By
Waarom permanentmagneetgeneratoren traditionele generatoren vervangen in wind- en waterkrachttoepassingen
img.PMSG geschikt voor windenergie en waterkracht1.webp
Als je een tijdje met wind- of waterkrachtcentrales werkt, begin je een patroon te herkennen: zodra een lijn een hoogrendementsgenerator heeft geprobeerd, wil men zelden meer terug naar een andere oplossing. In veel projecten is die "volgende stap" een oplossing met permanente magneten. De vraag is niet alleen waarom deze verandering plaatsvindt, maar ook wat dit betekent voor je eigen systemen, kosten en betrouwbaarheid op lange termijn.
Bij wind- en waterkrachtcentrales hebben generatoren te maken met lage snelheden, wisselende belastingen, hoge luchtvochtigheid en langdurig continu bedrijf. Traditionele inductiegeneratoren (of synchrone generatoren met aparte bekrachtiging) kunnen dit wel aan, maar ze verliezen energie in de rotor, worden warmer en hebben meer stroom en meer componenten nodig om hetzelfde vermogen te leveren.
Een modern permanente magneetgenerator Het bewandelt een andere weg: het maakt gebruik van magneten in de rotor in plaats van te vertrouwen op geïnduceerde stromen of aparte bekrachtiging, wat de efficiëntie en koppeldichtheid verbetert, vooral bij lage snelheden. Voor windturbines en kleine waterkrachtcentrales betekent dit een betere energieopbrengst uit dezelfde bron en een stabielere output onder reële bedrijfsomstandigheden.
Van buitenaf lijken de behuizingen misschien op elkaar. Maar van binnen is de constructie anders. In een gewone inductiegenerator wekt de stator een roterend magnetisch veld op. De rotor volgt dit veld. Dit veroorzaakt slip en extra energieverlies. In een synchrone generator met aparte voeding heeft de rotor gelijkstroom nodig. Daarvoor zijn borstels, sleepringen of een voedingssysteem nodig.
Bij een permanentmagneet-synchrone generator (PMSG) wordt het rotorveld opgewekt door magneten. De rotor draait dus synchroon met het statorveld, zonder dat er energie doorheen stroomt. Dit is de reden waarom een goede permanentmagneetgenerator een rendement van meer dan 90% kan behalen. Het vermindert de verspilling van ijzer en koper aanzienlijk in vergelijking met een standaard inductiegenerator of een gewone synchrone generator.
Deze constructiewijzigingen zijn niet zomaar ideeën. Ze hebben daadwerkelijk invloed op de hoeveelheid koppel die je krijgt bij lage snelheden. Ze beïnvloeden de gelijkmatigheid van de output over een groot snelheidsbereik. En ze hebben invloed op de temperatuur waarmee de generator wordt aangedreven bij continu gebruik. Bij wind- en waterkrachtcentrales, waar de apparatuur vaak ver weg of moeilijk bereikbaar is, betekenen minder verspilling en lagere temperaturen minder stilstand. En minder tijd kwijt aan het repareren van plotselinge storingen.
In de praktijk zijn dit de belangrijkste verschillen waar het voor jou om draait.
Bij wind- en waterkrachtcentrales leiden deze punten tot een generator die koeler blijft. Er gaat minder energie verloren als warmte. En hij levert nog steeds een sterk koppel bij lage snelheden.
Windenergiesystemen, met name kleine en middelgrote turbines, werken zelden onder ideale, constante omstandigheden. De windsnelheid verandert, het mechanische koppel van de rotor varieert en de elektrische componenten moeten hierop reageren zonder energie te verspillen. Een zeer efficiënte windenergiegenerator, gebouwd met permanente magneettechnologie, helpt u meer energie op te vangen met dezelfde windbron.
Veel windmolens draaien langzaam. Om met een traditionele generator bij die snelheden bruikbare energie op te wekken, moet je ofwel een te grote machine bouwen, een versnellingsbak met een hoge overbrengingsverhouding toevoegen, of hogere verliezen accepteren. Permanente magneetgeneratoren Ze presteren goed bij lage snelheden en hoge koppels, en daarom worden ze veel gebruikt in direct aangedreven en middelsnelle windturbines.
Voor u betekent dit een beter gebruik van perioden met weinig en gemiddelde wind, en niet alleen van de pieken. Zelfs wanneer de windsnelheid afneemt, kan de generator nog steeds effectief vermogen leveren in plaats van in een inefficiënte werkzone terecht te komen.
Onderzoeken en praktijkgegevens tonen vaak aan dat permanentmagneetgeneratoren 5 tot 10 procentpunten efficiënter zijn dan vergelijkbare inductiegeneratoren of afzonderlijk bekrachtigde synchrone generatoren bij variabele belasting. Over duizenden bedrijfsuren levert dat verschil aanzienlijke financiële voordelen op, vooral in situaties met stijgende elektriciteitsprijzen of projecten die aan strenge energieprestatie-eisen moeten voldoen.
img.PMSG geschikt voor windenergie en waterkracht2.webp
Waterkracht brengt weer andere uitdagingen met zich mee. Generatoren worden aangedreven door turbines of hydraulische transmissies in vochtige, soms met veel waternevel gevulde omgevingen. Je hebt stabiele koppelomzetting, betrouwbare afdichtingen en een machine nodig die geen energie als warmte verspilt.
Bij veel kleinschalige waterkrachtcentrales hebben permanentmagneetgeneratoren een lager mechanisch energieverbruik en een betere deellastefficiëntie laten zien. Dit is belangrijk, aangezien het systeem zelden op volle ontwerpdebiet of -hoogte draait. Een goed afgestemde generator kan de output stabiel houden, zelfs wanneer debiet of hoogte gedurende de dag of seizoenen verandert.
Energieopwekkingssystemen op basis van waterkracht draaien vaak 24 uur per dag. Extra verliezen leiden hierbij tot extra warmteontwikkeling, wat de levensduur van de isolatie verkort en de lagers belast. Door de excitatieverliezen te verlagen en de opwarming van de rotor te verminderen, kan een permanentmagneetgenerator lange bedrijfscycli aan met een lagere temperatuurstijging.
Na verloop van tijd zorgt dat voor langere onderhoudsintervallen en een beter voorspelbare planning van stilstandtijden. U hoeft zich minder zorgen te maken over hotspots, veroudering van de isolatie en herhaaldelijk opnieuw wikkelen, en kunt meer tijd besteden aan het leveren van stabiele stroom aan het net of de lokale afnemer.
Je betaalt in eerste instantie wel meer voor een oplossing met permanente magneten. Magneten en besturingssystemen verhogen de kosten. Maar als je de totale kosten over meerdere jaren bekijkt, verandert het beeld.
Veel gebruikers zien de investering binnen één tot drie jaar terugverdiend bij continu of bijna continu gebruik, met name bij pompwaterkrachtcentrales, rivierwaterkrachtcentrales, kleinschalige waterkrachtcentrales en decentrale windenergieprojecten.
Om de verschillen in één oogopslag duidelijker te maken, kunt u permanentmagneetgeneratoren en traditionele generatoren in wind- en waterkrachtcentrales als volgt vergelijken:
De andere kant is niet-financieel. Wanneer de generator minder vaak onverwacht uitvalt, profiteert u van een stabielere planning, een soepelere werking van de aangesloten apparatuur en minder noodbezoeken aan locaties bij slecht weer of op afgelegen plekken. Dat is moeilijk in een simpele formule te vatten, maar in de praktijk is het heel reëel.
Wanneer u kiest voor een permanente magneetgenerator Voor wind- of waterkrachtcentrales kijkt u verder dan het nominale vermogen. Belangrijke factoren zijn onder andere het benodigde koppel bij lage toerentallen, het verwachte toerentalbereik, de omgevingsomstandigheden, de koelmethode en de manier waarop de generator op het net of de lokale belasting wordt aangesloten. Het afstemmen van de turbine, de versnellingsbak (indien aanwezig), de omvormer en de generator als één geheel is vaak belangrijker dan de specificaties van één enkele component.
In beide gevallen maakt duidelijke gebruiksgegevens van uw kant het gemakkelijker om een ontwerp te krijgen dat soepel werkt in plaats van dat "net past". Hoe preciezer uw informatie over toerentalbereik, koppel, omgeving en verwachte levensduur, hoe beter de leverancier de generator kan afstemmen op de werkelijke behoeften van uw project.
ENNENG Qingdao Enneng Motor Co., Ltd. is gespecialiseerd in het ontwerpen en produceren van wisselstroommachines met permanente magneten voor industriële en energie-toepassingen. Het productassortiment omvat machines met een laag toerental en hoog koppel, permanentmagneetmotoren met constant toerental en direct-drive oplossingen die als generatoren kunnen worden gebruikt in projecten zoals mijnbouw, waterzuivering en installaties voor hernieuwbare energie.
ENNENG gebruikt zeer efficiënte NdFeB-magneten en rotorstructuren die ijzerverlies en strooiverlies verminderen, waardoor de permanentmagneetmachines een rendement behalen dat 5-10% hoger kan liggen dan vergelijkbare inductie- of conventioneel aangedreven modellen.
Vraag 1: Zijn permanentmagneetgeneratoren altijd beter dan traditionele generatoren?
A: Niet in alle gevallen, maar bij wind- en waterkrachtcentrales met lange draaiuren en lage snelheden zijn de voordelen op het gebied van efficiëntie en koppel meestal zeer duidelijk. Voor projecten met een korte looptijd of zeer lage kosten kunnen traditionele oplossingen nog steeds acceptabel zijn.
Vraag 2: Hebben permanentmagneetgeneratoren speciale omvormers of regelaars nodig?
A: Ja. Ze worden normaal gesproken gecombineerd met moderne frequentieomvormers of speciale netgekoppelde controllers. Het goede nieuws is dat de meeste leveranciers van industriële aandrijvingen en omvormers dit type machine tegenwoordig ondersteunen, met name in de wind- en kleinschalige waterkrachtsector.
Vraag 3: Is de hogere aanschafprijs de moeite waard voor kleine projecten?
A: Bij systemen die slechts kortstondig of incidenteel worden gebruikt, duurt het langer om de investering terug te verdienen. Bij generatoren die vele uren per jaar draaien, rechtvaardigen de hogere energieopbrengst en de lagere onderhoudskosten de extra kosten vaak al binnen een paar jaar.
Vraag 4: Kan een bestaand inductiegeneratorsysteem worden omgebouwd naar een permanentmagneetgenerator?
A: In veel gevallen wel, maar u moet de montage, snelheid, koppel, de turbinezijde en de elektrische interface controleren, zodat de nieuwe generator zowel mechanisch als elektrisch goed aansluit. Een upgrade van de omvormer maakt vaak deel uit van het pakket.
Vraag 5: Waar moet je op letten bij de keuze van een permanentmagneetgenerator voor wind- of waterkrachtcentrales?
A: Duidelijke gegevens over mechanisch koppel, toerentalbereik en omgevingsomstandigheden. Daarmee kunt u samen met de leverancier het koppel, het beveiligingsniveau, de koeling en de inschakelduur afstemmen om een generator te krijgen die stabiel draait in plaats van alleen maar aan een cataloguswaarde te voldoen.
