Βελτιστοποίηση της απόδοσης αιολικού συστήματος με επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδότησης
Authors: Καρακάσης Νεκτάριος 
Published: September 2021

Το πρόβλημα που καλείται να αντιμετωπίσει η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ποικίλες οικονομικές και κοινωνικές επιπτώσεις και συνεπώς είναι αναμενόμενο η συμβολή της σε επιστημονική γνώση στην ερευνητική κοινότητα και σε ευρύτητα απήχησης στον τομέα της βιομηχανίας των αιολικών συστημάτων να είναι ιδιαίτερα σημαντική. Ωστόσο, εκείνο που κυρίως κάνει τη συμβολή της διατριβής περισσότερο σημαντική είναι το γεγονός ότι η λύση που προτείνεται δεν επηρεάζει τα πλεονεκτήματα της ΕΓΔΤ και δεν έχει σημαντική επίδραση στο κόστος της εγκατάστασης. Η βελτιστοποίηση της απόδοσης μιας ανεμογεννήτριας με ΕΓΔΤ θα επιτευχθεί μέσω της ελαχιστοποίησης των ηλεκτρικών απωλειών της ηλεκτρογεννήτριας, σε συνδυασμό με την παραγωγή μέγιστης μηχανικής ισχύος στον άξονα μέσω της βελτιστοποίησης του αεροδυναμικού συντελεστή της. Ειδικότερα, η ελαχιστοποίηση των ηλεκτρικών απωλειών της ΕΓΔΤ θα πραγματοποιηθεί μέσω του κατάλληλου ελέγχου της μαγνητικής ροής διακένου, ενώ η παραγωγή μέγιστης μηχανικής ισχύος θα επιτευχθεί μέσω του κατάλληλου ελέγχου της ταχύτητας περιστροφής της ηλεκτρογεννήτριας. Η υλοποίηση των παραπάνω θα γίνει μέσω ενός συστήματος συνθηκών λειτουργίας που θα αποτελείται από μαθηματικές σχέσεις που θα υπολογίζουν τις βέλτιστες τιμές του ρεύματος πεδίου και ροπής των μετατροπέων ισχύος. Αυτές οι συνθήκες θα καθορίζουν σε κάθε χρονική στιγμή το βέλτιστο μαγνητικό πεδίο και τη βέλτιστη ταχύτητα περιστροφής της ηλεκτρογεννήτριας, καθώς και την ομαλή μεταφορά της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο. Λόγω της απαίτησης για άμεση διασύνδεση του στάτη της ΕΓΔΤ με το δίκτυο και χωρίς την παρεμβολή μετατροπέα ισχύος (τουλάχιστον, στο μεγαλύτερο μέρος της λειτουργίας της ανεμογεννήτριας), θα πρέπει να εισαχθεί μια νέα τοπολογία που αφενός θα επιτρέπει τον έλεγχο του μαγνητικού πεδίου και αφετέρου θα διατηρεί στο μεγαλύτερο μέρος της λειτουργίας της ΕΓΔΤ τα συγκριτικά πλεονεκτήματα της έναντι των άλλων ηλεκτρογεννητριών. Ειδικότερα, στην παρούσα διδακτορική διατριβή θα παρουσιαστούν δύο εναλλακτικές τοπολογίες και αντίστοιχα δύο διαφορετικές μεθοδολογίες, με τις οποίες μπορεί να επιτευχθεί βελτιστοποίηση της απόδοσης της ανεμογεννήτριας με ΕΓΔΤ. Στην πρώτη τοπολογία υπάρχει μεγαλύτερη ευελιξία στην υλοποίηση και στην αύξηση της απόδοσης, καθώς ελέγχεται εκτός από το μαγνητικό πεδίο και η συχνότητα λειτουργίας της ηλεκτρογεννήτριας. Ωστόσο απαιτείται μια μικρή αύξηση του εξοπλισμού και επιπλέον είναι πιο πολύπλοκη στην εφαρμογή της, σε σχέση με τη δεύτερη τοπολογία. Στη δεύτερη τοπολογία δεν απαιτείται πρόσθετος εξοπλισμός, αλλά μια αναδιάταξη της συνδεσμολογίας του ήδη υπάρχοντος και επίσης, είναι απλούστερη στην υλοποίηση. Ωστόσο απαιτείται η χρήση συστήματος αποθήκευσης ενέργειας στον dc-δίαυλο και επίσης δεν επιτρέπεται ο έλεγχο της συχνότητας του στάτη της ΕΓΔΤ με αποτέλεσμα να μειονεκτεί ως προς την αύξηση του βαθμού απόδοσης, σε σχέση με την πρώτη τοπολογία. Ειδικά η απαίτηση να υπάρχει σύστημα αποθήκευσης ενέργειας, μπορεί και να μην θεωρηθεί μειονέκτημα, γιατί συνήθως είναι απαραίτητο στοιχείο στις περισσότερες εγκαταστάσεις.Η επιλογή της βέλτιστης τοπολογίας εξαρτάται από τις απαιτήσεις σε βελτιστοποίηση της απόδοσης και τα οικονομικά περιθώρια που υπάρχουν σε αύξηση του κόστους εγκατάστασης της ανεμογεννήτριας, σε σχέση με το αποτέλεσμα σε αύξηση της παραγόμενης ηλεκτρικής ισχύος.