W artykule przedstawiono porównanie trzech wybranych układów generacyjnych przetwarzających energię mechaniczną turbiny na elektryczną przekazywaną do sieci. Opracowanie dotyczy niskospadowych elektrowni wodnych (MEW) z hydrozespołami o mocach znamionowych w zakresie kilkudziesięciu do kilkuset kilowatów, gdzie prędkość turbiny typowo mieści się w przedziale 100-500 obr/min. Poniżej przedstawiono wady i zalety trzech wybranych układów generacji w MEW.
Generatora indukcyjny z przekładnią mechaniczną
Klasyczny, dotychczas powszechnie stosowany układ generacji w MEW. W obecnych realiach, jego zalety (niski koszt, dostępność podzespołów, prosta konstrukcja) tracą na wartości z uwagi na niską sprawność, niską niezawodność przekładni oraz istotne ograniczenia regulacyjne.
- niski koszt zakupu generatora
- wysoka awaryjność i koszty eksploatacyjne przekładni mechanicznej
- dostosowanie układu do aktualnych wymogów prawno-technicznych wymaga dodatkowego kosztownego wyposażenia
- brak regulacji prędkości obrotowej
- konieczność stosowania układu kompensacji mocy biernej
Generator indukcyjny klatkowy z przekształtnikiem
Jest to rozwiązanie pośrednie, zapewniające pełne możliwości regulacyjne oraz zgodność z aktualnymi wymogami prawno-technicznymi. Rozwiązanie to ogranicza konieczność stosowania przekładni dla prędkości obrotowych powyżej ~400 obr/min. Niski koszt generatora zostaje jednak okupiony niższą sprawnością układu.
- niski koszt zakupu generatora
- możliwość regulacji prędkości obrotowej – dopasowanie do aktualnych warunków hydrologicznych
- płynna regulacja mocy biernej sieci realizowana przez przekształtnik
- spełnienie aktualnych wymogów prawno-technicznych
- niższa sprawność układu
- konieczność stosowania przekładni dla prędkości poniżej ~400 obr/min
Generator synchroniczny z magnesami trwałymi (PMSG)
To nowoczesny układ generacyjny, powszechnie stosowanych np. w turbinach wiatrowych. Jego wysokie koszty zakupu są równoważone wysoką sprawnością, elastycznością i niezawodnością. Możliwości regulacyjne tego układu pozwalają na dopasowanie elektrowni do aktualnych warunków hydrologicznych (zwiększenie zakresu pracy turbiny, poprawa średniorocznej produkcji energii).
- wysoka sprawność w szerokim zakresie prędkości obrotowych
- możliwość regulacji prędkości obrotowej – dopasowanie do aktualnych warunków hydrologicznych
- płynna regulacja mocy biernej sieci realizowana przez przekształtnik
- spełnienie aktualnych wymogów prawno-technicznych
- wyższe koszty zakupu
Podsumowanie
| Koszt | Niezawodność | Regulacja prędkości | Sprawność | Zgodność z NC RfG | |
|---|---|---|---|---|---|
| Generator indukcyjny z przekładnią | mniejszy | umiarkowana | brak | niska | nie |
| Generator indukcyjny z przekształtnikiem | większy | wysoka | tak, płynna | niska | tak |
| PMSG przekształtnikiem | większy | wysoka | tak, płynna | wysoka | tak |
