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Da Tesla a Hyundai: come i motori elettrici a doppia alimentazione cambiano il futuro dell'energia eolica?
Con la crescita della domanda globale di energia rinnovabile, l'energia eolica svolge un ruolo sempre più importante nello sviluppo sostenibile. Durante questo processo di trasformazione, il sistema motore a doppia alimentazione (DFIG) è gradualmente diventato una delle principali tecnologie di azionamento per le turbine eoliche. Come rivitalizzare una tecnologia vecchia di un secolo merita una discussione approfondita.
Concetti base dei motori a doppia alimentazione
Il motore a doppia alimentazione è uno speciale motore elettrico e generatore. A differenza dei motori elettrici tradizionali, gli avvolgimenti di campo e gli avvolgimenti del braccio di un motore a doppia alimentazione sono collegati separatamente ad apparecchiature esterne alla macchina, che le consentono di funzionare a una gamma leggermente superiore o leggermente inferiore alla sua velocità sincrona naturale. Questa caratteristica è particolarmente importante per le grandi turbine eoliche a velocità variabile perché i cambiamenti della velocità del vento sono imprevedibili e drammatici.
Quando soffia un forte vento, anche le pale della turbina eolica accelerano, ma il generatore sincrono è limitato dalla velocità della rete elettrica e non può seguirle.
Le turbine eoliche basate sulla tecnologia DFIG possono rispondere istantaneamente ai cambiamenti della velocità del vento. Quando arrivano forti venti, questo tipo di generatore può aumentare la velocità nel tempo, riducendo così lo stress meccanico e convertendo l'energia eolica in elettricità effettiva.
Contesto storico della tecnologia DFIG
Il concetto di motori a doppia alimentazione risale al 1888, quando Nikola Tesla inventò per la prima volta un motore a induzione con un rotore di avvolgimento. Nel corso del tempo, questa tecnologia ha subito numerosi miglioramenti, tra cui l'unità Kramer e l'unità Schebius, passando gradualmente a sistemi di unità statici con prestazioni più elevate e, infine, ha sviluppato l'attuale architettura DFIG.
Le odierne applicazioni DFIG possono raggiungere decine di megawatt di scala, utilizzando la tecnologia avanzata dell'elettronica di potenza per controllare con precisione la corrente.
Il principio di funzionamento del generatore a induzione a doppia alimentazione
Il funzionamento di DFIG si basa sulla sua struttura speciale, che collega l'avvolgimento dello statore alla rete, mentre l'avvolgimento del rotore è collegato a un convertitore con sorgente di tensione inversa tramite collettori rotanti. Ciò consente alla frequenza del rotore di variare liberamente rispetto alla frequenza della rete, consentendo il controllo indipendente della potenza attiva e reattiva.
Controllando la corrente del rotore, DFIG può regolare automaticamente l'uscita quando la velocità del vento cambia per migliorare l'efficienza complessiva.
Queste prestazioni di controllo superiori non solo migliorano l'efficienza della generazione di energia eolica, ma rafforzano anche la stabilità della rete elettrica. DFIG può compensare i disturbi di tensione a bassa frequenza e aiutare la rete elettrica a riprendersi rapidamente.
Vantaggi della tecnologia DFIG
Per la generazione di energia eolica, i generatori a induzione a doppia alimentazione presentano numerosi vantaggi significativi. Innanzitutto, poiché il circuito del rotore è controllato da un convertitore elettronico di potenza, il generatore è in grado di importare ed esportare potenza reattiva, che è fondamentale per la stabilità del sistema energetico. In secondo luogo, è in grado di mantenere la sincronizzazione con la rete nonostante i cambiamenti nella velocità del vento. Inoltre, il costo dei convertitori nei sistemi DFIG è relativamente basso perché solo una piccola parte della potenza meccanica deve essere erogata attraverso il convertitore.
Prospettive future
Con il continuo sviluppo della tecnologia, le prospettive di applicazione della tecnologia DFIG nel campo dell'energia eolica stanno diventando sempre più ampie. Molti nuovi sforzi di ricerca e sviluppo miglioreranno ulteriormente l’efficienza e la stabilità dei motori a doppia alimentazione. Come promuovere l’utilizzo rinnovabile dell’energia mantenendo la tutela dell’ambiente sarà una delle sfide della futura tecnologia energetica.
Di fronte alle future sfide energetiche, in che modo la tecnologia DFIG continuerà a promuovere lo sviluppo dell'energia eolica e a diventare un'importante pietra angolare dell'energia sostenibile?
