Vindkraft på Chalmers och i världen

Relevanta dokument
Svenskt VindkraftsTekniskt Centrum

Svenskt VindkraftsTekniskt Centrum

CHALMERS Vindkraftsforskning. Ola Carlson Institutionen för energi och miljö Avdelningen för elteknik

Vindkraft på Chalmers och i världen

Slutrapport av projektet moment och varvtalsstyrning av vindkraftverk

Varför Vind? GENERAL PRESENTATION

Svenskt VindkraftsTekniskt Centrum. Chalmers

ERS (Electrical Road System) Slide-in project within FFI program

Forskningsområden. Energisystem och marknad. Energianvändning inkl. transporter

HVDC kraftelektronik vindkraft behov av ny kraftproduktion avdelningen elteknik på Chalmers. Ola Carlson

Ökad konsumtion Minskat beroende av import Utbyte av föråldrade anläggningar

Optimera underhållet och maximera livslängden

Semantic and Physical Modeling and Simulation of Multi-Domain Energy Systems: Gas Turbines and Electrical Power Networks

Sponsor: Likspänningsbaserat vindparkssystem system o komponenter

NORDIC GRID DISTURBANCE STATISTICS 2012

Vindforsk IV update of ongoing projects

Repowering, Life-Time-Extension, Renovering

V90-1,8 MW & 2,0 MW Bygger på erfarenhet

Energy KRAFTELEKTRONIK NAV. e-mobility. Transport. Mietek Bakowski Konstantin Kostov. Industry ICT

PFC and EMI filtering

Och sedan då? Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Vågkraft. Verification of Numerical Field Model for Permanent Magnet Two Pole Motor. Centrum för förnybar elenergiomvandling

Luleå University of Technology

Vattenkraften har en centrala roll i kraftsystemet

Staffan Engström. Vindforsk seminarium Vattenfall 15 juni 2010

WAVES4POWER Ludvika

VVKV med 10kW nominell effekt vid 10m/s av typ V10K. VVKV med 50kW nominell effekt vid 10m/s av typ V50K

SHP / SHP-T Standard and Basic PLUS

vilken roll kommer vindenergi att spela i det svenska energisystemet? hur många TWh kommer att produceras 2050? och var kommer det att byggas?

PowerCell Sweden AB. Ren och effektiv energi överallt där den behövs

BROMSIDÉER FÖR VINDKRAFTVERK

Strategic Research Areas

Förslag på examensarbete

Bättre logistik och vindkraft i kallt klimat

SKELLEFTEÅ KRAFTS VINDKRAFTSSATSNINGAR DÅTID, NUTID OCH FRAMTID

SG + Hållbara IT = sant?

Vindkraft - teknik och projektering

Strategic Research Area 1

Vattenfalls FoU - innovation för ett energilandskap i förändring. Dr. Karl Bergman, Vice President R&D Projects ELMA

Smart Energisystem. IVA Internet of Things 10 April Bo Normark

OX2 GLÖTESVÅLEN WIND FARM BY OX2 FEB 2015

Indikatorer för utvecklingen av de Europeiska energisystemen

Kundfokus Kunden och kundens behov är centrala i alla våra projekt

SKF i framtidens vindkraft. Tobias Finndin Energy Segment Business Manager SKF Regional Sales and Services - Sverige

Resultatkonferens Välkommen!

Höga torn för vindkraftverk

Why Steam Engine again??

Varför ett nytt energisystem?

Nya driftförutsättningar för Svensk kärnkraft. Kjell Ringdahl EON Kärnkraft Sverige AB

Samverkansformer och resultat av FFI HP projekt vid tillverkning av transmissionsdetaljer

Permanentmagnetiserade generatorer för vindkraftverk

Robust och energieffektiv styrning av tågtrafik

CASTT Centre for Automotive Systems Technologies and Testing

SVENSK STANDARD SS-ISO :2010/Amd 1:2010

Bridging the gap - state-of-the-art testing research, Explanea, and why you should care

Erfarenheter och lärdomar från drift och underhållsarbete

Vertical Wind. Vertical Wind kan idag offerera nyckelfärdiga 200kW system i parker om 1-5 vindkraftverk per ställverk.

ENERGIEFFEKTIVA BYGGNADER EFTER NÄRA NOLL?

BEETLE BASIC EKONOMISK LÖSNING STABIL PRESTANDA

Per Eckemark, Oct 16, Ökade krav på överföring och flexibilitet i transmissionsnätet

Transformator konferens Stavanger /4 Sammanställning av kunskapsläget I Vattenfall och utvecklingen I Sverige

Rekonfigurerbar produktion

October 30, 2007 SKF Group Slide 0

Flexible Assembly of Environmental Cars

Elektriska Energisystem

KTH MMK JH TENTAMEN I HYDRAULIK OCH PNEUMATIK allmän kurs kl

Vindkraft och miljö. Vindkraftens miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv och vikten av ett helhetsperspektiv

Hållbart Energisystem Smarta Elnät

TOUCH POINTS AND PRACTICES IN THE SMART GRID

Dali Urban DEN MEST INNOVATIVA TURBIN DESIGNEN

Examensarbete Introduk)on - Slutsatser Anne Håkansson annehak@kth.se Studierektor Examensarbeten ICT-skolan, KTH

Making electricity clean

Teknik- och kostnadsutvecklingen av vindkraft - Vindkraften Viktig Energikälla -

Information technology Open Document Format for Office Applications (OpenDocument) v1.0 (ISO/IEC 26300:2006, IDT) SWEDISH STANDARDS INSTITUTE

Läkemedelsverkets Farmakovigilansdag

Kurskod: TAMS28 MATEMATISK STATISTIK Provkod: TEN1 05 June 2017, 14:00-18:00. English Version

Syns du, finns du? Examensarbete 15 hp kandidatnivå Medie- och kommunikationsvetenskap

Egen el från vind Sven Ruin

Elen och elsystemet spelar en allt mer central roll i omställningen av energisystemet

Goda förutsättningar för ökad lönsamhet. Direktdrivet vindkraftverk SWT Answers for energy.

Vindkraftteknik F1. Disposition. Varför vindkraft

Kunskapslyftet. Berndt Ericsson. Esbo Utbildning, arbetsliv och välfärd Ministry of Education and Research. Sweden

Användarhandbok. MHL to HDMI Adapter IM750

Kommunikation och Automation

Bilaga 23 Kompletteringar till MKB Ha lsingeskogens vindkraftpark

The Arctic boundary layer

Trefasmätningar. Ellära 2 Laboration 4. Laboration Elkraft UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Dan Weinehall.

SMÅSKALIG VINDKRAFT FÖR FASTIGHETER. Nov 20 th 2013 Morgan Widung, InnoVentum

SOLAR LIGHT SOLUTION. Giving you the advantages of sunshine. Ningbo Green Light Energy Technology Co., Ltd.

Hästar, buller och vindkraft. My Helin 15/3-19/ vid PRAO årkurs 8 på ÅF-Ingemansson Handledare Martin Almgren

Energieffektivisering av framtida klimatsystem för personbilar. Filip NielseN, 2017

Kurskod: TAIU06 MATEMATISK STATISTIK Provkod: TENA 15 August 2016, 8:00-12:00. English Version

Fossilförbannelse? Filip Johnsson Institutionen för Energi och Miljö Pathways to Sustainable European Energy Systems

Tunga metaller / Heavy metals ICH Q3d & Farmakope. Rolf Arndt Cambrex Karlskoga

balans Serie 7 - The best working position is to be balanced - in the centre of your own gravity! balans 7,45

Hållbar utveckling i kurser lå 16-17

Utmaningar och möjligheter vid 100% förnybar elproduktion

Affärsmodellernas förändring inom handeln

DC nät för datacentraler och gröna hus med solceller och energilager

Contact information: Stefan Ivarsson, SP, SP Technical Research Institute of Sweden

Transkript:

Vindkraft på Chalmers och i världen Ola Carlson Svenskt vindkraftstekniskt centrum Avdelningen för elteknik Institutionen för energi och miljö Chalmers tekniska högskola 141029 Ockelbo

Kort historia 1829 1937 1994 Chalmerska Slöjdeskolan startas efter en donation av William Chalmers Chalmers blir en statlig högskola med rätt att promovera tekniska doktorer Chalmers blir en stiftelsehögskola

Utbildningar Tekniskt basår Högskoleingenjörsprogram Teknologie kandidatprogram Sjöbefälsutbildningar Civilingenjörs- och arkitektprogram Masterprogram Forskarutbildning Kompetensutveckling för yrkesverksamma

Studenter Chalmers har cirka 10 000 studenter (individer)

Personal 2 744 anställda 1 962 lärare och forskare 782 teknisk och administrativ personal Vetenskaplig publikation ca 2 350 refereegranskade vetenskapliga artiklar och konferensbidrag

Elteknik - forskning Tillämpningsområde: 1. Vindkraft 2. Elkraftsystem 3. El- and hybrid fordon Kompetensområden: Elkraft system Kraftelektronik Elektriska maskiner 46 personal Laboratorie- teoretisk verksamhet

Wind Power at Chalmers 1975-1990 Generators, soft-starters, 1 generation of variable speed systems, test at Chalmers wind turbine, 40 kw s pitch-controlled 1990-2005 Design of permanent magnet generator, power electronic converters, design and control 1995-201x Wind turbine/farm modeling for power system, fault-response 2003-201x Wind turbine supporting grid voltage, increased stability and frequency control 2000-201x Design of collection grid in wind farms, AC or DC and HVDCconnections to the transmission grid 2010 Wind Power Technology Centre 17 PhD thesis

Moment vid konstant och variabelt varvtal Mätningar från Chalmers testvindkraftverk Konstant varvtal 1986 Variabelt varvtal Nm 175 Nm 175 100 100 25 0 20 40 60 80 tid (s) 25 0 20 40 60 80 tid (s) Stort momentrippel Höga mekaniska påfrestningar Lång livslängd på växellåda Liten elkvalitetspåverkan

Asynkronmaskin med mjukstartare (tyristorer) Växel Asynkron generator Nät Mjukstartdon Robust generator Underhållsfri Enkelt system Höga mekaniska påfrestningar 1 2 0 0 1 0 0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0-2 0 0-4 0 0-6 0 0-8 0 0 Dominerande system på 80- och 90- tal Ovanligt på stora maskiner > 1.5 MW b o t t n a d m ä t u t r u s t n i n g 0 0, 5 1 1, 5 2 2, 5 3 3, 5 4 t ( s ) P ( k W ) Q ( k V A r ) Inkoppling med överstegrings - reglerad turbin Chalmers 1978, industrin 1982

Asykrongenerator med styrbara resistanser växel släpringad asynkrongenerator Mjukstartare+nät optislip (varumärke) Litet varvtalsområde Begränsad momentstyrning Varvtalsökning=effekt i motstånd släpringar Styrbara resistanser Chalmers 1984, industrin 1994

Dubbelmatad asynkrongenerator turbin växel släprinad asynkrongenerator Nät Transformator Mindre varvtalsområde Lägre effekt på omriktare Bättre verkningsgard God styrbarhet P, Q Släpringar=underhåll Släpringar Omriktare Kraftpaket i omriktare med 6 IGBT-transistor Chalmers 1986,2002, industrin 1995 50 cm

Fulleffekt omriktare Turbin växel Generator likriktare växelriktare nät Full styrbarhet P & Q All effekt genom omriktare Högre förluster Generator AG, SG, PM Inkoppling med variabelt varvtal och bladvinkelreglering Chalmers 1984, industrin 1990

Vindkraftverket Varför reglering Begränsa effekten vid höga vindar = pitch control Optimera varvtal i mellanvindar = optimal tip-speed ration Begränsa varvtalet på turbinen i höga vindar = pitch control Dämpa svängningar i drivaxlar = torque control Minimera mekaniska laster = pitch control and torque control Ställa in kraftverket i vindriktningen = yaw control Elnätet Optimalt användande av befintligt elnät Hantera nätfel på bästa sätt, späningsdippar och frekvensstörningar

Reglering av vindkraftverk

Vind-effekt-kurva Effektbegränsning Begränsa varvtalet Optimal drift

Optimal drift i låg- och mellanvind Vindhastighet Generatorvaravtal, ω Generatormoment Turbine

Mätningar från ett 2 MW vindkraftvek

Yaw - system Hydraulisk eller El Styv med bromsar eller mjuk med aktiv dämpning

Last Vattenkraft Frekvensreglering 0.1 50.5 Extra power output [pu] 0.05 0 Case 12-100 % Hydro unit response Case 4-50% WPR - Hydro unit response Case 4-50% WPR - WT inertia support -0.05 0 5 10 15 20 Time [s] Frequency [Hz] 50 49.5 49 48.5 48 47.5 47 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Time [s]

Utveckling Lastreducering med avståndsgivare mellan skiva på axel växellåda Lastreducering med reglering och accelerometrar Dämpning av axelmoment med styrning av moment/varvtal i generatorn Lidar: mäta vindhastighet före kraftverket och vrida på bladen i förtid

Maximizing wind power Integration in distribution system Shemsedin Nursebo Supervisors: Ola Carlson Peiyuan Chen Examiner : Lina Bertling Tjernberg

Electrical network has a limited hosting capacity due to Bus Voltage rise problems Limited Thermal capacity of network cables Background

Background Why distribution system? Location of Favorable wind sites Lower connection costs

Assume the annual average wind speed is the same over the area Where and how much to connect? 68 69 50 49 48 Problem formulation 47 1 9 38 35 2 3 4 5 6 7 8 37 36 34 33 32 31 10 11 12 13 14 15 42 41 43 39 40 67 S/S 66 46 44 45 65 60 62 61 63 16 17 18 19 20 21 22 64 23 56 55 54 53 52 24 25 26 27 28 29 Usually in radial distribution systems voltage rise is the limiting factor Legend network cables 30 59 S/S 58 57 51 Load connection points (11/0.4kV) substation (135/11kV)

Optimization set up Load, available wind power and locations of wind turbines, and grid data THE OPTIMIZATION ALGORITHM Also considered are Energy curtailment Reactive power compensation Capacity of the wind power

Installed capacity with NA (no reactive power compensation & no wind power curtailment) 20 15 Power (MW) 10 5 0 NA 1 2 3 4

Installed capacity with CE (wind power curtailment) 20 Power (MW) 15 10 With 0.2% energy curtailment There is a 34 % increase 5 0 NA 1 2 3 4 CE

Installed capacity with RC (reactive power compensation Power (MW) 20 15 10 By controlling PF of the wind turbine between 0.95 and 1 there is a 57% increase 5 0 NA 1 2 3 4 CE RC

Installed capacity with RC &CE (Both reactive power compensation & wind Power (MW) 20 15 10 power curtailment) With curtailment of 0.2% and using PF control of wind turbines the penetration is boosted by almost 118% 5 0 1 2 3 4 4.5 NA CE RC RC & CE

Conclusion Modern wind turbines can vary reactive power consumption which can be used to increase the hosting capacity of electrical networks Allowing small level of wind power curtailment can boost the hosting capacity substantially and it should be considered before one considers costly solutions like battery storage.

Wind farms connections 7 6 To day: point to point connections To morrow: meshed grids 4 5 3 2 1

Offshore Wind Electric system Project 1 High voltage generator G dc/dc converters Multi terminal HVDC Project 2 Components, system, modeling Theory studies, simulations, Measurements in laboratory and in field operation Project 3 3 PhD & 2 researchers + Nordic (5 persons)

Design of the DC/DC-fullbridge converter Choice of switching frequency A trade off between low weight and low losses Total converter losses [%] 3 2 1 0 Weight Losses 10 2 10 3 0 Switching frequency [Hz] 15 10 5 Weight of the transformer [ton] - 1 khz is a suitable switching frequency. - Weight of 1 khz transformer is ~10% of the weight of a 50 Hz transformer. - METGLAS core.

Demonstration set-up of the three part HVDC connection in Göteborg

Nya industripartners sökes Etapp 2 startade 1 oktober VÄRLDENS SKILLNAD

Mål Bygga upp komponent- och systemkunskap kring hela vindkraftverket för att möjliggöra: Ledande utveckling och tillverkning av kompletta vindkraftverk i Sverige Ledande svensk utveckling och tillverkning av delsystem: mekaniska drivlina växellåda axlar bladvinkelmekanismer turbinblad Torn fundament nav generatorer Transformatorer Uppsamlingsnät Sprida kunskapen genom undervisning och kurser

Current Partners in SWPTC

Current Project Partners Bollebygds Plast Teknikgruppen H Gedda Consulting

Research carried out in Theme groups Chalmers LTU Ola Carlson Lars Davidsson Viktor Berbyuk Thomas Abrahamsson Michael Patriksson Jan-Olov Aidanpää 2 Professors 1 Professor 1 Professor 1 Professor 1 Professor 1 Professor 3 senior researchers 3 senior researchers 1 senior researcher 1 senior researchers 3 senior researchers 2 PhD students 2 PhD students 1 PhD student 1 PhD student 2 PhD students 1 technician 1 technician At industry: 30 persons

Pågående projekt inom SWPTC TG1-1 Reglering av turbiner TG1-6 LIDAR mätsystem för optimering TG1-4 Grid code testning TG2-2 Vindkraft i skog TG5-1 Underhållstyrning av verk TG5-2 Lagerströmmar TG1-5 Mätning på verk TG2-1 Modellering av rotorblad TG1-2 Modellering av elektrisk drivlina TG4-2 Optimering av blad TG6-2 Avisningsmetoder för blad TG3-1 Modellering av mekanisk drivlina TG6-1 Sensorer för detektion av ispåväxt TG4-1 Modellering av verk

Allocation of funds for different kind of projects within stage 2 SEK milj. 13 12 11 S R proj. Continued 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 PhD projects continued from Phase I New PhD projects New senior research projects Research administration/ Centre management costs 1 2 3 4 YEAR

Utvärdering av LIDAR som vindsensor för vindkraftverk LIDAR (Light detection and ranging) är en av de mest lovande teknologierna för fjärranalys av vind. Att med hjälp av LIDAR löpande ge vindkraftverk information om vindens hastighet och riktning med 10 20 sekunders framförhållning öppnar nya möjligheter till bl a ökad effektivitet minskat slitage mer kostnadseffektiva konstruktioner Med hjälp av ett rekonfigurerbart LIDAR system undersöker detta projekt vilka möjligheter och begränsningar LIDAR teknologi innebär för optimering av drift och konstruktion av vindkraftverk. Δφ

Grid Code testning med VSC-HVDC General Electric konstruerar och installerar Göteborg energi kör vindkraftverk och installerar HVDC-anläggning Chalmersprojektet utvecklar metoder, simulerar och provar att vindkraftverket uppfyller Grid Codes. HVDC = High Voltage Direct Current 4 MW General Electric 8 MW HVDC-light anläggning

VSC-Based Method Overview of simulation setup and system modeling Wind Turbine Test Equipment: VSC in back-to-back Wind Turbine Generator G Coupling Inductor and Filters Full Power Converter AC DC DC AC Coupling Inductor and Filters Output Transfomer PCC Coupling Inductor and Filters Grid Code Testing AC DC DC AC Coupling Inductor and Filters AC Grid LVRT profile Voltage dip V/Vn 1.0 V/Vn 1.0 t [s] t [s] 4 MW Full Power Converter WT 8 MW Converter as Test Eq.

Danish LVRT test. 1.10 LVRT profile 0.50 VSC1 out 2 1.00 0.90 0.40 0.80 0.70 0.30 0.60 0.50 0.20 0.40 0.30 0.10 0.20 0.10 0.00 0.00-0.10 Time [s] 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Time [s] 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Voltage [pu] Voltage [pu] 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00-0.20-0.40-0.60-0.80-1.00 Danish LVRT Controled PCC voltage VSC1 out 2 (a) Time [s] 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 (c) WT Output Power [pu] It1 ABC 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00-0.20-0.40-0.60-0.80-1.00 Time [s] 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Current [pu] Active Power Test VSC terminal current LVRT TEST. (a) Danish grid code, (b) WT output power, (c) Controlled PCC voltage, and (d) test equipment terminal current. (b) (d) Reactive Power

Conventional Method for Grid Code Testing Impedance-based testing device

Conclusions Comparison of different European grid codes: Dependencies between voltage, frequency and reactive power. Active power curtailment strategies against frequency deviation LVRT profiles are compared in terms of strictness and reactive power management during the voltage dip. Different approach of grid code testing. Control strategies for WT and Test Equipment. Two representative case studies in paper. More reliable representation of grid.

Lab test at Electric Power Engineering, Chalmers

Chalmers test wind turbine Future research plans: Smart rotor blades made from composite: how much are the aerodynamic forces reduced? Develop control system algorithms for minimal load impact, frequency and voltage support to the electrical grid. Operation start 1984 13.6 m diameter 40 kw Education Research Rebuilding 2014-15

TG4-2 Modeling/Experiment blade design Ampair (600W) Used as benchmark structure in substructure synthesis focus group Modeling, material testing, dynamic testing, model calibration and validation Evaluation of spread (12 blades) Collaboration with CCG to IMAC 2013 Collaboration with Linneus University to IMAC 2014 Next test object 8 m carbon blades

TG 2-2 Fatigue Loads in Forest Regions Bastian Nebenführ & Lars Davidson

Motivation Wind turbines are becoming more and more common in forests Sweden got vast forest regions U Problem: Strong turbulence Strong wind shear Higher aerodyna mic loads Shorter maint. interval Shorter fatigue life Higher cost Idea: Increased knowledge leads to optimized siting and design criteria

Vindkraft i skog: utmattning och livslängd I skog är turbulensen hög och vindgradienten stor jämfört med förhållanden på slättland. Den kraftiga turbulensen och starka vindgradienten ger upphov till stora fluktuerande krafter och moment på vindkraftverket. Detta leder till utmattningsskador, mer underhåll och kortare livslängd. LES (Large Eddy Simulations) kommer att användas för att beräkna de turbulenta fluktuationerna som kommer in mot ett vindkraftverk. Dessa ska användas för att beräkna fluktuerande laster på rotorblad, lager, växellåda och torn.

Stokastisk modellprediktiv reglering av vindturbiner En ny stokastisk modellprediktiv reglerstrategi för vindturbiner ska utvecklas i detta projekt. Reglerstrategin bygger på mätning av vindhastighet i lovart samt lastmätningar. Det primära målet är att minska turbinbelastningarna vid höga vindhastigheter; dessutom har en mer exakt reglering nära begränsningarna ytterligare potential att förbättra turbineffektivitet vid höga vindhastigheter. Andra viktiga frågor i projektet rör sensorplacering, algoritmer för signalbehandling och möjligheterna att skatta turbinbelastningar med dynamiska modeller och befintliga sensorer.

Modeller för elektrisk drivlina för vindkraftverk Målet med projektet är att utveckla goda och anpassade modeller av den elektriska drivlinan som kan integreras med det mekaniska systemet i vindkraftverket. I de senare stegen av projektet är målet att optimera det elektriska och det mekaniska systemet. Modellerna som tas fram i projektet kommer att användas för att diagnostisera potentiella fel i turbinen, vilket kräver tillförlitliga modeller och därför är validering av modellerna en viktig del av projektet.

Aerodynamiska laster på rotorblad Projektet kommer att utveckla beräkningsmetoder för beräkning av transienta aerodynamiska laster på vindkraftverkets rotorblad. Idag används vanligen the Blade Element Model (BEM) vilken är en kombination av bladelementmomentmetoden och bladelementmetoden. BEM är inte lämplig för beräkning av transienta aerodynamiska laster. Målet med projektet är att implementera och utvärdera andra metoder som kan hantera transienta laster. Ett första steg är att byta ut bladelementmomentmetoden mot vortexmetoden. Olika versioner av denna metod kommer att implementeras, utvärderas och om det behövs utvecklas. Nästa steg är att ersätta bladelementmetoden med CFD (Computational Fluid Dynamics).

Vind turbin drivlina dynamik, system simulering och accelererad provning För att underlätta design och produktion av effektiva och pålitliga drivlinor kommer projektet att utveckla metoder, matematiska modeller samt beräkningsverktyg för avancerad analys av drivlinans dynamik och lasttransmission i multimegawattturbiner. Projektet förväntas ge ny grundläggande kunskap om dynamiken i vindkraftverkets drivlina. Kunskapen kan användas för att få inblick i flera viktiga områden som relaterar till modellering, analys och design av pålitliga drivlinor, till exempel hur olika undersystem interagerar och vilken detaljnivå som krävs för att få tillräcklig noggrannhet i beräkningarna. Mätningar kommer att utföras för att validera modellen samt uppdatera simuleringsresultat. Beräkningsmodeller kommer att utvecklas för att tillämpas i accelererad provning av vindkraftverkets drivlinor och deras komponenter. I projektet kommer även ett integrerat systemsimuleringsverktyg att utvecklas för att kunna designa robusta och kostnadseffektiva multimegawatturbiner. Arbetet kommer resultera i ett gränssnitt som kontrollerar hur data kommuniceras mellan verkets olika undersystem i systemmodellen.

Validering av strukturdynamiska modeller av vindkraftverk I det här projektet studeras validering av strukturdynamiska modeller av vindkraftverk. Detta görs för att ge fördjupad insikt i vindkraftverkets beteende under dynamiska laster, speciellt blad-egenskaperna som medvetet konstrueras för lastreduktion i vindbyar. Två olika modeller skall skapas, en detaljerad modell samt en förenklad modell. Den detaljerade modellen är helt baserad på fysikaliska principer. Från denna skall en förenklad modell tas fram genom modellreduktion. Den förenklade modellens användningsområde blir inom systemsimulering och optimering som kräver beräkningssnabbhet. Den detaljerade modellen skall valideras mot fysiska prov. Den förenklade modellen skall valideras gentemot den detaljerade. Projektet har tre huvudsyften. Det första är fokusering på att testdata skall göras maximalt informativ med avseende på de fysiska egenskaper som ska valideras. Det andra är modellkalibrering, där den sättning av modellparametrar söks som ger minst avvikelse från test. Det tredje syftet är att ge en sammanfattning av erhållna lärdomar som anvisning till framtida strukturdynamisk modellering av vindkraftverk.

Utvärdering av tillverkningsmetoder och materialval för kostnadsoptimala rotorblad I det här projektet studeras möjligheten att realisera vindkraftsblad tillverkade i kolfiberkomposit med avancerade kärnmaterial. Tillverkning av kolfiberbaserade blad med autoklavteknik har potential att ge betydande viktreducering och utmattningshållfasthet hos vindkraftsbladen. Projektet kommer att studera aspekter på marknadsintroduktion av komponenter, speciellt blad, för vindkraftverk. Turbintillverkarna kräver omfattande analys av ny teknik i komponenter för att ersätta befintlig teknik. För att kunna göra en livscykelanalys av vindkraftverket och för att förstå effekten av minskad bladvikt behövs en systemanalys av vindkraftverket utföras. Vidare måste metoder för systemoptimering utvecklas för att kunna utvärdera för/nackdelar med nya bladmaterial. Optimeringsprocessen skall speciellt inriktas på att ge starkt konstruktionsstöd. Genom analys och optimering skall kostnad och nytta av olika komponenttekniker kunna värderas mot varann.

Last -och riskbaserad underhållsstyrning av vindturbiner Målet är att leda till reducera livstidskostnader för underhåll för vindturbiner och att ge ökat värde genom högre teknisk tillgänglighet. I nom projektet utvecklas tillförlitlighetsbaserade kvantitativa metoder för underhållsstyrning av vindturbiner. Fokus i projektet ligger i att studera hur service intervall för underhåll är relaterade till felinträffande för vindturbiner Condition based Maintenance Tillståndsbaserat Underhåll Maintenance Underhåll Preventive Maintenance Förebyggande Underhåll Predetermined Maintenance Förutbestämt Underhåll Corrective Maintenance Avhjälpande Underhåll Svensk Standard SS-EN 13306

Strömskador i lager - mekanismer för uppladdning, urladdning samt skadebegränsning Öka förståelsen av strömskador i lager genom karakterisering och modellering av Uppladdningsmekanism Axelspänning Urladdningsväg Sammanbrottsmekanism Skadekarakterisering genom Laboratorieexperiment Modellering Fältmätningar Studier av skadade lager Elektriska urladdningar i lager Strömskador på kula Oskadat 30 V

Sensorer för detektion av ispåväxt på vindkraftsverks rotorblad Isbildning på rotorbladen är ett problem vid drift av vindkraftverk i kallt klimat. Isen skapar obalanser i turbinen och orsakar förlorad uteffekt när turbinhastigheten minskar eller när verket stängs av. Minskningen av den genomsnittliga årsproduktionen beräknas bli i storleksordningen 10-15% från turbiner som körs i kallt klimat. Det huvudsakliga målet med forskningen är att utvärdera sensorer för isdetektering. Sensorn bör vara enkel, effektiv och billig samt ge en noggrann detektering av is. Projektet kommer att fokusera på att upptäcka is på rotorbladen. Projektet mål är: Definiera krav och specifikationer för att utveckla sensorer och isdetekteringssystem för vindkraftverk i kallt klimat. Utvärdera om magnetostriktiva ställdon/sensor, LIDAR och lasersensorer är effektiva sätt att upptäcka isbildning på turbinbladen.

A major challenge - icing of rotor blades

Cold climate research SWPTC has taken an initiative to build a test centre for testing wind turbines in cold and icy climates. The project is managed by the research institute SWEREA, a member of SWPTC. Several potential locations have been researched for suitability but an acceptable location is difficult to find. The purpose of the centre is to let WTG manufacturers test new components and anti- or de-icing equipment as well as to serve as a research centre for universities and component manufacturers. It is also the intension that the centre will become capable of offering certification services.

Stall regulated Active stall Fixed speed Limited variable speed Gearbox Pitch regulated Variable speed Gearless Original Danish configuration

Trender senaste åren Vindkraftverken har fått högre torn och längre blad: ökning av energiuttag med ca 20-30 % Prototypbyggen av flytande vindkraftverk finns Forskning och senaste konstruktioner visar på extra mjuka tornkonstruktioner, låg egenresonans, 3p till 1p Forskning med DC-uppsamlingsnät ökar

Power: 550 MW, 800 MW Energy: 11,5 TWh Power: 250, 440, 700 MW, Energy: 12 TWh Power: 700 MW, Energy: 6 TWh Power: 600 MW, Energy: 5 TWh Power: 700 MW, Energy: 6 TWh Power: 600 MW, Energy: 5 TWh Power: 600 MW, Energy: 5 TWh Power: 600 MW, Energy: 5 TWh Σ=51 TWh Σ =6500 ΜW

Success??????

Future? I drift utanför Portugal

Teknisk utveckling av vindkraftverk

Blad Längd: 45-65 m Vikt: ca 7-20 ton Storlek och vikt

Maskinhus Enercon Vikt: 120 ton Storlek och vikt Maskinhus Vestas Vikt: 70 ton Mått: 10*3*4 m

Storlek och vikt Torn Höjd: 90-120 m Vikt: ca 290 ton (105 m)

Two decades of development From this to this!