macchina asincrona per turbine eoliche- dubbi

[fireshark]

Buongiorno a tutti. Sto studiando gli impianti eolici e si parla di turbine a velocità di rotazione fissa o variabile. Io presumo che la velocità di rotazione di una turbina sia influenzata dall'entità del vento. So che è possibile regolare l'aerodinamica delle pale (regolazione di stallo e di pitch) ma ancora non capisco come possa mantenersi la velocità costante. Se utilizzo una macchina asincrona come generatore, per funzionare come tale deve valere scorrimento negativo, ma c'è la possibilità che la macchina funzioni come motore? Nel caso appunto che la velocità di rotore sia inferiore al campo magnetico?
Grazie per le risposte.

[blusol]

All'avviamento la macchina può essere portata a giri come motore normalmente tramite softstarter o oppure autoavviata tramite controllo del pitch.
Quando è in marcia viene tenuta in velocità di ipersincronismo regolando la potenza generata tramite il sistema di controllo della macchina in base al vento disponibile.
La macchina funzionerà praticamente a velocità costante in ipersincornismo variando la potenza prodotta.
Per capire il discorso della variazione di velocità della macchina considera che questa aumenta o diminuisce in base al rapporto potenza prodotta / potenza del vento per cui se ho un sistema che se cala il vento riduce la potenza prodotta e viceversa la velocità rimarrà costante.
Se c'è poco vento la macchina non funziona, non è che va a funzioanre come motore.

Credo possa essere utile la lettura di questo articolo di MrCannelloni
http://www.electroyou.it/mrcannelloni/wiki/n-a

[fireshark]

Quando è in marcia viene tenuta in velocità di ipersincronismo regolando la potenza generata tramite il sistema di controllo della macchina in base al vento disponibile.

Quindi , vediamo se ho intuito il discorso.
Io ho una curva di rendimento Cp-tip speed ratio, con forma a campana.
Supponiamo di essere nel punto di massimo rendimento con una particolare velocità del vento.
Ad un certo punto il vento aumenta. Questo aumento (se non vario la velocità di rotazione) mi porta ad avere un tip speed ratio minore e quindi a spostarmi in una zona a minor rendimento.
Ma ipotizziamo che la turbina all'aumentare del vento per la sua aerodinamica aumenti la velocità di rotazione, a questo punto sarebbe variato sia la velocità del vento sia la n e quindi sarei in un punto di rendimento diverso da prima. Ma se io ho un sistema che mi regola la potenza prodotta (prelevata dalla turbina) posso diciamo fissare la potenza e quindi far in modo che la velocità rimanga costante anche se il vento è cambiato.
Ho lavorato di fantasia o è così?
Ad ogni modo quale sarebbe questo sistema che mi regola la potenza prelevata? (quindi potenza meccanica giusto)
Comunque grazie per la risposta.
Leggerò l'articolo

[blusol]

Rileggendo mi sa che ho fatto pure io un po' di confusione, il generatore è asincrono funziona quindi nella zona stabile con variazioni di scorrimento molto basse ma in ogni caso se cambia l'energia ricevuta dal vento cambia la coppia e quindi la velocità anche se dell'ordine dei punti percentuali.
essendo a velocità fissa non ci sono controlli nel circuito rotori.

Alla velocità nominale della turbina hai la potenza prodotta nominale della macchina, la velocità nominale della macchina è un valore di vento non troppo alto per avere un buon numero di ore di funzionamento alla potenza nominale.
Oltre questa velocità devi regolare le pale per ridurre la potenza meccanica altrimenti avresti potenza meccanica in eccesso rispetto a quello producibile dalla macchina.
Il generatore con la regolazione del passo delle pale (pitch) aumenta o riduce la superficie esposta al vento e modifica quindi la potenza meccanica prodotta dalle pale.
Questo fino alla velocità max di cutoff del vento oltre la quale le macchine non possono produrre e vengono scollegate dalla rete.
Sotto c'è la velocità minima di cutoff sotto la quale la macchina non riesce ad andare in ipersincronismo e funzionerebbe come motore, superata questa velocità le pale vengono portate a giri e inserite in rete.
Credo che esista il moltiplicatore di giri che compensi le piccole variazioni di velocità della macchina.

[MrCannelloni]

Ciao fireshark! Ti dico la mia premettendo che ti parlo di cose che ho solo studiato da libri e appunti.

Sto studiando gli impianti eolici e si parla di turbine a velocità di rotazione fissa o variabile.

Sia per le turbine a velocità fissa che per quelle a velocità variabile ci sono diverse tipi di tecniche e tecnologie, se si parla solo di generatori asincroni, già si restringe il campo. A te interessano quelli in particolare?

Io presumo che la velocità di rotazione di una turbina sia influenzata dall'entità del vento.

si lo è, ma è influenzata anche dalla potenza assorbita dalla macchina elettrica(potenza assorbita che "in qualche modo" viene mandata in rete) ed anche dall'angolo di pitch delle pale.

So che è possibile regolare l'aerodinamica delle pale (regolazione di stallo e di pitch) ma ancora non capisco come possa mantenersi la velocità costante.

A prescindere dal tipo di macchina elettrica che viene usata, la stragrande maggioranza delle turbine (se non tutte) possono variare l'angolo di pitch e questa cosa aumenta o diminuisce parte di quella potenza posseduta dal vento, che viene trasmessa al rotore.
Cerco di spiegarmi con parole diverse: considera che la macchina stia funzionando in condizioni nominali, vento costante, potenza elettrica assorbita costante, mo a un certo punto il vento aumenta, quindi aumenta anche la potenza che va alle pale e questo le spingerebbe a girare più velocemente, ma se quando il vento aumenta, si varia l'angolo di pitch in modo da ridurre la potenza che dal vento viene convertita in potenza utile all'asse, la potenza utile all'asse sarà la stessa di prima e la velocità di rotazione delle pale(e dell'asse e del rotore della macchina elettrica) resta la stessa di prima, viceversa se il vento diminuisce si va sempre a variare l'angolo di pitch in modo da convertire più potenza eolica in potenza meccanica e sempre mantenendo costante la velocità.
Queste cose ovviamente sono valide solo se la velocità del vento non supera delle velocità minime e/o massime.
Mo a seconda del tipo di macchina elettrica che si usa, entrano in gioco anche altri fattori che permettono di variare non solo la potenza utile all'asse (tramite l'angolo di pitch), ma anche la potenza assorbita dalla macchina elettrica in modo da mantenere la velocità del sistema all'interno di un certo range di valori, a prescindere dalla velocità che assume il vento (casi estremi esclusi).

Se utilizzo una macchina asincrona come generatore, per funzionare come tale deve valere scorrimento negativo, ma c'è la possibilità che la macchina funzioni come motore? Nel caso appunto che la velocità di rotore sia inferiore al campo magnetico?

Se consideri un semplice asincrono a gabbia di scoiattolo collegato direttamente alla rete e la velocità del vento va al di sotto della minima, in teoria la macchina inizia a funzionare da motore (scorrimento positivo e non negativo) e le pale continuano a girare (come un ventilatore gigante) e si in questo caso la velocità del campo magnetico sarà più alta di quella dell'asse delle pale, ma questo riguarda solo il principio di funzionamento di una classica macchina asincrona, negli impianti reali ci sono tante soluzioni diverse che evitano di far funzionare la macchina da motore per tempi troppo lunghi

[Fabio992]

Come hai scritto tu, il Cp dipende dal tip speed ratio (tsr). Per avere il coefficiente di potenza massimo, devi avere un determinato valore del tsr. Se varia la velocità del vento e vuoi stare al tsr che ti da il Cp massimo, devi variare la velocità periferica delle pale e quindi la velocità di rotazione.

Il generatore asincrono " normale " presenta una caratteristica stabile per valori molto piccoli dello scorrimento, tanto che può essere definito una macchina a velocità pressochè costante. Negli aerogeneratori che sfruttano questi tipi di generatori non puoi seguire il tsr. Cambia la velocità del vento e te la metti via di ricavarci meno potenza, consolandoti che hai speso un po' meno per l'azionamento che controlla il generatore. Cambia la velocità del vento, e non cambi la velocità di rotazione. Non so se esistano dei moltiplicatori di giri a rapporto variabile interposti tra pale e generatore, io non li ho studiati e nel corso che ho seguito non sono stati nominati. Questa soluzione è limitata a piccole potenze.

Quello che si fa nei grandi aerogeneratori, è di inserire una macchina asincrona "doulby-fed", ovvero a doppia alimentazione. In pratica controllando con un convertitore statico l'alimentazione del rotore (che non è il classico rotore a gabbia di scoiattolo, hai un avvolgimento aperto, alimentabile) puoi avere un controllo sullo scorrimento. Non mi ricordo bene nemmeno io come funziona, ti dico la verità.


Per qualcosa di più approfondito in rete si trovano i quaderni tecnici dell'ABB sull'argomento energia eolica che spiegano abbastanza bene il discorso


EDIT: guarda qua https://library.e.abb.com/public/ca7269 ... 2G0901.pdf

[fireshark]

Vi ringrazio per le risposte che mi avete dato, sto facendo un po' di chiarezza ma c'è ancora qualche dubbio.
In particolare, vorrei sapere se io devo comunque avere un equilibrio tra coppia aerodinamica e coppia elettromagnetica. Mi spiego: le turbine a velocità costante vengono progettate per funzionare al massimo rendimento con una sola velocità del vento. Se questa aumenta in teoria mi aumenta la coppia aerodinamica, quindi dall'equilibrio che avevo prima, l'intero gruppo accelera? Varierà minimamente la velocità proprio perché sono sulla caratteristica stabile del generatore asincrono. Corretto? Io leggo che nelle macchine a velocità costante, regolare la coppia aerodinamica porta ad una regolazione della coppia elettrodinamica.
Cambiando il pitch io vario la curva di turbina sul grafico Cp-TSR ma cambia la coppia aerodinamica o la potenza?
Se oltre la velocità nominale del vento voglio tenere la P=Pn= costante, all'aumentare del vento, ho bisogno che il cp cali molto rapidamente, e quindi vario il pitch per spostarmi di caratteristica?
Ultima cosa. Con macchine a velocità variabile so che si fa una regolazione a potenza crescente (cambiando n) e poi mantenendo costante a Pn. Ma se la velocità invece è fissa nel primo tratto con v basse, come varia la potenza? So per certo che lavorerò a rendimenti non massimi, ma riesco sempre ad avere lo stesso andamento di potenza, ovvero crescente e poi costante??
Scusate per la miriade di domande.