Spørg Fagfolket: Hvorfor er gearløse vindmøller pludselig så populære nu?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Spørg Fagfolket: Hvorfor er gearløse vindmøller pludselig så populære nu?

Illustration: Siemens Gamesa

Vores læser Per Rosenberg spørger:

På nogle vindmøller er nacellen noget tykmavet, og jeg gætter på, at der er brugt en generator med flere poler, således at gearet kan undværes. Korrekt?

Hvorfor er denne teknik ikke brugt før? Er der gjort nogen opfindelser, som gør, at en sådan teknik kan bruges nu?

Læs også: Spørg Fagfolket: Får man mere vindmøllestrøm ud af kold luft end varm luft?

Henrik Stiesdal, opfinder og vindmøllepionér, svarer:

Ja, tykmavede naceller er som regel kendetegnende for vindmøller uden gear. Vindmøllens rotor driver en mangepolet, langsomtløbende generator, som har tilstrækkelig kapacitet til at optage drejningsmomentet direkte.

Vindmølleindustrien er præget af internationale virksomheder, og derfor indgår engelske ord ofte i den daglige terminologi, selv her i Danmark. Ordet 'nacelle', som bruges i spørgsmålet, er hentet fra engelsk, og det samme gælder den normale betegnelse for gearløs teknologi, 'Direct Drive' eller blot 'DD'.

DD-teknologien er ikke ny. Allerede sidst i 1920’erne introducerede den amerikanske vindmøllepioner Marcellus Jacobs en DD-generator på sin 4 kW jævnstrømsmølle, der var beregnet til elektrificering på landet, hvor det på den tid havde lange udsigter at få normal netforbindelse.

Der blev i 1930’erne opstillet mange tusinde jævnstrømsmøller med tilhørende batterier på landet i USA, både forskellige typer med gear og hurtigtløbende generator samt Jacobs’ DD-type. Jacobs-møllerne var dyrere end møllerne med gear, men var samtidig kendt for en højere pålidelighed.

Oversigt over de tre omtalte teknologier – gearet med normal generator, gearet med en langsomtløbende generator samt direct drive. Illustration: Henrik Stiesdal

Læs også: Spørg Fagfolket: Påvirkes lufttemperaturen af en vindmølles rotor?

Enercon kom med gennembruddet

Efterhånden som elnettet under og efter krigen kom ud til selv fjerntliggende gårde, blev jævnstrømsmøllerne overflødige og som regel taget ned, men så sent som sidst i 1970’erne, da jeg for første gang rejste i USA, kunne man støde på enkelte tilbageværende eksemplarer. Og alle dem, jeg så, var Jacobs-møller med DD-teknologi, for det var de eneste, som havde kunnet holde siden 1930’erne.

Den gearede teknologi var fuldstændigt dominerende, da vindmølleindustrien genopstod efter den første oliekrise i 1973. Man kunne let skaffe sig en firepolet generator med et omløbstal på 1500 o/min. og et tilhørende gear, som kunne forøge hastigheden fra vindmøllerotorens meget langsommere omløbstal til de 1500 o/min.

Der var derimod ikke mangepolede, direkte drevne generatorer på markedet. Det amerikanske vindmøllefirma Windworks var en undtagelse, de kom allerede i 1983 med en 10 kW DD-mølle. I modsætning til Jacobs-møllerne, hvor magnetfeltet i generatoren blev etableret med elektromagneter, som det også kendes fra kraftværksgeneratorer, brugte Windworks permanente magneter.

Det egentlige gennembrud for DD-teknologien kom, da den tyske vindmøllefabrik Enercon i begyndelsen af 1990’erne introducerede en 500 kW mølle uden gear. Enercon voksede sig stor på baggrund af den meget pålidelige DD-teknologi og har siden sidst i 1990’erne været dominerende på det tyske marked. Ligesom Jacobs har Enercon indtil for nylig brugt elektromagneter i generatoren.

Enercon-møllerne har som nævnt været kendt for meget høj pålidelighed, men også for en høj pris, fordi DD-teknologien som udgangspunkt er dyrere end den gearede teknologi. Der er imidlertid i de senere årtier kommet nye teknologier, som har gjort det lettere at lave mere konkurrencedygtige DD-generatorer.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvorfor er vingerne forskellige på vindmøller og bordventilatorer?

Stærke permanente magneter gør forskellen

Det vigtigste teknologispring er fremkomsten af meget stærke permanente magneter, de såkaldte neodymium-magneter. Den tyske vindmølleproducent Vensys lancerede i 2003 en kompakt DD-mølle med neodymium-magneter, og i 2009 begyndte Siemens Wind Power i Brande markedsføringen af deres første serieproducerede DD-mølle, også med neodymium-magneter.

Selv Enercon, som ellers har holdt fast i elektromagneter i generatoren, indførte i 2018 permanente magneter på deres seneste vindmølletype. På store DD-generatorer har man ofte over 100 poler, og her tæller det rigtig meget, at de kan laves supersimple med permanente magneter.

Man opfatter traditionelt DD-teknologien som dyrere, men mere pålidelig end den gearede teknologi. Den højere pris skyldes et større materialeforbrug, navnlig til kobber og magneter. Den større pålidelighed skyldes det meget enklere arrangement med en enkelt, stor generator, som erstatter både et stort antal tandhjul og lejer i gearet og to hurtigtløbende lejer i generatoren.

Forskellene er dog ikke så store, som de var en gang. For det første skalerer DD-teknologien af grundlæggende fysiske årsager bedre med størrelsen end den gearede teknologi, så DD-teknologien bliver mere konkurrencedygtig, desto større vindmøllerne bliver.

Ved store havmøller er DD-teknologien sandsynligvis billigere end den gearede teknologi. Og for det andet er pålideligheden af gearene blevet meget bedre over de sidste 10-20 år, dels fordi vindmøllefabrikanterne har været på nakken af gearfabrikanterne for at få løftet kvalitetsniveauet, dels fordi gearfabrikanterne ikke har siddet stille, men har fortsat innovationen, primært med nye typer planetgear.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvordan løber strømmen fra min husstandsvindmølle?

Siemens' installation af 11 MW-nacelle i Østerild tidligere i år Illustration: Siemens Gamesa

Gear på land - DD til havs

Endelig bruger man i moderne, gearede vindmøller ofte en generator med flere poler, så omløbstallet kommer ned på 2-500 o/min. i stedet for de traditionelle 1500 o/min. På den måde sparer man det hurtigste trin i gearet og har ikke så højt omløbstal på generatorlejerne.

I dag er situationen den, at visse møllefabrikanter, bl.a. Enercon i Tyskland og Kinas største fabrikant, Goldwind, kun bruger DD-teknologi, mens andre fabrikanter, bl.a. Siemens Gamesa og General Electric, bruger gearet teknologi på de mindre landmøller og DD-teknologi på de store havmøller. Atter andre, bl.a. Vestas, holder sig til gearet teknologi.

Jeg gætter på, at når Siemens Gamesa og General Electric, bruger gearet teknologi på de mindre landmøller og DD-teknologi på de store havmøller, er det, fordi de ønsker at få det bedste af begge verdener. Altså den billigst mulige og tilstrækkeligt pålidelige teknologi til lands, hvor priskonkurrencen er meget hård, og den billigste (fordi DD-teknologien bliver relativt billigere med størrelsen) og mest pålidelige teknologi på de store havmøller, hvor omkostningerne ved eventuel udskiftning af en hovedkomponent er meget høje.

Det bliver spændende at se over de næste 10-20 år, om denne praksis (gearet teknologi på land, DD-teknologi til havs) fortsætter, eller om en af de to teknologier ender med at få overtaget på begge dele af markedet.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Tak for et meget godt svar som selv jeg forstår Henrik Stiesdal. Jeg forstår det således at DD møller er dyre for at de bruger neodymium..og kopper. Kopper kan enkelt genanvendes, hvordan er det med neodymium? Hvis det er enkelt at genanvende neodymium burde det blive relativt billigere at lave DD møller med tiden.

  • 10
  • 0

'Og alle dem, jeg så, var Jacobs-møller med DD-teknologi, for det var de eneste, som havde kunnet holde siden 1930’erne.'

Gad vide om de store hav vindmøller som opføres i dag, også kører i 2060?

  • 9
  • 0

Gad vide om de store hav vindmøller som opføres i dag, også kører i 2060?

Det vil nok kræve at vinger og andre komponenter også skal laves af stål eller aluminium. Dengang blev ting bygget med udgangspunkt i at levetiden skal være "så lang som mulig" og i øvrigt skal "alt kunne repareres". Nu designer vi ting med udgangspunkt i at de alligevel bliver forældet og derfor sætter man et "skal holde i min. X antal år" krav, det gør at mange ting kan gøres billigere men man skal så heller ikke forvente at de holder mere end de X+1 år.

  • 9
  • 5

Gad vide om de store hav vindmøller som opføres i dag, også kører i 2060?

Kan man holde en bil fra 1980, kørende til i dag? I princippet kan alt skiftes... men nej... Det kræver for det første at grund konstruktionen er sund, samt at der er nok kørende møller til at det kan betale sig at vedligeholde produktionen af reservedele. Hoved komponenter som vinger, generator, hoved/vinge lejer, og evt. gearkasse er sliddele. Og nogle af delene er specifikke for enkelte mølle typer. Disse komponenter f.eks. en vinge kan have meget variabel levetid, en del lever 25år, mens andre bliver ramt af et kraftigt lyn efter 5 år. Struktur delene (fundament, tårn, maskinfundament) er designet med en givet levetid (f.eks 25 år), og må ikke svigte. Møllen skal pilles ned inden levetiden er brugt op, eller kan i nogle tilfælde levetids forlænges. I dag vil det være et problem hvis der blev designet en for dyr komponent ind der kunne leve væsentligt længere end de 25 år, da det vil betyde at man ikke er konkurencedygtig.

Der er mange dele der ikke kan producers uændret i 20-40 år, hvilket betyder at der skal vedligholdes viden omkring design. Nogle af tingende kan der ikke ændres på uden at foretage en last validering af hele møllen via. en simmulerings model.

Bare det at kunne producere reservedele koster penge..

  • 9
  • 2

så DD-teknologien bliver mere konkurrencedygtig, desto større vindmøllerne bliver. Det forstår jeg ikke helt. for jo større møllerne er, jo langsommere roterer vingerne, og så skal antallet af poler forøges. Hvor kommer neodymium fra, det er et utroligt stæk magnet.

  • 1
  • 0

Hvor kommer neodymium fra, det er et utroligt stæk magnet.

Kina.. https://en.wikipedia.org/wiki/Neodymium#Oc... Permamagneter kræver også andre sjældne jordarter som f.eks. Dysprosium, som koster 300$/kg, og giver en del forurening ved udvinding. Prisen har været over 1000$/kg. kineserne ser det som et strategisk mineral, og de styre markeds prisen. De kinesiske fabrikanter har fortrins ret, og kan købe det billigere når der er mangel. China first... https://www.windpowermonthly.com/article/1...

  • 2
  • 0

Mon ikke der forskes intenst i superleder til mangepolet vindmøllegeneratorer, da det vel ikke er ønske at være afhængig af kineserne.

Såvidt jeg forstår situationen, så findes der såmænd neodymium-miner andre steder i verden, bl.a. Brazilien. Dog er produktionerne skaleret ned eller lukket, fordi det er billigere at købe fra Kina (det meste af tiden- priserne svinger). Brazilien og Vietnam tilsammen, har lige så store neodymium-depoter som Kina fx. Dog medfølger der håndtering af nogle temmelig giftige biprodukter, når man laver neodymium. Såvidt jeg forstår, er man også fint tilfreds med at lade Kina håndtere dét.

Afhængigheden er vist mere et politisk/økonomisk spørgsmål. Hvis prisen bliver for høj, eller kineserne bliver for utålelige, forventer jeg at produktionen i andre lande skaleres op. Jeg synes det kan minde om situationen man har set med olieproduktion i USA for at blive uafhængige af import fra OPEC-lande.

  • 3
  • 0

Ved PMG kan man også gøre brug af Halbach array til at forstærke feltet i generatoren.

Min tidligere roommate, en amerikaner som kom til DTU for at studere vindmoeller, var efter han var rejst hjem til Colorado med til at starte firmaet Boulder Wind Power, som netop byggede en DD-generator med Halbach-array af permanente magneter, og PCB'er i stedet for viklede spoler. De kom meget langt, men desvaerre loeb firmaet toer for venturepenge i 2014. Han arbejder for nogle kinesere nu...

  • 4
  • 0

Kopper kan enkelt genanvendes, hvordan er det med neodymium? Hvis det er enkelt at genanvende neodymium burde det blive relativt billigere at lave DD møller med tiden.

Neodymiummagneter kan fint genanvendes. Materialet knuses og bruges i sintring af nye magneter.

Den største udfordring er af rent praktisk art og har at gøre med håndteringen af de stærke magneter. Ved fremstillingen af store DD-generatorer får man leveret magneterne "kolde", dvs. umagnetisereede, og så magnetiserer man dem umiddelbart før montagen på rotoren. Magnetiseringen og montagen er automatiseret, så risikoen for personskade er så lille som muligt. Den proces kan man gentage i modsat retning, når magneterne skal genbruges, men det forudsætter, at man har adgang til produktionsudstyret. Hvis man ikke har det, skal man træffe ret specielle forholdsregler ved ophugningen af generatoren.

  • 18
  • 0

Er der nogensinde nogen, der har afprøvet den ide, som blev fremsat af Dr. Edmund Kaiser for mange år siden. Den gik ud på at generere højspænding ved at trække 2 plader fra hinanden ved hjælp af en excentrik på rotoren. Når to kondensator plader trækkes fra hinanden stiger spændingen kraftigt. Det kan udnyttes.

  • 0
  • 4

Hvad med støj Oppe i Kalmarsund ligger Mønsterås bruk - en stor fabrik som producerer brædder og papir. På deres område står 10 stk ca. 5 år gamle vindmøller, formodentlig på 3 mv stk. Når jeg sejler mod Stockholm ligger jeg ofte for svaj i en bugt "lige under" og i vindretningen fra et par af møllerne. Jeg forsøger at vurdere støjen fra møllerne, men kan ikke høre andet end max en stille susen fra vingerne. Jeg hr tænkt på om det var DD møller og at sådanne ikke giver de samme lavfrekvente støjgener som de gearede. Det ville være interessant at få nogle observationer og betragtninger om dette. Søren H. Basse s/y "Søren Spætte"

  • 8
  • 0

I gearede møller er det gearkassen, der optager drejningsmomentet fra vingerne.

Jeg har fået fortalt, at massen af rotoren i generatoren i Direct Drive møller, er det som optager drejningsmomentet i DD møller.

Er der lavet beregninger over hvor store DD møller det er muligt at bygge, og er det først generatoren eller vingerne, der sætter begrænsningen?

  • 0
  • 0

så DD-teknologien bliver mere konkurrencedygtig, desto større vindmøllerne bliver. Det forstår jeg ikke helt. for jo større møllerne er, jo langsommere roterer vingerne, og så skal antallet af poler forøges.

Ja, når møllerne bliver større, har man den udfordring, at momentet stiger hurtigere end effekten, fordi store møller roterer langsommere end små.

DD-generatorernes fordel ved større møller opstår, fordi man i det store og hele har den samme specifikke belastning i den tangentielle retning i luftspalten ved både små og store generatorer.

Og ja, det lyder indviklet! Men det er ikke så galt.

I elektriske maskiner overføres momentet ved summen af de tangentielle kræfter i luftspalten, der er mellemrummet mellem rotoren og statoren.

De tangentielle kræfter er magnetiske kræfter mellem polerne i statoren og rotoren. I mellemrummet mellem polerne er der kun små eller ingen kræfter.

Selv om kræfterne altså hører til, hvor polerne er, bruger man ofte at se på den specifikke tangentielle kraft, der er den gennemsnitlige kraft pr. kvadratmeter. Langt de fleste motorer, der anvendes i industrien, er asynkronmotorer, og de har typisk en specifik tangentiel kraft på op til 25 kN/m2. Store kraftværksgeneratorer kan have specifikke tangentielle kræfter på 250 kN/m2, nogle måske endnu højere. Og store vindmøllegeneratorer med permanente magneter er et sted mit imellem, med specifikke tangentielle kræfter på 50 kN/m2 eller lidt højere.

Det kræver bestemte tykkelser af statorlaminatet og magneterne at frembringe en specifik tangentiel kraft. Disse tykkelser er uafhængige af generatorens øvrige dimensioner. Hvis man ønsker en tangentiel kraft på 50 kN/m2, kræver det så og så tykt et statorlaminat med så og så meget kobber, og så og så tyk en magnet. Poltallet betyder ikke ret meget i denne sammenhæng, og hvor mange poler, man vælger, afhænger af andre forhold.

Når en bestemt specifik tangentiel kraft kræver et statorlaminat og en magnet af en bestemt tykkelse, betyder det, at massen af de aktive dele (kobber, jern og magneter) pr. areal af luftspalten er konstant.

Lad os sige, at vi har en generator med luftspaltediameteren D og længden L, som har en specifik tangentiel kraft på fs (kN/m2) og en tilhørende specifik masse af de aktive dele på ms (kg/m2).

Lad os derudover sige, at vi foretrækker et bestemt forhold mellem diameteren D og længden L. Det gør man ofte i praksis, afhængig af typen af maskine (asynkron, permanent magnet, osv.). Længden L kan derfor beskrives ved diameteren gange længdeforholdet Cld. For store permanentmagnetgeneratorer vil Cld typisk være af størrelsesordenen 0.25-0.30.

Arealet A af luftspalten, den tangentielle kraft F, drejningsmomentet T og massen Mg af de aktive dele er så

A = pi D L = pi D (D C) = pi D^2 Cld F = fs A T = F D/2 Mg = ms A

Relationen mellem massen Mg og drejningsmomentet T bliver dermed

Mg/T = ms A / (F D/2) = ms A / (fs A D/2) = 2 ms / (fs D)

Da fs og ms begge er konstanter, får vi den endelige relation

Mg/T = C * 1/D

Massen pr. drejningsmoment er altså omvendt proportional med diameteren. Jo større generatoren bliver, desto lavere bliver massen pr. drejningsmoment.

For gearkasser forholder det sig anderledes. Her er massen pr. drejningsmoment nogenlunde konstant over et bredt spænd af størrelser.

Det er denne forskel mellem massen pr. drejningsmoment for direkte drevne generatorer og gearkasser, der gør, at direkte drevne generatorer bliver mere konkurrencedygtige, jo større møllerne bliver.

  • 20
  • 0

Jeg har fået fortalt, at massen af rotoren i generatoren i Direct Drive møller, er det som optager drejningsmomentet i DD møller.

Er der lavet beregninger over hvor store DD møller det er muligt at bygge, og er det først generatoren eller vingerne, der sætter begrænsningen?

Man kan nok ikke sige, at det er massen af rotoren, som optager drejningsmomentet. Det er de magnetiske kræfter i luftspalten mellem stator og rotor, der optager drejningsmomentet.

Med hensyn til størrelsen af generatoren, så kan man reelt lave DD-generatorer så store, som det nu er nødvendigt. Hvis det bliver for besværligt med generatorer i ét stykke, kan man segmentere dem, som det også kendes fra store generatorer på vandkraftværker. Her laver man generatorer med 20 m diameter. En DD vindmøllegenerator har typisk en diameter på 3-4% af rotordiameteren, så vi skal op over 500 m diameter på rotoren, før vi nærmer os de største kraftværksgeneratorer. Med andre ord - det er snarere vingerne, der sætter begrænsningen.

  • 16
  • 0

DD teknologi

Tak Henrik, det var noget af en smøre, som jeg måtte læse to gange. Og Niels Danielsen, har du også en forklaring på, hvorfor materialet stort set kun findes i Kina. I Sverige har de masser af jernmalm, og i Chile masser af kobber, o.s.v.. Er det meteoritter med disse stoffer, som mia. af år siden har ramt disse steder. Nogle af disse tanker er måske lidt fjollede, men de har strejfet mig.

  • 0
  • 3

Og Niels Danielsen, har du også en forklaring på, hvorfor materialet stort set kun findes i Kina.

Det er ikke korrekt. Sjældne jordarter er ikke specielt sjældne, de findes bare i lav koncentration selv i de bedste miner. Der er lige så gode (eller dårlige, om man vil) forekomster mange andre steder end i Kina. Der er f.eks. "spændende" mængder gemt i Grønland.

Morten Jensens kommentar beskriver hvorfor det præcist er Kina som producerer sjældne jordarter. Måske overså du den?

  • 4
  • 0

Permamagneter kræver også andre sjældne jordarter som f.eks. Dysprosium, som koster 300$/kg, og giver en del forurening ved udvinding. Prisen har været over 1000$/kg. kineserne ser det som et strategisk mineral, og de styre markeds prisen. De kinesiske fabrikanter har fortrins ret, og kan købe det billigere når der er mangel. China first...

Lidt til de forskellige kommentarer om sjældne jordarter -

I neodymiummagneter er der ca. 30% neodymium og typisk 1-5% dysprosium. Resten er bor og jern.

Groft sagt er det neodymium, der giver feltstyrken, og dysprosium, der giver modstandsevnen mod magnetisering. Da magnettyperne med sjældne jordarter blev udviklet tilbage i 1980’erne fandt man ret hurtigt ud af, at evnen til at modstå et stort, modsatrettet magnetfelt var lav for en magnet med kun neodymium. Med tilsætning af dysprosium blev magneten meget mere stabil. Risikoen for irreversibel afmagnetisering stiger med temperaturen, så man har forskellige klasser af neodymiummagneter, der har stigende indhold af dysprosium og derved er modstandsdygtige mod afmagnetisering ved højere og højere temperatur.

I det periodiske system hører neodymium til i gruppen af sjældne jordarter, men det er i virkeligheden ikke så sjældent. De største kendte forekomster er som omtalt flere gang i Kina, men der er rigelige forekomster andre steder, bl.a. i Australien og i Californien. Og altså også på Grønland, som nævnt ovenfor.

Dysprosium er til gengæld sjældent, og det udvindes stort set kun i Kina. Derfor har der i en årrække varet foretaget omfattende studier af, hvordan man kan lave dysprosiumfrie neodymiummagneter, som måske ikke har helt samme modstandsevne mod irreversibel afmagnetisering ved høj temperatur, men som er tilstrækkelig robuste ved de temperaturer, man har i godt kølede elektriske maskiner. Hovedfokus har været på kornstørrelsen af neodymium-delen af magneterne, der i øvrigt fremstilles ved sintring.

Dette mål er ved at være nået, og flere leverandører tilbyder nu dysprosiumfrie magneter. Ud over at undgå det reelt sjældne grundstof dysprosium og kun bruge det meget mere tilgængelige neodymium har dysprosium-frie magneter den yderligere fordel, at de har en smule højere feltstyrke.

Hvad angår det med, at kinesiske leverandører af magneter giver bedre priser til lokale vindmøllefabrikanter, så tror jeg ikke, at det har noget på sig. Det kinesiske marked er fuldstændig liberaliseret mht. færdige magneter (mens der til gengæld er restriktioner på udførelse af råvarerne), og mig bekendt er der ingen central styring af salget. Men som i alt anden handel i Kina skal der naturligvis tinges om prisen!

  • 14
  • 0

Hej Henrik

Tak for alle de gode og detaljerede input. Jeg har et tillægsspørgsmål ang. omdrejningshastighed. Tilbage i slut-90'erne mener jeg at huske at en moderne vindmølle kom med 2 forskellige gear. Dvs. en vindmøller kunne køre med to forskellige konstante hastigheder +/- noget slip på generatoren.

Hvordan reguleres dette i dag? Kører vindmøller med konstant hastighed og så er effekten reguleret af vingernes pitch? Eller er der andre smarte løsninger på det?

Pft. Claus

  • 3
  • 0

Tak for alle de gode og detaljerede input. Jeg har et tillægsspørgsmål ang. omdrejningshastighed. Tilbage i slut-90'erne mener jeg at huske at en moderne vindmølle kom med 2 forskellige gear. Dvs. en vindmøller kunne køre med to forskellige konstante hastigheder +/- noget slip på generatoren.

Hvordan reguleres dette i dag? Kører vindmøller med konstant hastighed og så er effekten reguleret af vingernes pitch? Eller er der andre smarte løsninger på det?

Ja, det er korrekt, at vindmøller i de første 25 år af den moderne industris udvikling, fra omkring 1980 og til lidt ind i det nye århundrede, som regel havde to hastigheder.

Baggrunden for dette arrangement var, at vindmøllerne dengang havde direkte nettilsluttede generatorer. Generatorerne var udført som asynkrongeneratorer med kortsluttet rotor, svarende til helt normale elektromotorer. Sådan en asynkrongenerator har et lille slip, typisk under 1%. Med et slip på 1% ville en firepolet generator have et hastighedsområde fra 1500 o/min ved start af produktion til 1515 o/min ved fuld effekt. Altså meget tæt på konstant hastighed uanset effektydelsen.

Vingerne på vindmøllens rotor er designet til at have maksimal virkningsgrad ved et bestemt tiphastighedsforhold. Tiphastighedsforholdet er forholdet mellem vingetippens hastighed under rotationen og vindens hastighed. Moderne vindmøller har ofte et tiphastighedsforhold på 10. Ved en vindhastighed på 8 m/s skal vingen altså have en hastighed på 80 m/s for at have den ønskede virkningsgrad.

Når vindmøllen har en direkte nettilsluttet generator, kører den med næsten konstant hastighed uanset belastningen, og det medfører, at tiphastigheden reelt er konstant. Og så kan tiphastighedsforholdet af gode grunde kun være optimalt ved én bestemt vindhastighed. Og dermed kan vindmøllen kun opnå sin maksimale virkningsgrad ved denne vindhastighed. Ved alle andre vindhastigheder må virkningsgraden være lavere.

Nu er det heldigvis sådan, at selv om der er et optimalt tiphastighedsforhold, er vindmøllens rotor ikke super-følsom overfor afvigelser fra det optimale, og virkningsgraden er relativt god også ved ret store afvigelser fra optimum. Men kommer man op i nærheden af det dobbelte af det tiphastighedsforhold, som vingerne er designet til, koster det for alvor på virkningsgraden.

Det giver mening at optimere vingerne til en vindhastighed på 8 m/s, for det er omkring denne vindhastighed, at vinden de fleste steder har det største tilgængelige energiindhold, målt som middel over hele året. Men et design til 8 m/s medfører, at tiphastighedsforholdet er dobbelt så højt ved 4 m/s. Og det går rigtig meget ud over virkningsgraden. Faktisk så meget, at det kan knibe overhovedet at få rotoren så hurtigt, at generatoren kan komme op på de 1500 o/min.

Her har vi den væsentligste motivation for, at vindmøllerne tidligere havde to hastigheder. Ved at køre langsommere i lav vind, kunne man komme tættere på det optimale tiphastighedsforhold.

Til at begynde med brugte man to separate generatorer, der var koblet sammen med et kileremtræk. Den lille generator havde typisk en mærkeeffekt på 20% af den store generators effekt, og hastighedsforskellen blev opnået ved udvekslingen i remtrækket. Omkring 1985 blev det almindeligt i stedet at udføre generatoren med to viklinger i samme stator. Man havde så en firepolet vikling til den høje effekt og en sekspolet vikling til den lave effekt. Omløbstalsforholdet blev så defineret af poltallet, så den lille generator havde et omløbstal på 2/3 af omløbstallet for den store generator.

Konceptet virkede, og det gav en merproduktion på ca. 5% i forhold til drift med kun én hastighed. Derudover viste der sig flere fordele ved drift med to hastigheder. En asynkrongenerator har ikke særlig høj effektivitet ved lav belastning, og ved at have en lille generator med kun 20% af møllens mærkeeffekt blev de elektriske tab i lav vind en hel del mindre. Og den aerodynamiske støj blev også mindre i lav vind, hvor den ikke blev maskeret så godt at vindstøj i beplantningen omkring haver m.v.

Fra omkring 2005 gik stort set alle vindmøllefabrikanter over til variabel rotorhastighed. Der var flere årsager til dette, både strukturelle i selve møllen og i relation til de nye netkrav, som blev indført i årene efter 2002. Med variabel hastighed kunne vindmøllens rotor komme til at køre med konstant tiphastighedsforhold, dvs. en tiphastighed, som er proportional med vindhastigheden, og dermed kunne man få maksimal aerodynamisk virkningsgrad over næsten hele driftsområdet.

I høj vind holder man rotorhastigheden nogenlunde konstant ved såkaldt pitchregulering, dvs. ved at dreje vingerne på møllenavet, så deres vinkel i forhold til rotorplanet (det er denne vinkel, vi kalder pitchvinklen) hele tiden indstilles til at give den rigtige balance mellem den effekt, der udtrækkes fra vinden, og den effekt, man ønsker at vindmøllen skal levere.

  • 17
  • 0

Hej Henrik og mange tak for det udførlige svar.

Hvordan reguleres den variable hastighed på vindmøllen i dag så den passer med netfrekvensen? Ved samme ændring af anvendte poler i generatoren, som du har beskrevet for de gamle møller eller er der andet effektelektronik efterfølgende der tager sig af det?

Pft. Claus

  • 2
  • 0

vindmøllerne dengang havde direkte nettilsluttede generatorer. Generatorerne var udført som asynkrongeneratorer med kortsluttet rotor, svarende til helt normale elektromotorer.

Henrik

Heroppe står en windworld stallreguleret mølle i ødrift, der forsyner el til varmepatroner. Da den ikke er koblet op på nettet, så er man nødt til at bruge kondensatorer til reaktiv effekt for at magnetisere asynkrongeneratoren. Ved opstart hvor vindhastigheden er lille, er det ikke noget problem at få generatoren magnetiseret. Det kræver kun at der er en masse kondensatorer indover. Møllen yder så op til de 26 m/s og den smider tippene og lukker ned, men kan så først starte nede på lav vindhastighed.

Om møllen skal startes ved vindhastigheder over 12-14 m/s så opstår problemet med at møllen er kommet op i overspeed før asynkrongeneratoren når at blive magnetiseret. Målekredsløbet (arduino )måler frekvens og spænding og kobler kondensatorerne ud. Frekvensen blivere styret med belastningen og spændingen med kondensatorerne. Man har forsøgt at starte op med ekstra kondensatorer, det viser sig ikke at være nok og tiden for at koble kondensatorerne ud er i millisekunder, ellers kommer der overspænding på generatoren og den brænder af.

Er det nogen ide om hvordan en sådan nød kan knækkes, at koble møllen op på nettet er ikke en option og det ser ikke ud til der er andre møller i ødrift med asynkrongenerator.

  • 6
  • 0

Hvordan reguleres den variable hastighed på vindmøllen i dag så den passer med netfrekvensen? Ved samme ændring af anvendte poler i generatoren, som du har beskrevet for de gamle møller eller er der andet effektelektronik efterfølgende der tager sig af det?

Hastigheden reguleres med en frekvensomformer, der er indsat mellem generatoren og transformeren i møllen.

Frekvensomformeren består af en ensretter, en DC mellemkreds, og en vekselretter. Både ensretter og vekselretter er transistorbaserede og laver tilnærmede sinuskurver ved såkaldt ”Pulse Width Modulated” teknologi. DC mellemkredsen er en kondensatorbank. Desuden er der på netsiden af vekselretteren en stor induktor (en trefaset spole med en jernkerne) og et aktivt filter. Disse to ekstra dele sørger for at holde den elektriske støj fra PWM-sinuskurverne på et acceptabelt niveau.

Dette arrangement med frekvensomformeren har den virkning, at generatoren rent elektrisk kan leve sit eget liv. Den kan derfor køre med varierende frekvens og varierende spænding, samtidig med at vekselretteren leverer konstant frekvens og spænding til nettet.

I praksis kører man ofte en DD-generator på ca. 750 V. Frekvensen er en del lavere end netfrekvensen, typisk 15-20 Hz ved fuld hastighed.

  • 10
  • 0

Heroppe står en Windworld stallreguleret mølle i ødrift, der forsyner el til varmepatroner. Da den ikke er koblet op på nettet, så er man nødt til at bruge kondensatorer til reaktiv effekt for at magnetisere asynkrongeneratoren.

[...]

Når møllen skal startes ved vindhastigheder over 12-14 m/s så opstår problemet med at møllen er kommet op i overspeed før asynkrongeneratoren når at blive magnetiseret.

[..] Man har forsøgt at starte op med ekstra kondensatorer, det viser sig ikke at være nok og tiden for at koble kondensatorerne ud er i millisekunder, ellers kommer der overspænding på generatoren og den brænder af.

Er det nogen ide om hvordan en sådan nød kan knækkes, at koble møllen op på nettet er ikke en option og det ser ikke ud til der er andre møller i ødrift med asynkrongenerator.

Stand-alone drift af en asynkrongenerator med kondensatormagnetisering var en af de løsninger, jeg selv så på tilbage omkring 1976-77, og jeg lavede derfor en del forsøg med konceptet.

Systemet med den selvmagnetiserende asynkrongenerator virker på den måde, at en smule tilbageblivende magnetisme i rotoren, såkaldt remanens, inducerer en beskeden spænding i statoren, hvorefter kondensatorerne danner et lille drejefelt i statoren, som så efterhånden kan inducere det ”rigtige”, langsomt roterende felt i rotorviklingen.

Erfaringen fra mine forsøg dengang var, at der gik noget tid, før spændingen var bygget op. Jeg drev generatoren med en almindelig motor, men selv, når den var på fuld hastighed på det tidspunkt, hvor man koblede kondensatorerne til, gik der en del tid, ofte 5-10 s, før generatoren kom på spænding. Når det skete, gik det ret hurtigt, og man kunne tydeligt høre det.

Jeres vanskeligheder afspejler fuldstændig disse gamle erfaringer. I lav vind er der tid nok, fordi accelerationen er langsom, men høj vind er der ikke, og så får I en overspeed.

Som det nu gik i mit eget projekt dengang, endte det med, at møllen blev nettilsluttet, og jeg fik derfor ikke erfaringer fra fuldskaladrift med en selvmagnetiserende asynkrongenerator på en vindmølle. Der var imidlertid andre, som lavede dette generatorarrangement, og flere af dem havde også problemer med at komme på spænding i tide. Nogle forsøgte sig med at montere permanentmagneter på rotoren, som kunne give et ordentligt felt at ”komme i gang på”, andre lavede alskens justeringer på mængden af kondensatorer og på belastningen og måtte ofte eksperimentere i lang tid, før der var en nogenlunde robust løsning.

I jeres situation kunne man måske forsøge sig med permanentmagnet-løsningen, men det kræver jo et indgreb i generatoren. Alternativt kunne man se, om man kunne lave et arrangement med en beskeden størrelse frekvensomformer, som kunne levere den indledende magnetisering.

Måske der er en læser, som har erfaring med problemet?

  • 7
  • 0

I jeres situation kunne man måske forsøge sig med permanentmagnet-løsningen, men det kræver jo et indgreb i generatoren. Alternativt kunne man se, om man kunne lave et arrangement med en beskeden størrelse frekvensomformer, som kunne levere den indledende magnetisering.

Henrik

Det har været overvejet at indoperere permanente magneter i rotoren, men det er et større indgreb, så det er i første omgang lagt på is.

Ideen med frekvensomformeren har jeg overvejet og et eller andet sted er jeg overbevist om at det kan fås at virke. Der sidder en giver til måling af omdrejningerne og tanken var så at frekvensomformeren skulle følge omdrejningerne/frekvensen når møllen sættes igang og omdrejningerne øges.

Asynkrongenratoren kan vel sammenlignes med et parallel svingningskreds og som du rigtigt nævner, så er det sandsynligvis ikke den store effekt som frekvensomformeren skal tilføre for at få kredsen til at svinge.

Asynkrongeneratoren kan fås til at magnetiseres ved lave omdrejninger og lang tid, men det kræver store kondensatorer, idet at XL generator og XC skal være lige store for at kredsen er i resonans.

Ved høj hastighed på generatoren og den magnetiseres og det foregår efter en meget stejl kurve og omdrejningerne gør at IC er stor, så stiger spændingen så hurtigt at man får problemer med at udkoble kondensatorer og det hele brænder af på grund af overspænding.

  • 1
  • 1

Kan man delvis krøje den ud af vinden ifb opstart?

Det er ikke en helt tosset idé, men vil være svært at få til at fungere i praksis. Krøje-hastigheden er for langsom til at holde en bare nogenlunde konstant hastighed ved aktiv styring. Man kan dog i teorien bruge det til at sænke vind-energien under opstart, men det vil være svært at gøre pålideligt. Med det mener jeg at hvis vindhastigheden fx er 16 m/s så har man sandsynligvis kun få grader margin. Desuden kræver det: - sensor til vindretning - god vindhastigheds sensor - højere laster (opstart i høj krøje-fejl gør avs på møllen) - teoretisk fundament til at klarlægge hvor meget man skal krøje ved en given vindhastighed - sikkerheds overvejelser omkring hvornår turbulens/vindhastighed er for høj til man kan forvente at gennemføre

Det er langt billigere at installere en vindretningssensor i dag end for 20 år siden. Dengang brugte man en mere simpel sensor som ikke kan bruges til dette formål.

  • 3
  • 0

Edmund Kaiser

Palle Jensen Da du nævnte Edmund Kaiser, kom jeg til at tænke på min samtale med ham i 1973, fordi jeg havde sendt ham min opfindelse, der kunne forbedre en varmepumpe med 10 %. Han svarede tilbage, at min opfindelse virker som et forsøg på at trække sig selv op ved hårene. Derfor sendte jeg ham nogle beregninger, som fik ham til at ringe til mig , hvor han sagde at det var en fantastisk god ide, -hvorfor har ingen tænkt på det før. Vi talte også om noget musik jeg havde komponeret, og som jeg lovede at sende til ham. Det fik jeg bare ikke gjort, -havde så meget andet i hovedet.

  • 1
  • 2

SUK Det var i de gode gamle dage, da opfindere blev værdsat. I dag er det blot nedadvendte tommelfingre, men ingen substans. Hvis du har lyst til at læse om mine erfaringer, så er de udkommet på forlaget Underskoven i form af min selvbiografi kaldet "Multimekanikeren".

  • 0
  • 3

Kan man delvis krøje den ud af vinden ifb opstart?Et godt gæt er at løsningen ikke må koste ret meget?

Ideen har været oppe og vende og man kunne magnetiseret generatoren ved halv omdrejninger og så krøje den ind i vinden og sidenhen køre med driftsomdrejninger. Det har været betænkligheder om krøjegear og andet kan klare belastningen. Møllen skal faktisk krøjes forbavsende langt væk fra vindretningen før effekten falder eksempelvis 50%.

Rigtigt nok må løsningen ikke koste alt for meget, da det er et græsrodsprojekt med drøm om en grøn ø, som nogle øboere på en lille ø 5,5 km væk fra hvor jeg bor og det er ærgeligt at se ud af stuevinduet at de ikke kan få udnyttelse af møllen.

At skifte til synkrongenerator er heller ikke så nemt, da generatoren er 6 Pol 1000 o/min og 690V og synkrongenerator andet end standard 4 Pol 1500 o/m koster en bondegård og fylder en del, så jeg er ikke klar over om der er plads til den.

Der er ellers kop anemometer til vindhastighed og vindretningssensor på møllen.

  • 2
  • 0

Hvorfor er ikke svitsjet reluktansgeneratorer brukt i vindmøller? Med denne generatortypen unngår man jo bruk av permanentmagneter ettersom rotoren kun består av stålplater, noe som skulle tilsi lavere og mer forutsigelig pris.

  • 0
  • 0

Ideen har været oppe og vende og man kunne magnetiseret generatoren ved halv omdrejninger og så krøje den ind i vinden og sidenhen køre med driftsomdrejninger. Det har været betænkligheder om krøjegear og andet kan klare belastningen. Møllen skal faktisk krøjes forbavsende langt væk fra vindretningen før effekten falder eksempelvis 50%.

Det mest oplagte var jo nok at konvertere generatoren til en synkrongenerator og så skille sig af med hele magnetiseringssystemet. Det bør kunne lade sig gøre ved at pille rotoren ud og montere en anden forsynet med permanente magneter. Måske kan man endda beholde den nuværende rotor og blot lave nogle svalehalefræsninger, som magneterne kan monteres i. Hvis der sidder noget tilbage af kortslutningsviklingen i rotoren, gør den ingen skade.

Mon ikke der er er en behjertet kvinde eller mand på det lokale universitet, som kan lave de relevante elektromagnetiske beregninger og dimensionere magneterne?

Hvis man på den måde giver afkald på reguleringsmuligheden ved magnetiseringen, skal man til gengæld kunne regulere belatningen. Men det har jo den store fordel, at det dels er meget enklere, dels ikke giver anledning til risiko for overspænding m.v. På grund af reaktansen i maskinen vil spændingen naturligvis stige lidt, hvis man kører ved fuld hastighed og pludselig kobler belastningen ud, men det bør holde sig indenfor det, som isoleringen kan holde til.

  • 7
  • 0

Måske kan man endda beholde den nuværende rotor og blot lave nogle svalehalefræsninger, som magneterne kan monteres i. Hvis der sidder noget tilbage af kortslutningsviklingen i rotoren, gør den ingen skade.

Henrik

Hvis 220kW asynkrongeneratoren ikke vejede 1225kg og sad monteret oppe i nacelle, så kunne man være fristet til at fræse neodymmagneter ind i rotoren for at styrke feltet, da remanensen er svag/lille ved opstart.

Eneste fornuftige måde at montere magneterne er som du nævnere "svalehalespor" fræset i rotoren. Indgrebet havde så reduseret arealet af aluminiums-kortslutningsringen for enden af rotoren, som man må kompensere for. Har forresten evnet/skåret neodymmagneter med diamantværktøj og med vand som køling, beskyttelses mod korrosion må så klares med epoxy.

I første omgang bliver det en tur i garagen at lege med en frekvensomformer sammen med en mindre asynkrongenerator.

Der er ialt 300 kW elvarmelegemer koblet til møllen og reaktiv effekt /kondensatorbatterier kobles ind med SSR relæer og den del virker udmærket, det er ikke noget problem med at holde frekvensen og spændingen. Blev faktisk lidt overrasket over at effekten kan stige/ variere så hurtigt i vindstød ( millisek ) op på 300 kW trods vægt af vinger o.a løber op i godt 3 tons.

En af udfordringerne er at sikre at belastningen ikke forsvinder / falder ud når generatoren har maks kondensatorer og last indover, så vil spændingen stige voldsomt, så et eller andet brænder af. VDR modstande kunne være en mulighed, et elektroniskt kredsløb med thyristor der kortslutter er muligvis en løsning, om man kan lave det hurtigt nok.

  • 5
  • 0

Hvad med en motor/generator der spindes op med et svinghjul og kobles ind under opstart?

Baldur

Møllen var oprindeligt koblet til net og fik sin magnetisering/ reaktiv effekt fra nettet, der var fast monteret fasekompenseringskondensatorer for at mindske tab i nettet og kondensatorerne havde en størrelse som sikrede at møllen ikke kunne selvmagnetisere ved netudfald. En dieselgenerator sammen med møllen, vil kræve en stor generator for at levere nok reaktiv effekt og holde møllen i ave så den ikke løber op i omdrejninger.

Som møllen står nu, så kunne man vel nøjes med mindre dieselgenerator, det ville nok være snu at lade generatoren levere eksempelvis 40-45 Hz så styringen kan tage over og lægge belastning på, før møllen er røget op i overspeed.

Møllen har skivebremse hvor skiven er ca 60 cm i diameter, det kan lade sig gøre at montere et ekstra sæt bremser på og muligvis bruge noget i stil med ABS bremser og holde omdrejningerne konstant i et par sekunder oppe på nominel omdrejningere ( 1000 o/min ) så havde generatoren opnået magnetisering. En PWM hydraulikventil kunne også styre bremsen, så omdrejningerne kunne holdes konstant.

  • 2
  • 0

Effekten der afsættes i bremserne afhænger også af hastighed. Kan man lade den rotere meget langsomt imens møllens generator opnår magnetisering?

  • 0
  • 0

Effekten der afsættes i bremserne afhænger også af hastighed. Kan man lade den rotere meget langsomt imens møllens generator opnår magnetisering?

Da jeg blev bekendt med møllens problem, så lavede jeg en prøveopstilling i garagen, hvor en frekvenreguleret asynkronmotor var koblet sammen med en asynkrongenerator ( asynkronmotor ) og det viste, at har man store nok kondensatorer, kan man opnå magnetisering ved lave omdrejninger, men det tager sin tid.

En synkrongenerators rotor / polhjul har fast definerede poler i dette tilfælde 6 stk og modsvarer det 1000 o/min ved 50 Hz. Asynkrongeneratoren ( squirrel cage ) rotor har vel ikke fast defineret poler idet at den har slip på nogle prosent, hvilket i en nettilsluttet mølle, ville kræve at generatoren skal op om 1000 o/min for at afsætte effekt ind på nettet. Asynkrongeneratoren har den fordel ved nettilslutning, at det ikke går så hårdt ud over gear o.a ved vindstød, nettop fordi at der er et slip.

Skal man hjælpe asynkrongeneratoren i gang med en frekvensomformer, så formoder jeg at det er vigtigt at frekvensen modsvarer omdrejningerne på vej op, ellers vil man bare nedbryde feltet / polerne i sin naturlige opbygning i rotoren. Magnetisering af asynkrongenerator ved hjælp af frekvensomformer blivere et af garageprojekterne engang i fremtiden. :-)

P.S om der er nogen herinde der har leget med magnetisering af asynkrongenerator ved hjælp af permanente magneter, eller frekvensomformer, så hører jeg gerne.

  • 1
  • 1

Eneste fornuftige måde at montere magneterne er som du nævnere "svalehalespor" fræset i rotoren. Indgrebet havde så reduseret arealet af aluminiums-kortslutningsringen for enden af rotoren, som man må kompensere for.

Tanken var nu at montere tilstrækkeligt med magneter til at konvertere generatoren fra en asynkornmaskine til en synkronmaskine. Så bliver statorviklingen jo betydningsløs, og derfor behøver man ikke tage sig af kortslutningsringen, den kan bare fjernes.

Men ethvert indgreb i generatoren kræver jo nedtagning og genmontage. Og det kan naturligvis være en showstopper i sagen.

Opmagnetisering med en frekvensomformer er nok det letteste.

  • 3
  • 0

Tanken var nu at montere tilstrækkeligt med magneter til at konvertere generatoren fra en asynkornmaskine til en synkronmaskine. Så bliver statorviklingen jo betydningsløs, og derfor behøver man ikke tage sig af kortslutningsringen, den kan bare fjernes.

I mine unge dage byggede jeg nogle små vindmøller som hobby, gear var et differential fra en lille bil og generatoren en asynkronstator fra elmotor og rotoren af massiv stål med fræsede noter til magnetiseringsviklingerne. Magnetiseringsstrømmen blev så tilført over slæberinge. Har også prøvet at bygge PMG generator, hvor neodymmagneter erstattede magnetiseringsviklingerne. Erfaringen som man har gjort sig, er at det er ikke så ligetil at bygge / udforme et polhjul som sikrer at udgangen er en ren sinuskurve, er der harmonisk forvrængning så virker generatoren langt fra optimalt. At gå i krig med at ombygge 220 kW asynkrongeneratoren til PMG er tiltalende, men er nok liige en for stor mundfuld som garageprojekt og risikoen for at det ikke virker optimalt er for stor.

Umiddelbart hælder jeg mere til, at drive / følge asynkrongeneratoren op i omdrejninger som asynkronmotor ved hjælp af en mindre frekvensomformer, så vil statorflux indusere rotorstrøm i kortslutningsviklingerne og derved dannes rotorflux og generatoren ved hjælp af indkoblede kondensatorer magnetiseres i tide.

  • 1
  • 0

Ja, det lyder fornuftigt. Jeg tror nu, at selv om det er svært at få en perfekt sinusform på spændingen fra en hjemmebygget PMG, vil det ikke være så svært at få en tilstrækkelig god form til, at det fint kan tolereres af både generator og belastning. Men uanset hvad, så kræver den form for ombygning jo, at generatoren nedtages.

Med hensyn til den lille frekvensomformer, så kan der måske blive lidt med, hvor høj spænding du kan få, fordi modstanden i generatoren er så lav, som den er. Men det kan jo godt være, at du kan få gang i magnetiseringen med en lavere spænding.

Lad os ved lejlighed høre, hvordan det spændte af!

  • 2
  • 0

Hej Magnus Thomsen

Umiddelbart hælder jeg mere til, at drive / følge asynkrongeneratoren op i omdrejninger som asynkronmotor ved hjælp af en mindre frekvensomformer, så vil statorflux indusere rotorstrøm i kortslutningsviklingerne og derved dannes rotorflux og generatoren ved hjælp af indkoblede kondensatorer magnetiseres i tide.

Er der plads til at bygge en lille PMG ind i stedet for frekvensomformeren. Så slipper du både for aftaster og styring.

I stedet for en bremse kunne du måske bygge en hydralikpumpe (mon ikke der kan findes en brugt?) ind, under opstart lader du den køre over en orifice og derefter lader du den idle.

  • 1
  • 0

Er der plads til at bygge en lille PMG ind i stedet for frekvensomformeren. Så slipper du både for aftaster og styring.

Niels Peter Jensen

Fin ide!

Ideen med PMG har været oppe og vende, men den blev forkastet af ejerne, da man ikke kunne få plads mellem nav og gearkasse, så man kunne montere den ind på akselen til skivebremsen.

Hvad med at den blev monteret i forlængelse af asynkrongeneratoren? Fjerne endedæksel og afmontere vifte, så er man inde på akselen og det er ikke så svært at dreje et mellemstykke med kilespor ( går ud fra at der er kilespor på akselen ) så viften efter den er udboret kan monteres igen og der kan etableres en elastisk kobling der kan udligne mindre skævheder i mellem mellemstykke og PMG. Jeg er ikke klar over om generatoren er flangemonteret eller på fod, men under alle omstændigheder må det kunne lade sig gøre at bygge fundament til PMG. I nacellen skal der saves plads til PMG, men det kan opbygges / udbedres igen med noget glasfiber og spand med polyester.

PMG kan fås i kort byggelængde, så alt i alt en ide der skal afprøves i garagen.

Jeg kan huske at jeg i mine unge dage var på rundvisning i lufthavnen og fik demonstreret at et fly blev koblet til landstrøm. Havde i tankerne noget meget avanceret udstyr, men det var så simpelt at man skulle tro at det var løgn. Synkronmotor der drev mangepolet synkrongenerator ( 400 Hz ) og et håndtag så man kunne dreje synkrongeneratoren i forhold til synkronmotoren og tre pærer der viste hvornår fly og generator var i fase / synkron og så var det bare at koble sammen.

At kunne dreje PMG i prøveopstillingen vil nok være smart, da man derved kan se om det gør en forskel.

  • 1
  • 0

Jeg filosoferer over hvorledes afhængigheden er mellem magneteseringen og den elektriske modstand generatoren møder. Hvordan starter møllen op? Møder den bare den fulde forbrug fra varmepatronerne?

Niels Peter Jensen

Faldt lige over denne skrevet af Ulrik Krabbe: https://backend.orbit.dtu.dk/ws/portalfile...

Rapporten beskriver udførligt virkemåde for en asynkronmaskine og som ekstra bonus er vindmølles indvirkning og virkemåde også nævnt, kan absolut anbefalles at nærlæse.

Opstart af møllen er følgende: Møllen krøjes op i vinden. Tipbremserne trækkes ind. Bremsen tryksættes med olietryk så den slipper. Al tilgængelig mængde af kondensatorer kobles ind for at starte magnetisering. Møllen løber op i omdrejninger afhængigt af vindhastighed. Tilbageværende magnetiskt felt/remanens sikrer så at der oparbejdes en voksende magnetiseringsstrøm, i første hånd langsomt, men lige pludseligt ( millisekunder ) er generatoren oppe i fuld spænding og har man ikke nået at koble en del af kondensatorerne ud igen, så brænder et eller andet af på grund af overspænding. Ved opnået nominel omdrejninger/frekvens kobles varmelegmerne ind trinvis og holder frekvensen nøje på 50 Hz og SSR relæerne sikrer spændingen ved at styre reaktiveffekten.

Varmelegemerne er ren Ohmsk modstand og så skal i tillæg lægges kabelets ( ca 600m ) resistive, induktive / kapacitive ( kabler i jord er overvejende kapacitive, hvilket i dette tilfælde er en fordel ) indvirkning vektorielt, så er belastningen af møllen defineret.

Generatoren på møllen er 220 kW og nødvendig reaktiv effekt ubelastet for at opnå fuld spænding løber op i ca 90 kVAr og ved fuldlast ca 140 kVAr. Af ovenstående kan så beregnes at generatoren skal være ca 260 kVA.

Det ses også af ovenstående at der er et rimeligt stort tomgangstab i asynkrongeneratoren, groft sagt 3 x Ic² x R statorvikling ( der er også jerntab )+ mekaniske tab i gear, lejer, generatorvifte o.a hvilket gør at man ikke kan magnetisere generatoren uden at møllen standser, ved mindre vindhastigheder end ca 3,5 m/s.

  • 1
  • 0

En årsag til at forlade gearkasser, kunne være at de skalerer uheldigt. Fordobles vingelængden ottedobles indgangs momentet, og ønskes samme generator omdrejningstal, må gearets udveksling fordobles.

  • 0
  • 0

Selv på nettilsluttede møller med asynkrongenerator var fasekompensering noget skrammel.

Måske kan magnetiseringen jump-startes ved at indkoble en DC spænding i nogle 100 ms. med IGBT'er, det skal ske ved lave omdrejninger, således at der er fuld magnetisering når den kommer op på nominelt omdrejnings tal.

Et andet problem er stall-reguleringen. En stall reguleret mølle er afhængig af at generatoren er nogenlunde 'stiv', således at omdrejningstallet holdes nede når møllen rammes af et vindstød. Omdrejnings tallet skal heldst ikke stige mere end ca. 5% selvom effekten kortvarigt (1-2 sec) er dobbelt af nominel effekt. Holdes omdrejnings tallet ikke nede, stiger stall effekten, og den går i overspeed.

  • 1
  • 0

Måske kan magnetiseringen jump-startes ved at indkoble en DC spænding i nogle 100 ms. med IGBT'er, det skal ske ved lave omdrejninger, således at der er fuld magnetisering når den kommer op på nominelt omdrejnings tal.

Niels Danielsen

Måske kunne man oplade magnetiseringskondensatorerne med DC og koble dem ind (og lade dem være indkoblet ), når generatoren er kommet lidt op i omdrejninger. Afladestrømmen vil være høj i første hånd og faldende ( parallelresonans ), opbygget magnetisering vil så sikre magnetisering vokser med de voksende omdrejninger på generatoren.

Eventuelt sker der det, at resonansfrekvensen ikke passer med generatorens omdrejninger og resultatet er spirende egenmagnetisering fra tilbageværende remanens nedbrydes. Afpasning af kondensatorer / omdrejninger i tilkoblingsøjeblikket, kunne så være en løsning til at afhjælpe ovenstående.

  • 0
  • 0

Et andet problem er stall-reguleringen. En stall reguleret mølle er afhængig af at generatoren er nogenlunde 'stiv', således at omdrejningstallet holdes nede når møllen rammes af et vindstød. Omdrejnings tallet skal heldst ikke stige mere end ca. 5% selvom effekten kortvarigt (1-2 sec) er dobbelt af nominel effekt. Holdes omdrejnings tallet ikke nede, stiger stall effekten, og den går i overspeed.

Niels Danielsen

I betraktning at møllen står heroppe, så er det så heldigt at vinden er ret så jævn hvor møllen er placeret. Generatoren er 220kW og det kræver 300kW varmelegemer for at holde den i ave, og belastningen skal være ret så agressiv, ellers går den i overspeed. Man har overvejet at programere omdrejningerne lidt ned ved vindhastigheder over 20 m/s så møllen staller lidt før.

  • 1
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten