Generator


Większość współczesnych elektrowni wiatrowych jest wyposażona w generatory asynchroniczne o prędkości obrotowej wirnika wynoszącej 1500obr/min. Ponieważ pracują one ze stałą prędkością, budowane są zazwyczaj jako maszyny z przełączalną liczbą par biegunów. Dzięki temu zabiegowi przy małych prędkościach wiatru generator może pracować z prędkością synchroniczną równą 750obr/min, a w przypadku silnych podmuchów z prędkością 1500obr/min. Zaletą tego typu siłowni jest łatwość podłączenia ich do sieci energetycznej. Wadą zaś konieczność używania przekładni o dużym stopniu przełożenia – największą moc użyteczną generatory asynchroniczne wytwarzają bowiem przy prędkości obrotowej znacznie przekraczającej prędkość obrotową wirnika. Jednocześnie przekładnie o dużym stopniu przełożenia stanowią najbardziej awaryjny i hałaśliwy element siłowni wiatrowej. Innym minusem tego rozwiązania to ogólny spadek wydajności elektrowni, wywołany stałą prędkością obrotową wirnika niezależną od prędkości wiatru (nie da się wykorzystać całego potencjału energetycznego wiatru). Przed rozpoczęciem pracy tego typu elektrowni wiatrowej konieczne jest zasilenie uzwojenia stojana. Sprawa ta jest niezmiernie istotna, w przypadku gdy siłownia pracuje na sieć wydzieloną, dlatego też w takim przypadku konieczne jest zastosowanie kondensatorów dostarczających prąd magnesujący przed rozpoczęciem pracy elektrowni. Wykorzystanie maszyny asynchronicznej w energetyce wiatrowej spowodowane jest tym, że jest ona bardzo niezawodna oraz stosunkowo tania.

Drugim rodzajem generatora często spotykanym w elektrowniach wiatrowych jest generator synchroniczny posiadający dużą liczbę par biegunów, sięgającą nawet 40 par. Pozwala to pracować mu przy stosunkowo niskich obrotach, eliminując tym samym przekładnię z układu napędowego. Bez przekładni możliwe jest podłączenie wału generatora bezpośrednio do wirnika, przez co cała konstrukcja staje się znacznie prostsza i emituje mniej uciążliwego hałasu. W takim rozwiązaniu moc użyteczna wytwarzana jest przy różnych prędkościach wału turbiny, co pozwala na wykorzystanie całego potencjału energetycznego wiatru. Jednocześnie zmienne obroty zwiększają sprawność elektrowni wiatrowej oraz jej wydajność energetyczną. Jednak parametry energii elektrycznej, wytwarzanej przy zmiennej prędkości obrotowej generatora różnią się od parametrów sieci energetycznej. Dlatego też, stosując to rozwiązanie konieczne jest zastosowanie falownika napięcia, bez którego niemożliwe byłoby podłączenie elektrowni do sieci energetycznej.

W przypadku dużych siłowni wiatrowych od niedawna możemy spotkać również generatory asynchroniczne pierścieniowe. W takim rozwiązaniu stojan maszyny zasilany jest bezpośrednio z sieci elektrycznej. Natomiast wirnik podłączony jest do sieci poprzez kaskadowy układ przekształtników napięcia, co umożliwia przesył energii z i do wirnika. Realizacja takiego sterowania maszyną elektryczną zapewnia możliwość kontroli mocy czynnej oraz biernej wprowadzanej przez elektrownie wiatrową do systemu energoelektrycznego. Jednak konieczność użycia przekształtnika zdecydowanie podnosi koszt całej inwestycji oraz powoduje częściowy spadek sprawności, spowodowany występującymi w falowniku stratami cieplnymi.