Air Windpower 開發首個風力發電機原型

Air Windpower 開發風力發電機原型

挑戰

  • 電氣及自動元件必須以最高效率管理及監控風力發電機運作,並且不能意外停止

解決方案

結果

  • 非常高的可用性
  • 絕佳的效率及可靠性
  • 沒有故障或意外停止
  • 風力發電機單機管理

Allen-Bradley 元件可讓風力發電機獨立運作,達到出色的能源效率

背景

Air Windpower 為設立於西班牙納瓦拉 (Navarra) 的公司,其業務重心為透過安裝風力發電機,向客戶提供風力發電的各種好處。

這間公司由工程師及專業人士組成,在能源產業擁有豐富經驗。公司最初於穆魯阿爾特德雷塔 (Muruarte de Reta) 這座距離潘普洛納 (Pamplona) 15 km 的小鎮,建造頂尖 100 kW 風力發電機的創新原型。

這台機器建造時的目標相當明確,就是要在運作壽命期間將可靠度提升到最高,將能源成本降到最低。

Air Windpower 一開始與 Boreas 這間專精於再生能源設施的公司合作,投入機器設計工作,其中包括葉片的空氣動力學結構、主要元件開發,以及元件之間的相互關係。

經過數個月的測試及監控後,公司讓風力發電機進行各式各樣的技術分析,以驗證其運作及可靠度,進入策略的全新階段:在市面上推出兩款風力發電機。

第一款機型適合風力豐沛的環境,與原型類似;第二款則採用更大的轉子直徑,更適合風力較少的區域。

Air Windpower 的目標是在西班牙風能市場增加市佔率,同時將業務擴展到美國及英國等市場。

挑戰

Air Windpower 開發的原型 100 kW 風力發電機,採用最新的風力發電技術,以自發自用的方式向鄰近礦場供電。

首先其中配備極為堅固的傳動系統,將負載傳輸至電塔,採用固定組件、無需維護的機艙,以及三個玻璃纖維與碳製造的無接合混合葉片,以實現最高的效率及堅固程度,此外還有無增速齒輪的永磁多極發電機。其中新增整合「完整的背對背整流器」電力電子裝置,以達到最高的能源品質,並能獨立運作。

以上所有技術需求,讓 Air Windpower 決定仰賴全球電氣解決方案公司 Sumelec Navarra;該公司已擔任 Rockwell Automation 經銷商 25 年。

Sumelec Navarra 再生部門銷售經理 Julio Bustillo 表示:「我們執行所有機艙、電路及纜線實作的電氣設計,以及整合 Allen-Bradley® 產品。」公司也向 Air Windpower 供應輔助面板用於控制機器。

Bustillo 解釋 Rockwell Automation 面對的挑戰包含:「供應所有電氣及自動化元件,以最高效率管理及監控風力發電機運作,而且整體上不能發生意外停止事件。」其中最後一項對 Air Windpower 至為關鍵。

負責開發專案的 Boreas NT 工業工程師暨技術長 José Sancho 博士解釋:「我們希望安裝穩定度良好的電氣系統,協助確保機器順利運作。」解決方案也必須遵循歐洲及美國的安全法規 UL 508A。

解決方案

Rockwell Automation 對原型的貢獻不僅是單一解決方案或產品,而是 Allen-Bradley 系列的多項元件,全部都是機器達到理想能源相關運作的必要配備,

例如控制器、分散式輸入及輸出、電源供應器、接觸器及按鈕等等。一般來說,所有的輔助及能源相關材料都是由 Rockwell Automation 供應。

Sancho 表示:「我們使用 Rockwell Automation 供應的所有必要產品,完整監控及控制機器。這樣我們就可以傳送指令至電力電子整流器,顯示哪一項運作曲線需要風力發電機、視風力而定所需的旋轉速度、需要取得的電力,以及我們希望管理的其他變數。」

除了以上所有元件以外,原型風力發電機也使用 Allen-Bradley CompactLogix™ PAC,在編程軟體之間緊密整合,此外還有控制器及 I/O 模組,以縮短啟動時間,協助實現高效順暢的運作。

以上種種都與 Allen-Bradley PanelView™ Plus 人機介面整合,以單一圖形格式顯示狀態機器資訊。

結果

Sancho 表示:「從我們完成安裝風力發電機及進行測試開始,系統就證明能夠提供最高的可用性,具備絕佳的能源效率及可靠度。事實上,我們從未發生故障或意外停止等事件。」

目前風力發電機以自動模式運作,所以只要發現任何故障,就會向工程師報告。不過就如 Sancho 所述:「這種情形尚未發生。」

他繼續表示:「我們發現 Rockwell Automation 能夠提供風力發電機的自動化及整體控制系統。他們總是能滿足我們對這類機器的嚴格要求。」Bustillo 也表達相同看法:「Rockwell Automation 總是和我們在一起,提供所需的一切支援,並與我們合作實作。」

這類風力發電機在目前的發電情勢之中,具有相當光明的前景,因為終端使用者有機會能夠產生自己消耗的部分能源,藉此降低能源費用。Sancho 最後表示:「這是沒有問題且無需維護的機器,具備高可用性及穩定度。換言之,這是堅固耐用且提供最高生產力的機器。」

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