : Τπόινηπεο είζνδνη ηνπ πνιππιέθηε Σςξ ρυήμα 5.19 ταίμξμςαι ξι σπόλξιπεπ είρξδξι ςξσ πξλσπλέκςη. Τξ U ds είμαι ρςαθεοά και έυει ςιμή ίρη με 0. Ζ ςιμή ςξσ U qs σπξλξγίζεςαι παοακάςχ. Ζ οξπή ςξσ δοξμέα ςηπ αμεμξγεμμήςοιαπ έυει σπξλξγιρθεί ρςξ ρυήμα 5.15. Τα V ds και V qr θα σπξλξγιρθξύμ παοακάςχ, όςαμ αμαλσθξύμ ξι δύξ PI ελεγκςέπ πξσ έυξσμ υοηριμξπξιηθεί. 5.5.2.5 Τπξλξγιρμόπ ιρυύχμ αμεμξγεμμήςοιαπ ρήκα 5.20 :Τπνινγηζκόο ηζρύσλ P s, Q s, P r, Q r, P total 104