Μελέτη Γεννητριών Αξονικής Ροής Για Τη Μεγιστοποίηση Της Απόδοσης Του Δρομέα Μικρών Ανεμογεννητριών Σε Απευθείας Σύνδεση Με Συσσωρευτές Για Εφαρμογές Χαμηλού Κόστους.

Abstract

Αντικείμενο της διπλωματικής είναι η μελέτη και προσομοίωση της σύνδεσης ανεμογεννητριών μικρής κλίμακας με συσσωρευτές σε εφαρμογές χαμηλού κόστους και η δημιουργία και ανάλυση προγράμματος μεγιστοποίησης της ενεργειακής παραγωγής με βάση τη βέλτιστη διατομή καλωδίου και το βέλτιστο διάκενο μεταξύ των πηνίων και των μαγνητών της γεννήτριας. Στην αρχή της εργασίας, γίνεται εισαγωγή στα οφέλη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και των εφαρμογών μικρής κλίμακας και παρουσιάζονται οι βασικές αεροδυναμικές γνώσεις που χρειάζονται για τη μοντελοποίηση των πτερυγίων, τον προσανατολισμό της ανεμογεννήτριας και τον υπολογισμό της ενεργειακής παραγωγής της. Επιπλέον, αναλύεται θεωρητικά η λειτουργία των γεννητριών αξονικής ροής μονίμων μαγνητών και παρουσιάζονται οι βασικές τοπολογίες.Εισάγεται η έννοια των μικροδικτύων και μελετώνται τα μοντέλα ανάλυσης της σύνδεσης των ανεμογεννητριών, τα οποία είναι το AC και το DC. Επίσης, περιγράφεται η μοντελοποίηση της ανεμογεννήτριας σε απευθείας σύνδεση σε συσσωρευτές στο περιβάλλον του Simulink Matlab και αναλύονται τα επιμέρους μοντέλα. Παρουσιάζονται, στη συνέχεια, οι μετρήσεις για την επαλήθευση του ηλεκτρικού μέρους της σύνδεσης της ανεμογεννήτριας σε συσσωρευτές και συγκρίνονται με τα αποτελέσματα του μοντέλου προσομοίωσης. Αναλύεται το διεθνές πρότυπο μέτρησης της καμπύλης ισχύος και περιγράφεται ο εξοπλισμός του πεδίου δοκιμών της μικρής ανεμογεννήτριας στη Ραφήνα. Παρουσιάζονται, στη συνέχεια, οι μετρήσεις τόσο της γωνίας Furling για τον υπολογισμό της εξίσωσης της γωνίας Furling συναρτήσει της ταχύτητας ανέμου όσο και της καμπύλης ισχύος της ανεμογεννήτριας και συγκρίνονται με τα αποτελέσματα του μοντέλου προσομοίωσης. Εξετάζεται η διαδικασία υπολογισμού των χαρακτηριστικών των γεννητριών που προκύπτουν μέσω της προσομοίωσης τους με τη Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων καθώς και του υπολογισμού της ετήσιας ενεργειακής παραγωγής. Αναλύεται η διαδικασία υπολογισμού της βέλτιστης αντίστασης καλωδίου για τη μέγιστη ενεργειακή παραγωγή, επιλέγεται η βέλτιστη διατομή καλωδίου και γίνεται οικονομική μελέτη. Στη συνέχεια, εξετάζεται η διαδικασία εύρεσης του βέλτιστου διακένου της γεννήτριας και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ετήσιας ενεργειακής παραγωγής για διάφορες αποστάσεις της ανεμογεννήτριας από τη συστοιχία των συσσωρευτών. Τέλος, συγκρίνονται τα αποτελέσματα της απευθείας σύνδεσης της ανεμογεννήτριας σε συσσωρευτές με τα αποτελέσματα της σύνδεσης μέσω DC/DC μετατροπέα με MPPT και εξάγονται συμπεράσματα καθώς και βελτιωτικές προτάσεις.