Enercon - siłownie wiatrowe bez przekładni

Odmienną, nowatorską w stosunku do wszystkich dotychczasowych rozwiązań, koncepcję budowy siłowni wiatrowych, w której wirnik sprzęgnięty jest bezpośrednio ze specjalnym pierścieniowym generatorem prądu przemiennego, oferuje firma ENERCON GmbH.

Rozwiązanieto zastosowano już w całym produkowanym tam typoszeregu siłowni o mocach od 30 do 1500 kW. Istota zastosowanego tu rozwiązania tkwi w konstrukcji specjalnego, pierścieniowego generatora prądu przemiennego o dużej średnicy, który przy małych nawet prędkościach wiatrów pozwala na osiąganie optymalnych sprawności. Stojan generatora jest zabudowany w ramie agregatu prądotwórczego, natomiast bezpośrednio sprzęgnięte ze sobą wirniki: łopatowy i prądnicy są ułożyskowane na nieruchomym czopie stanowiącym element ramy. Rozwinięcie powierzchni zewnętrznych stojana sprzyja dobremu odprowadzaniu ciepła, jakie powstaje w czasie pracy generatora i utrzymuje temperaturę jego uzwojeń na niskim poziomie. Zatopione metodą podciśnieniową w żywicach epoksydowych, posiadają klasę izolacji F (150 st. C). Ich miedziane przewody są powlekane specjalnym lakierem gwarantującym wysoki stopień bezpieczeństwa i dużą trwałość. Układ regulacji kąta natarcia łopat, którego wielkość decyduje o obrotach wirnika, składa się z trzech niezależnie działających, synchronicznych napędów elektrycznych. Służą one do optymalizacji ustawienia płatów wirnika w dostosowaniu do prędkości i siły wiatru. W razie potrzeby każdą z łopat można też ustawiać indywidualnie.

Opracowany przez ENERCOM elektroniczny system dostrajania obrotów wirnika do siły wiatru umożliwia nie tylko lepsze odzyskiwanie jego energii, ale zapewnia dostosowanie chwilowych częstotliwości wytwarzanego prądu do warunków dyktowanych przez sieci energetyczne. Łopaty wirnika są wykonane z żywic epoksydowych, które znacznie lepiej znoszą duże obciążenia niż żywice poliestrowe wzmacniane włóknem szklanym. Materiał ten dobrze utrzymuje kształt profilu łopat, mniej nasiąka wilgocią i wykazuje większą trwałość. Powłokowa struktura łopat nie tylko nadaje im lekkość, ale sprawia że są one elastyczne. Przy gwałtownych porywach wiatru łagodzi to chwilowe obciążenia wirnika i wieży. Nowością jest tu system ogrzewania łopat (wprowadzany na zamówienie), który sprawdził się w warunkach atmosferycznych sprzyjających oblodzeniu płatów .Intensywne badania tradycyjnych łopat płaskich z profilu FX przeprowadzone przez ENERCOM dowiodły ich niedoskonałości i przyczyniły się do powstania zupełnie nowego rozwiązania. W przypadku bowiem łopat płaskich, w płaszczyˇnie wirowania ich końców dochodzi do odrywania się strugi powietrza i do turbulencji. Dlatego, wykorzystując najnowsze doświadczenia przemysłu lotniczego, odgięto końce łopat i ukształtowano ich powierzchnie tak, by zwiększyć nośność płatów, coma na celu optymalne wyzyskanie siły wiatru . Ponadto, w wyniku badań aerodynamicznych w tunelu nadano im bardziej opływowy kształt, podcinając ich tylne krawędzie. Łopaty są teraz nie tylko bardziej odporne na brud i turbulencje, lecz co ważne, pracują ciszej. Zmierzona na poziomie 100 dB(A) hałaśliwość siłowni E - 66 o mocy 1,5 MW wyposażonej w łopaty o tym profilu jest mniejsza od hałaśliwości dotychczasowych wiatrowni - i to o mocach 1 MW. Nowe ukształtowanie profilu zwiększyło też trwałość łopat. Ograniczenie bowiem wielkości chwilowego naporu porywów wiatru wpłynęło radykalnie na odciążenie końców. Przed uderzeniem piorunów chroni siłownię instalacja odgromowa, w którą jest wyposażona każda z łopat, a do ustawiania wirnika"pod wiatr" służą odrębne silniki elektryczne.

Nad prawidłowością przebiegu optymalnego wykorzystania siły wiatru czuwa system regulacji sterowany mikroprocesorem. W układzie tym informacje pochodzące od czujników przekazujących dane o chwilowym kierunku i prędkości wiatru przetwarzane są na dyspozycje co do ustawienia gondoli i wyboru kąta natarcia łopat, który to kąt decyduje o obrotach wirnika i optymalnym wyzyskaniu energii niesionej podmuchem. Zestrajanie chwilowych częstotliwości - zmiennych w wyniku zróżnicowanych obrotów wirnika (10 - 20,3 min-1) - z częstotliwością sieci energetycznej, odbywa się za pomocą przetwornicy częstotliwości. System ten funkcjonuje sprawnie w przedziale prędkości wiatru od 2,5 m/s do 13 m/s. W przypadku porywów gwałtownych, system wspomaga układ hamulców mechanicznych, działających bezpośrednio na wirnik generatora.

Zaletą siłowni, w których multiplikację obrotów wirnika za pomocą przekładni zastąpiono generatorem pierścieniowym, jest prostsza budowa, eliminacja oleju i chłodnic, a także cichsza praca i mniejsze nakłady na utrzymanie ruchu. Do wad natomiast należy zaliczyć większy ciężar i cenę.

Posadowienie wieży

W dostosowaniu do konfiguracji terenu i przeciętnej rocznej prędkości wiatru występującej na obszarze typowanym na zabudowę siłowni (lub ich zespołu), dobiera się jej parametry tak, by dostosować ją w sposób optymalny do panujących tam warunków. Dotyczy to doboru średnic wirników i wysokości wieży. Aby zrównoważyć ogromne momenty, jakie wywołuje siła nacisku wiatru na wirnik usytuowany na wierzchołku takiej wieży, jej fundamenty (krzyżowe) sięgają niekiedy 20 m głębokości. Przez fundamenty te przeprowadza się połączenia kablowe. W większości wieże te - o wysokości sięgającej niekiedy 90 m - są wzmacnianymi odpowiednio stalowymi rurami.

W strefie przyziemia umieszcza się w nich transformatory, rozdzielnie średnich napięć i szafy sterowania pracą siłowni . Wnętrze wieży jest też wykorzystywane na zabudowę drabin dla brygad serwisowych i remontowych. Ostatnio firma ENERCOM zabudowała tam niewielką windę towarowo-osobową, by ułatwić monterom dostęp do gondoli i zmniejszyć ich wysiłek związany ze wspinaczką.

Wszelkie prawa zastrzeżone.
Created by Paweł Premicz 2000-2006 KVM