Project kleine windturbine

[Bert159]

Hallo,

Voor onze bachelorproef moeten we een kleinwe windturbine ontwerpen (klein= ashoogte minder dan 15 meter). We denken aan een vermogen van om en bij de 2 kW.

We weten echter niet goed wat we zo allemaal moeten doen (en de begeleiding is ook niet echt denderend). Bovendien hebben we nog nooit iets dergelijks gedaan.

Op elektrotechnisch vlak stel ik me voor:

-> kiezen van een generator

-> kiezen van een gepaste omzetting

-> voorzien van een noodstopwerking (blokkeren van de wieken, afkopelen van het net)

-> kabelberekening

-> veiligheid voorzien

Zie ik dingen over het hoofd (waarschijnlijk wel)?

Dan heb ik ook m'n ideetjes opgeschreven over die verschillende onderwerpen. Wat denken jullie er van?

1) Kiezen van een generator

Ik weet het zo goed niet. Ik dacht aan een inductiegenerator omdat die goedkoop zijn. Ik had ook gedacht hem rechtstreeks op de turbine as te zetten (dus geen reductiekast). En de generator gewoon hard te overdimensioneren (we denken aan toerentallen van rond de 80 tr/min -> +/- 10 keer te groot vermogen). Dit zouden we doen om het onderhoud te drukken (de turbine moet namelijk bij particulieren komen te staan).

2) Kiezen van een omzetting

Hier heb ik veel minder een idee over. Gewoon een AC/DC-DC/AC omvorming? Aangezien de frequentie die uit zo'n traag draaiend generator komt veel te klein is... Maar dan moet je volledig vermogen wel door je omvorming?

3) Voorzien van een noodstopwerking

Tja, niet zo heel veel werk? Gewoon implementeren in het PLC/Logo! programma...

4) Kabelbereking

Hier zit ik ook wat vast, omdat wij enkel kabelberekeningen gezien hebben voor kabel van het net naar de gebruiker en niet voor producent naar het net. Iemand die me daar wat kan verder helpen?

5) Veiligheid voorzien

Ik weet ook niet goed wat er voorzien moet worden... Wieken mogen niet te snel draaien (uitschakelen bij stormweer...), uitschakelen bij vochtigheid en vriestemperaturen (voorkomen van wegvliegend ijs). Maar op andere dingen kom ik niet direct.

Alvast bedankt om tot hier te lezen. Als je me nu nog verder zou kunnen helpen -> SUPER!

[klazon]

Even voorzichtig met 1 punt beginnen. Wat bedoel je precies met een inductiegenerator? Bij mijn weten werken alle generatoren op basis van inductie.

[Bert159]

Uhu inderdaad... maar ik bedoel een asynchrone generator (wij hebben op school altijd inductiegenerator/motor gezegd om een asynchrone machine aan te duiden)

[klazon]

Goed, je bedoelt dus dat je een asynchrone motor (ook wel kortsluitankermotor genoemd) als generator wil gebruiken. Dat kan wel, maar niet op de manier die je noemt. Zo'n generator moet nl. tegen een bestaand net draaien, en wel op overtoeren (negatieve slip). In de opstelling die je voor ogen hebt gaat dat niet lukken.

En zelfs al zou het lukken, dan heb je door het lage toerental niet alleen een lage frequentie, maar ook een laag vermogen.

[Bert159]

Wat bedoel je met "Zo'n generator moet tegen een bestaand net draaien"?

Je hoeft om zo'n generator op lage snelheid te laten draaien toch enkel een laag frequente spanning aan de stator te leggen? Dus ipv het 50 Hz net bv 1,3 Hz of zo (das dan gerekend op 85 tr/min van de turbine as). Daarom wou ik er die converter (AC/DC-DC/AC) achter schakelen. Om de frequentie aan te passen.

[Bart]

Bij een asynchrone generator moet de stator worden gemagnetiseerd door het electriciteitsnet. Dit gebeurt dus met 50Hz. De rotor moet dan met meer dan 50Hz draaien om via inductie een stroom te genereren. Je hebt in de mechanische drive-train dus ook een versnellingsbak nodig.

Tegenwoordig zijn de meeste windturbines "double fed induction generators"

http://www.mathworks.com/access/helpdesk/h...ck_ref_2739.gif

Verder heb je op elektronisch vlak meestal ook nog een transformator nodig om het voltage op de juiste hoogte te brengen.

De noodstopwerking in een windturbine bestaat uit verschillende onderdelen. Behalve dat een turbine van het net geschaked wordt, moet de turbine worden stilgezet. Dit gebeurt door de pitch van de bladen naar 90 graden te draaien en de kop van de turbine uit de wind te brengen. Verder heeft elke turbine nog een mechanische rem, maar die wordt alleen in noodsituaties gebruikt.

In de praktijk is de generator overigens de beperkende factor. Deze wordt dus niet overgedimensioneerd! Dit is een kosten-gewicht-opbrengst afweging en kan per locatie voor eenzelfde type windturbine verschillen.

[Bert159]

Maar waarom zou je je stator niet kunnen magnetiseren met een een spanning van 1 Hz of zo? Je zult inderdaad een groot deel rendement verliezen, maar het gaat hier over een kleine turbine van een 2tal kilowatt... zo'n extreme generator zul je er daarvoor toch niet moeten insteken?

De reden dat we zonder versnellingsbak willen werken is om het onderhoud te beperken... het is de bedoeling dat hij bij particulieren komt te staan he.

[Bart]

Die spanning moet wel ergens vandaan komen. Een alternatief op het verbinden van de stator met het net is vermogenselektronica in combinatie met een stukje energieopslag (bijv batterijen). Dit maakt het er technischer niet makkelijker op.

[Bert159]

Tuurlijk moet de spanning ergens van komen, maar dat kan toch rechtstreeks van het net? Ik vind niet zo direct een tekening dus heb ik hier een schetsje proberen te maken:

WIEKEN=[mechanische as]=GENERATOR=[3 aderige kabel]=AC/DC CONVERTER2=[2 aderige kabel]=AC/DC CONVERTER1=[2 aderige kabel]= NET

Er komt dus gewoon spanning van het net, via de eerste convertor die ze omzet in gelijkspanning, die gelijkspanning wordt dan in de tweede convertor omgezet in wisselspanning met de nodige frequentie...

[Bart]

Je wilt dus een direct-drive turbine. Deze zijn nog niet heel populair en van wat ik weet is dat deze met een permanente magneetmotor werken en niet met een inductie motor.

Een voorbeeldje: is beschreven in dit artikel

http://journal.esrgroups.org/jes/papers/4_3_5.pdf

[Bert159]

Ja dat weet ik, de enige reden dat we voor een inductiegenerator wouden gaan was dat die goedkoper is en dat het voor zo'n kleine vermogen niet zoveel uit maakt of het nu een inductiemachine of een synchrone machine is. Maar nu beginnen we toch ook meer richting synchrone generator te kijken.