Radarbeeld van de verschillende windmolenparken in de Noordzee. De kust is zichtbaar in het geel en de windmolens staan juist voor Zeebrugge. De electriciteitskabels komen toe in Oostende (voor de oudste windmolenparken) en in Zeebrugge (Stevin).
|
|---|
Aangezien de snelheid van de wind niet constant is, kan men geen synchrone generatoren gebruiken (generatoren met een vaste snelheid). Volgende types worden gebruikt:
- De asynchrone generator
-
Deze generator is gabaseerd op de asynchrone motor. Deze windmolens werden vroeger veel gebruikt op plaatsen waar er constant wind aanwezig was (op zee en dicht bij de kust). De generator moet hypersynchroon werken (sneller dan zijn synchrone snelhedi) om vermogen te leveren. Indien de wind te zwak is, wordt de generator van het net ontkoppeld.
Voordelen:
- Het is een eenvoudige en goedkope generator
- Men heeft ervaring in waterkrachtcentrales waar de generator de veranderlijke waterdruk goed kan opvangen dankzij de elastische koppeling met het net.
Nadelen
- Men heeft een versnellingsbak nodig, het is niet mogelijk de asynchrone generator uit te rusten met veel polen.
- Lager rendement door de versnellingsbak, maar ook door de slip
- De generator moet reactief vermogen uit het net opnemen om zijn magnetisch veld op te bouwen. De arbeidsfactor is slecht. Er is een sterke koppeling met het net nodig.
- Het snelheidsbereik waarbij de windmolen energie levert is beperkt.
- De synchrone generator
- Het is een klassieke alternator, maar die ontworpen is om asynchroon te werken. De opgewekte spanning wordt gelijkgericht en stuurt een omvormer die met het net verbonden is. De alternator is meestal uitgerust met permanente magneten, maar men kan ook een normale veldwikkeling gebruiken.
Voordelen:
- De toegelaten rotatiesnelheid heeft een zeer groot bereik.
- Het rendement is hoger dan bij een asynchrone generator
- Een versnellingsbak is meestal niet nodig.
- Zeer betrouwbaar
Nadelen
- In het geval van een generator met permanente magneten worden de wieken geblokkeerd door het permanent magnetisch veld als er weinig wind is.
- De prijs van magneten is de laatste jaren sterk gestegen
- Er is een omvormer nodig om de veranderlijke frekwentie van de generator aan te passen aan de vaste frekwentie van het net. Als het vermogen moet door de omvormer passeren, dit is een meerkost.
- Double fed induction generator (DFIG)
- Dit systeem wordt het meest gebruikt bij grote vermogens. Het is een synchrone generator, maar de driefasige exciterwikkeling krijgt een wisselspanning om de veranderlijke rotatiesnelheid te compenseren. De stator wordt direct met het electriciteitsnet verbonden.
Voordelen:
- Systeem met het hoogst rendement
- De omvormer wordt slechts door een relatief zwak vermogen doorlopen en kan dus kleiner uitgevoerd worden.
- De windmolen kan werken bij sterk wisselende windkracht.
Nadelen
- Het systeem is complex en is enkel interessant voor grote machines
- Meer onderhoud nodig dan het vorig systeem
Werkingstrappen
- Stap zonder productie
De rotatiesnelheid is te laag en er wordt geen vermogen geleverd. De generator draait in vrijloop en in het geval van een asynchrone generator is de machine volledig van het net ontkoppeld. Dit is ook het geval bij de twee andere types, maar hier wordt ook de bekrachtiging uitgeschakeld. De pitch (hoek van de wieken) is minimaal.
- Begin stroomlevering
Bij asynchrone machines moet de rotatiesnelheid hoger zijn dan de synchrone snelheid, voor de andere types moet de snelheid ongeveer 40% van de synchrone snelheid bereiken vooraleer dat de windmolen aan het net gekoppeld wordt. De rotatiesnelheid is laag en veranderlijk, de pitch blijft minimaal om zoveel mogelijk wind op te vangen.
De overgang naar fase 2 gebeurt als het geleverd vermogen boven het eigen verbruik zit, met een reserve.
- Fase met bijna constante rotatiesnelheid
Door de pitch bij te stellen probeert men de windmolen op zijn maximaal vermogen te laten werken. Door een constante rotatiesnelheid aan te houden wordt de mechanische belasting binnen velige grenzen gehouden.
De overgang naar fase 3 wordt gekenmerkt door de verhoging van de pitch.
- Fase met constant vermogen
Het maximaal vermogen dat de windmolen kan leveren is bereikt. De picht wordt nog verder verhoogt om de maximale limieten niet te overschrijden (mechanisch en electronisch)
De overgang naar fase 4 wordt gekenmerkt door een beperking van het vermogen, de picht wordt nog groter.
- Bescherming
Als de windkracht verder verhoogt, wordt de windmolen uitgeschakeld. De wieken worden in zeilstand gezet zodat ze zo weinig mogelijk wind opvangen. De windmolen wordt van het net ontkoppeld. Indien nodig wordt een mechanische rem gebruikt om de wieken stil te leggen.
De windmolen gaat naar fase 5 als de veiligheid van de installatie niet meer gewaarborgd kan worden. Deze fase blijft aktief zolang de wind te sterk is.
De curves zijn van toepassing voor windmolens met synchrone generatoren en DFIG. Het bereik van een windmolen met asynchrone generator is meer beperkt (in nieuwe ontwerpen worden dergelijke generatoren niet meer gebruikt).
Andere types generatoren worden niet gebruikt.
Voor kleinere generatoren (privé-toepassingen) gebruikt men doorgaans een eigen gemaakte alternator met permanente magneten met gelijkrichting of een aangepaste auto-generator. Deze generatoren kunnen gebruikt worden om batterijen op te laden (vermogen tot 500W). Bij vermogens vanaf 500W wordt het vermogen meestal op het net gestoken (zoals bij een zonnepaneel), zie index alternatieve energie.
|
