Cos'è la potenza generata dalla turbina eolica?
La potenza generata dalla turbina eolica è la quantità di energia elettrica generata da una turbina eolica. Questa energia rinnovabile viene solitamente misurata in megawatt (MW) per turbine su scala di servizi di pubblica utilità nei parchi eolici. Diversi fattori influenzano la potenza generata da una turbina eolica, tra cui la velocità del vento, la densità aerea, la progettazione delle lame e l'efficienza dei componenti della turbina.
La potenza generata della turbina eolica può essere calcolata con la formula: P = 0,5 * ρ * A * Cp * v3, dove P è la potenza in Watt, ρ è la densità aerea (in kg/m3), A è l'area spazzata in metri (calcolata da pi R2 o πR2 dove R è la lunghezza della lama), Cp è il coefficiente di potenza, e v è la velocità del vento in metri/secondo).
La capacità di uscita può variare in modo significativo per turbine eoliche su scala di servizi di pubblica utilità. Tuttavia, un campo di lavoro da 2 a 5 megawatt (MW) è tipico per le turbine onshore, e le turbine offshore sono spesso nella gamma di 8-12 MW con alcune turbine di nuova generazione che raggiungono fino a 26 MW.
Come aumentare l'energia eolica in uscita?
Una volta posizionato, messo in servizio e operativo, il metodo principale per aumentare la produzione di un generatore a turbina eolica è attraverso significativi aggiornamenti dell'hardware dell'unità. Questo può essere un programma lungo, difficile e costoso per molti operatori eolici che potrebbero non avere le risorse per intraprendere un tale sforzo o sentirsi sicuri dei risultati che produrrebbe. Fortunatamente, l'implementazione di strategie di controllo moderne ed avanzate può migliorare la potenza delle turbine eoliche, senza alterare alcun componente meccanico, rendendola estremamente efficace e conveniente.
Il miglioramento dell'efficienza della turbina eolica porta spesso a un aumento della potenza erogata, poiché una maggior parte dell'energia eolica viene convertita in energia elettrica. La discussione seguente si concentra principalmente sull'aumento della produzione energetica annuale (AEP) mediante tecnologie di controllo avanzato su misura.
Soluzione di controllo avanzato - Aumento di potenza
L'algoritmo di aumento di potenza migliora il front-end della porzione nominale della curva di potenza aumentando il setpoint di potenza durante la transizione dalla sottovalutazione. Il boost momentaneo aggiunge una frazione di AEP percentuale per ogni transizione ed è più prevalente in condizioni più ventose. È importante sottolineare che non vi sono compromessi significativi associati all'utilizzo di questa funzione di controllo avanzato.
Soluzione di controllo avanzato - Aumento potenza
La soluzione di aumento di potenza è stata progettata per migliorare la potenza in uscita delle turbine eoliche attraverso due approcci distinti: uprate massimizzato e uprate bilanciato. Entrambi i metodi mirano ad aumentare la produzione energetica annuale, anche se hanno considerazioni e compromessi specifici. Una caratteristica significativa di questa opzione è la capacità di abilitare manualmente o automaticamente questa funzione quando determinate condizioni di mercato e/o condizioni di funzionamento sono ideali per contrastare la compromissione dell'usura meccanica. Si noti che per ciascuno, può essere necessaria capacità elettrica ausiliaria aggiuntiva per gestire l'uscita aumentata.
Uprate massimizzato
L'uprate massimizzato consente un aumento significativo della potenza erogata, contingente alla temperatura dei componenti critici, operando al di sopra della curva di potenza nominale per tutte le velocità del vento di livello nominale. Questo metodo richiede sovraccarichi meccanici ed elettrici per gestire le prestazioni migliori. Il vantaggio di questo approccio è un sostanziale aumento potenziale dei profitti, con un aumento fino al 7% dell'AEP, a seconda del livello di uprate e delle condizioni del sito. Tuttavia, questo metodo può ridurre la durata complessiva della turbina a causa della maggiore usura operativa.
Uprate bilanciato
L'uprate bilanciato si concentra anche sull'aumento della potenza in uscita, ma lo fa in base alle velocità del vento e alle temperature dei componenti prevalenti. Come l'uprate massimizzato, questo algoritmo gestisce l'unità al di sopra della curva di potenza nominale, ma solo a un intervallo selezionato di velocità del vento. Per questo, non richiede lo stesso compromesso meccanico dell'uprate massimizzato. L'aumento potenziale degli utili con uprate bilanciato è fino al 2,5% in AEP, a seconda del livello di uprate e delle condizioni del sito.
Soluzione di controllo avanzato - Cut-out esteso
La soluzione di cut-out esteso è progettata per migliorare il campo di lavoro delle turbine eoliche, consentendo loro di continuare a funzionare anche a velocità del vento superiori alla normale soglia di cut-out. Ciò si ottiene riducendo la curva di potenza oltre la normale velocità di cut-out. Questo, in effetti, declassa gradualmente l'unità in condizioni di forte vento per proteggere la turbina da potenziali danni, estendendo al contempo il funzionamento oltre la velocità del vento cut-out precedente.
Uno dei principali vantaggi del declassamento è che elimina i cut-out improvvisi che migliorano significativamente la stabilità della griglia. Questa transizione più fluida riduce l'usura dei componenti principali poiché gli arresti sono meno regolari e avviano a velocità del vento elevate. Di conseguenza, ciò consente una potenza in uscita più stabile e affidabile.
Inoltre, la funzione di cut-out esteso può comportare un aumento degli utili, in particolare nei siti eolici elevati in cui la velocità del vento spesso supera i normali limiti di cut-out. Estendendo l'intervallo di esercizio, le turbine eoliche possono catturare più energia, aumentando così la produzione annuale di energia.
Tuttavia, è importante considerare che c'è un compromesso associato a questo approccio. Il funzionamento prolungato a velocità del vento superiori provoca ulteriore sollecitazione sui componenti, che possono ridurre la durata utile complessiva della turbina eolica.
Auto-taratura del controllo orizzontale
Gli algoritmi di controllo orizzontale auto-calibrati sono progettati per identificare e regolare costantemente i disallineamentidell'orizzontale, migliorando così le prestazioni della turbina, assicurando che la navicella sia rivolta verso il vento. Utilizzando il machine learning, questi algoritmi hanno generalmente bisogno di una breve fase di autocalibrazione dopo l'installazione. In caso di variazioni o deterioramento della banderuola o della taratura orizzontale, il sistema si regolerà automaticamente da solo. Ciò consente un allineamento accurato del rotore e migliora la potenza in uscita del generatore a turbina, aumentando potenzialmente la produzione di energia annuale del 3-5%.
Correzione automatica dello squilibrio del rotore
I sistemi di controllo avanzato nelle moderne turbine incorporano algoritmi di rilevamento dello squilibrio dei rotori per identificare e correggere i disallineamenti lama-lama. Quando rileva un disallineamento del passo, il sistema regola in modo autonomo i set point del passo per garantire che le lame siano allineate correttamente. Questa tecnologia non solo aumenta la produzione annuale di energia anche dello 0,7%, ma riduce anche i carichi di fatica sui rotori delle turbine eoliche.
Erogazione di potenza a turbina su misura per soddisfare le esigenze operative
Soluzioni di controllo avanzato come aumento di potenza, uprate di potenza e cut-out esteso, insieme alle tecniche di efficienza delle turbine eoliche, possono aumentare significativamente la produzione annua di energia, avendo al contempo un impatto minimo sul carico.
Emerson offre un campo di lavoro di soluzioni di retrofit di turbine eoliche su misura per migliorare la potenza delle turbine in base ai vostri specifici requisiti operativi.