Liukurengasgeneraattorin käyttö tuulivoimalassa

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia liukurengaskoneen käyttöä tuulivoimageneraattorina ja rakentaa sen pohjalta laboratoriotyö Tampereen ammattikorkeakoulun sähkövoimatekniikan suuntautumiseen. Opinnäytetyö muodostettiin osaksi Tampereen ammattikorkeakoulun sähkövoimatekniikan laboratorion mittausympäristöä, ja laboratoriotyö otetaan käyttöön uusiutuvia energiamuotoja käsittelevässä kurssikokonaisuudessa.

Laboratoriotyön tarkoitus oli tutkia liukurengaskoneen erilaisia käyttötapoja tuulivoimalassa. Ensimmäinen tutkittava käyttötapa kuvasi vakionopeuksista tuulivoimalaa, sillä liukurengaskonetta käytettiin generaattorina tilanteessa, jossa liukurengaskoneen roottoripiiri oikosuljettiin. Tämä tilanne vastasi tavallisen oikosulkugeneraattorin toimintaa. Seuraavissa vaiheissa siirryttiin vakionopeuksisesta tuulivoimalasta rajoitetusti muuttuvanopeuksiseen voimalatyyppiin. Toisessa vaiheessa roottoripiiriin tuotiin ulkoiset vastukset ja tutkittiin, miten roottoripiirin resistanssin muuttaminen vaikuttaisi liukurengaskoneen akselin pyörimisnopeuteen. Laboratoriotyön viimeisessä osassa tutkittiin kaksoissyötettyä rajoitetusti muuttuvanopeuksista tuulivoimalakäyttöä (DFIG).

Tavallisen oikosulkukoneen käyttö tuulivoimalan generaattorina ei ole aina kannattavaa, sillä roottorin vakionopeuksisuus heikentää väistämättä kokonaishyötysuhdetta vaihtelevilla tuulennopeuksilla. Laboratoriotyön tarkoitus on tutkia ja todistaa, miten erilaisilla generaattorikäytöillä saadaan suurempi osa tuulennopeuksista hyödynnettyä.

Opinnäytetyössä onnistuttiin, sillä Tampereen ammattikorkeakoulun sähkövoimatekniikan laboratorioon saatiin rakennettua toimiva mittausympäristö, jossa voidaan tutkia liukurengasgeneraattorin toimintaa. Opinnäytetyössä pystyttiin myös todistamaan, miten erilaisilla generaattorikäytöillä saadaan hyödynnettyä paremmin eri tuulennopeudet.

The purpose of this thesis was to create a laboratory project which investigates the usage of slip-ring engine as a generator in wind power plant. The laboratory project was made for the Electrical Power Engineering laboratory in Tampere University of Applied Sciences. This will be used in a course about renewable energy sources.

The purpose of the laboratory test is to investigate various methods for using a slip-ring engine in a wind power plant. In the first method the rotor circuit of the slip-ring engine was shorted out. In this method the slip-ring engine operated like a normal short circuit generator. This method is used in constant-speed wind power plants. The following methods investigates limited variable-speed wind power plants. Outside resistance connected in the rotor circuit in the second method. The second method investigates how the rotation speed varies when rotor resistance changes. The last method investigates Double Fed Induction Generator (DFIG).

Using a short circuit engine as a generator in wind power plants is not always cost-effective because the constant-speed rotor causes unavoidably weakening of the total efficiency when the speed of the wind varies. The purpose of the laboratory test is to research and prove how to raise the total efficiency with different methods of using generator.

The result of the thesis was a research in Electrical Power Engineering Laboratory in Tampere University of Applied Sciences where slip-ring engine can be investigated by students. The thesis also proved how different methods of generator usage can raise the total efficiency of wind power plant.