Proiectarea unui generator sincron cu câmp modulat utilizat în sistemele eoliene

Date nominale pentru proiectare:

SN = 12,8 [kVA] – puterea nominală

UN = 120 [V] – tensiunea nominală

n1 = 3800 [rot/min] – turaţia sincronă

f1 = 380 [Hz]

2p = 12

m = 3 – numărul de faze

cos = 0,8 (inductiv) – factorul de putere

Uex = 26÷30[V] – tensiunea de excitaţie

Iex = 28,5[A] – curentul de excitaţie

Gama de viteză: 3000÷9100 [rot/min]

Frecvenţa corespunzătoare: 380÷910 [Hz]

INTRODUCERE

Pe plan mondial, evoluţia promovării industriale a energei eoliene, începută practic în 1983-85, este extrem de încurajatoare, majoritatea ţărilor industrializate având preocupări notabile. În figura 1.1 sunt prezentate realizările ţărilor din Uniunea Europeană în ultimul deceniu.

Fig. 1. Evoluţia capacităţii surselor de energie eoliană în Uniunea Europeană.

Lideri în energetica eoliană sunt: SUA (1794 MW), Germania (1576 MW), India (820 MW), Danemarca (785 MW), Olanda (305 MW), Anglia (264 MW), Spania (216 MW), Suedia (105 MW), Italia (70 MW) şi China (57 MW).

În Statele Unite ale Americii (California, Hawaii ş.a.) sunt deja instalate peste 15.000 turbine, însumând mai mult de 1600 MW.

Măsurile legislative stimulatoare acceptate de majoritatea statelor lumii vor contribui mult la dezvoltarea energeticii eoliene.

Începând cu anul 1997, prin semnarea Protocolului de la Kyoto privind schimbările climatice, s-a decis scăderea efectului de seră prin utilizarea la scară cât mai largă a surselor de energie curată, în domeniul generării electricităţii. Directiva europeană 2001/77/EC are ca obiectiv creşterea contribuţiei surselor regenerabile de energie de la 14% la 22% din consumul brut de energie electrică în Uniunea Europeană, până in anul 2010.

În statisticile realizate la sfârşitul anului 2002, din totalul de 31.126 MW instalaţi pe glob, România apare cu doar 1 MW instalat din energie eoliană. Pe plan mondial, după puterea instalată, Germania ocupă primul loc cu peste 12.000 MW, urmată de Spania, SUA, Danemarca şi Olanda.

Fig. 2. Evoluţia capacităţii surselor de energie eoliană în lume.

Prima instalaţie eoliană din România a fost pornită, pe 17 aprilie 2004, la opt kilometri de Ploieşti, la Crângul lui Bot. Viteza minimă a vântului care determină punerea în mişcare a centralei este de 3,5 metri/secundă. Centrala eoliană are o putere instalată de 660 kW.

Cifra mondială de afaceri în domeniu depăşeşte în ultimii ani câteva miliarde de dolari SUA.

Filiera eoliană, folosind tehnologii moderne, lansează noi generaţii de echipamente industriale de puteri unitare tot mai mari (astăzi grupurile comerciale au puteri de 300 - 500 - 650 - 1000 kW), cu durata de viaţă garantată de minimum 20 ani şi o disponibilitate - indiferent de asprimea condiţiilor climaterice - de 96-98 %.

Costurile totale actuale de instalare (circa 1000 $/kW), ca şi cheltuielile reduse de exploatare - întreţinere, conduc în condiţii bune de amplasare, la un preţ de producţie de 0,04-0,05 $/kWh.

Perspectiva mondială pe termen mediu şi lung vizează dezvoltarea susţinută a acestui domeniu energetic, luând în consideraţie tendinţa crescândă spre reducerea poluării şi politicile naţionale de economisire a combustibililor fosili superiori.

Deşi energia eoliană este o sursă intermitentă, conform datelor statistice există o repetetivitate în timp a parametrilor vântului şi, spre exemplu, se poate constata că de-a lungul anilor energia eoliană disponibilă în sezonul rece reprezintă în majoritatea amplasamentelor din ţară, peste 60 % din potenţialul anual, situaţie extrem de favorabilă pentru cererea de energie, care este maximă iarna.

Regularizarea energiei electrice produsă de staţiile eoliene se face cel mai simplu şi cu cheltuielile minime prin debitarea acesteia în reţeaua publică (în sistem), cu care se realizează o relaţie interactivă pe bază de bilanţ energetic. Studiile au demonstrat că în orice sistem energetic, 10-15% din putere pot fi acoperite în baza staţiilor eoliene, fără să se producă perturbări de ansamblu asupra calităţii energiei livrate consumatorilor.

Chiar dacă nu se obţine o energie asigurată se realizează o reducere semnificativă a consumului de combustibil, în condiţii ecologice curate.

MAŞINA SINCRONĂ

Inventată de Nikola Tesla la sfârşitul secolului 19, maşina sincronă este larg utilizată în generarea energiei electrice în marile termo şi hidrocentrale.

Generalităţi, construcţie

Maşina sincronă este o maşina electrică la care viteza de rotaţie a rotorului, în regim staţionar, este legată rigid de frecvenţa tensiunii electrice la care este conectată înfăşurarea sa de curent alternativ. Viteza de rotaţie a rotorului este egală cu viteza de sincronism a câmpului magnetic învartitor creat de înfăşurarea de c.a.