Utilisation of superconductivity in wind power generator

Maailmanlaajuinen tuulivoimakapasiteetti on ollut kiihtyvässä kasvussa 2000-luvulla ja varsinkin offshore-sektorilla voimaloiden yksikkötehoja pyritään kasvattamaan entisestään. Nykyään suurimmat tuulivoimalat ovat nimellisteholtaan noin 8 MW ja tavoitteena on rakentaa yli 10 MW tuulivoimaloita. Monet suurimmista voimaloista hyödyntävät kestomagneettitahtigeneraattoreita. Kestomagneettien korkea hinta ja suuritehoisten generaattorien massa ja dimensiot vaikeuttavat voimaloiden yksikkötehojen kasvattamista. Suprajohteiden käytöllä generaattorin käämityksissä on mahdollista parantaa suuritehoisten generaattorien tehotiheyttä sekä massaa että tilavuutta kohden, mikä voi osaltaan mahdollistaa 10 MW suuruusluokan tuulivoimalan rakentamisen. Suprajohteiden resistiivisyys häviää alhaisessa materiaalille ominaisessa kriittisessä lämpötilassa. Kun lämpötilan lisäksi suprajohteeseen kohdistuva magneettikenttä ja suprajohteessa vallitseva virrantiheys ovat kriittisiä arvoja pienempiä, voidaan suprajohteella kuljettaa tasavirtaa häviöttömästi. Kaupallisia suprajohteita on kuusi kappaletta, joista työssä toteutetussa suunnittelussa on tarkasteltu MgB_2-suprajohteiden käyttöä. Kyseinen materiaali vaikuttaa kaupallisista suprajohteista parhaalta teknistaloudelliselta kompromissilta generaattorikäyttöön. MgB_2:n tyypillinen käyttölämpötila on noin 20 K, mikä saadaan aikaan mekaanisilla kryojäähdyttimillä. Tuulivoimageneraattorikäytössä suprajohdemateriaalia voidaan käyttää kahdella tapaa. Yksinkertaisempi ratkaisu on hyödyntää suprajohteita roottorin kenttäkäämityksissä ja valmistaa staattorin työkäämit konventionaalisista kuparijohteista (osittain suprajohtava konsepti). Maksimaalisen tehotiheyden saavuttamiseksi suprajohteita voidaan hyödyntää lisäksi staattorin työkäämeissä (täysin suprajohtava konsepti), mutta tästä aiheutuvat suprajohteiden vaihtovirtahäviöt vaikeuttavat suunnittelua. Pelkillä suprajohtavilla työkäämeilläkin tehotiheys saadaan kestomagneettigeneraattoreita paremmaksi. Työssä toteutetussa suunnittelussa on keskitytty kyseiseen osittain suprajohtavaan konseptiin. Saavutettavista eduista huolimatta esteitä suuren teholuokan prototyyppigeneraattorin rakentamiselle on vielä useita. Teknisestä näkökulmasta varsinkin pyörivään roottorirakenteeseen yhdistettävä jäähdytysjärjestelmä on haasteellinen ja vaatii lisäkehitystä. Taloudellisesta näkökulmasta suprajohteiden hinta on vielä korkea. Vaikka esitetty MgB_2-materiaali on halvempaa kuin niin sanotut korkean lämpötilan suprajohdemateriaalit, suuri osa generaattorin hinnasta muodostuu tarvittavasta suprajohdemateriaalista

Algoritmos de generación de consigna de velocidad angular y ajuste del control de velocidad en aerogeneradores de media potencia

300 p.El presente trabajo de tesis está dirigido a la optimización del algoritmo de consigna de velocidad angular del rotor de un aerogenerador de media potencia (100kW). El cálculo de los parámetros integral y proporcional del controlador PI se realiza mediante la técnica de programación de ganancias para seis aproximaciones del modelo de aerogenerador: Método I, II, III, IV, V y VI. Se muestran cuatro estrategias de ajuste de la consigna de velocidad angular del rotor: Constante, convencional, aprendizaje por refuerzo (RL) y optimización metaheurística por enjambre de partículas (PSO). Los métodos y las estrategias se evalúan en base a múltiples objetivos contrapuestos: maximizar la energía captada del viento, minimizar el error de la velocidad angular, minimizar la aceleración angular del rotor y minimizar la velocidad angular del pitch. Por un lado, comparando los métodos, los mejores resultados se obtienen con usando los métodos IV, V y VI. Por otro lado, comparando las estrategias, la estrategia RL no mejora significativamente los resultados en comparación con la estrategia constante y convencional, mientras que la estrategia PSO obtiene los mejores resultados. (c)2017 ASIER GONZALEZ GONZALEZTecnalia Argolab