Anàlisi mitjançant mecànica de fluids computacional d’un aerogenerador minieòlic

A la UdGhi ha 2 aerogeneradors minieòlics: el del terrat del P2 i un de més petit allaboratori d’energies. Aquest segon aerogenerador minieòlic és el que s’ha utilitzat en aquestprojecte. Es tracta d’un Air-X de la casa Technosun amb les següents característiques:- Té un pes de 6Kg, un radi de 0,582 metres, un TSR de 8,8 i unapotència de 545W.- Perfil de la pala tipus SD2030.- Velocitat d’engegada de 3m/s.-Amb vents forts (més de 15m/s) un dispositiu electrònic redueix lavelocitat fins a 600rpm, reduint les càrregues sobre la turbina i l’estructuramentre encara segueix produint energia.- Baix manteniment. Només consta de dues parts mòbils.L’objecte que s’ha plantejat per aquest projecte ha estat trobar la corbade potència del minigenerador Air-X mitjançant simulació amb CFD, iutilitzant només les dades geomètriques de l’aparell

Bioenergian ja tuulivoiman rooli kasvihuonekaasupäästöjen rajoittamiseksi

Työssä käydään läpi bioenergian ja tuulivoiman osuuksia Suomen energiantuotannossa, sekä niiden mahdollisuuksia kasvihuonekaasupäästöjen vähentämisessä.

Tuulivoimakäytön simulointityökalun käyttöliittymän kehittäminen

Tämä diplomityö käsittelee tuulivoimakäytön simulointia. Tuuligeneraattoreiden yleisimpiä konsepteja tarkastellaan sekä konseptien markkinaosuudet esitetään. Työssä käsitellään tuulivoimakäytön simulointiohjelmistoja, ja esitellään Matlab/Simulink-ohjelmistolla kehitetyn simulointityökalun käyttöliittymä. Käyttöliittymää analysoidaan syvällisemmin kuvaamalla sen kehitykseen liittyneitä vaiheita ja toiminnallisuuden kannalta tehtyjä ratkaisuja. Kehitetystä simulointityökalusta esitetään käyttötapausanalyysi.

Tuulivoimakäytön verkkoliitynnät ja mittaukset

Tässä työssä tutkitaan muuttuvanopeuksisen tuulivoimakäytön verkkoliityntöjä, verkkomääräyksiä ja mittausmenetelmiä Euroopassa. Yleiset tuulivoimalaitoksen verkkomääräyksiin liittyvät asiat on selitetty standardisarjassa IEC 61000 ja mittauksiin liittyvät säännökset standardissa IEC 61400-21. Työssä selvitetään Euroopan yleiset verkkomääräykset ja vertaillaan niitä keskenään, sekä määritetään tärkeimmät mittaukset. Lisäksi esitellään eräs standardimittauksiin soveltuva mittalaite ja analysoidaan täystehomuokkaimen suorituskykyä tuulivoimapuistossa. Työssä havaittiin, että standardin mukaisten mittausten toteuttaminen ja analysointi on hyvin haastava prosessi. Verkkomääräysten eroavaisuudet aiheuttavat hankaluuksia tuulivoimalan valmistajan ja verkko-operaattorien välillä. Täten myös konvertterivalmistajan täytyy olla selvillä käytössä olevista verkkomääräyksistä ja standardeista.

Jäähdytysnestekierron optimointi tuuliturbiinin konvertterikaapistoon

Diplomityössä perehdytään tuuliturbiinin konvertterikaapiston nestekierron tarkasteluun ja mittausten suunnitteluun sitä varten. Tarkastelun tulokset ovat yhdistettävissä konvertterikaapiston ilmapuolen jäähdytykseen, jolloin koko jäähdytysjärjestelmä on katettu. Työn alkupuolella perehdytään lyhyesti nykyhetken tuulivoimaan. Tämän jälkeen tarkastellaan itse konvertterikaapistoa, sen toimintaa sekä nestejäähdytyksen toteutusta komponentteineen. Työn keskimmäisessä osassa konvertterille tehtiin virtaustekninen malli aiempaa mittausdataa hyväksi käyttäen. Tällä mallilla suoritettiin herkkyystarkasteluja ja simuloitiin konvertterikaapiston nestekierron käyttäytymistä yhden tai useamman haaran tukkeutuessa osittain tai kokonaan. Lisäksi suunniteltiin uusi nestekierto. Lopuksi selvitetään mittauksissa tarvittava laitteisto, perehdytään kunkin laitteen toimintaperiaatteeseen sekä selvennetään suositeltavat asennuspaikat ja suojaetäisyydet.

Integrating distributed generation and Smart Grids into single-family house

This study examines Smart Grids and distributed generation, which is connected to a single-family house. The distributed generation comprises small wind power plant and solar panels. The study is done from the consumer point of view and it is divided into two parts. The first part presents the theoretical part and the second part presents the research part. The theoretical part consists of the definition of distributed generation, wind power, solar energy and Smart Grids. The study examines what the Smart Grids will enable. New technology concerning Smart Grids is also examined. The research part introduces wind and sun conditions from two countries. The countries are Finland and Germany. According to the wind and sun conditions of these two countries, the annual electricity production from wind power plant and solar panels will be calculated. The costs of generating electricity from wind and solar energy are calculated from the results of annual electricity productions. The study will also deal with feed-in tariffs, which are supporting systems for renewable energy resources. It is examined in the study, if it is cost-effective for the consumers to use the produced electricity by themselves or sell it to the grid. Finally, figures for both countries are formed. The figures include the calculated cost of generating electricity from wind power plant and solar panels, retail and wholesale prices and feed-in tariffs. In Finland, it is not cost-effective to sell the produced electricity to the grid, before there are support systems. In Germany, it is cost-effective to sell the produced electricity from solar panels to the grid because of feed-in tariffs. On the other hand, in Germany it is cost-effective to produce electricity from wind to own use because the retail price is higher than the produced electricity from wind.

Tuotannonohjauksen kehittäminen piensarjatuotannossa

Tämä diplomityö käsittelee teollisen yrityksen tuotannonohjauksen kehittämistä piensarjatuotannossa. Työn kohteena on ABB Oy:n Tuulivoimageneraattorit-tulosyksikkö, joka valmistaa vakiotuotteita asiakasohjautuvasti. Työssä esitellään aluksi tuotannon ja tuotannonohjauksen teoriaa. Lävitse käydään perusasioiden kuten määritelmien, tavoitteiden ja tehtävien lisäksi tuotannonohjausprosessia sekä tuotannonohjauksen tietotekniikkaa. Teorian jälkeisessä empiriaosuudessa esitellään työssä kehitettyjä keinoja tuotannonohjauksen parantamiseksi. Tutkimus on toteutettu teoreettisen ja empiirisen tutkimustyön avulla. Teoreettiseen tutkimustyöhön sisältyi suomalaisiin ja ulkomaalaisiin kirjallisuuslähteisiin perehtyminen. Empiirinen tutkimustyö suoritettiin itsenäisen ongelman ratkaisutyön avulla. Tämä sisälsi kehittämiskohteiden analysoinnin, tarkempien kehittämistarpeiden määrityksen sekä kokeilujen kautta tapahtuneen kehittämistyön. Tutkimuksen päätavoitteena oli selvittää, miten tuotannonohjauksen kehittämisellä voidaan parantaa kohteena olevan tulosyksikön tuottavuutta ja kannattavuutta. Päätavoitteen pohjalta muodostettiin kuusi osatavoitetta: toimitusvarmuuden parantaminen, kapasiteetin kuormitusasteen nostaminen, kapasiteetin suunnittelun kehittäminen, läpäisyaikojen lyhentäminen, uuden ERP-järjestelmän vaatimusmäärittely sekä tuotannonohjausprosessin määrittäminen. Työssä rakennettiin neljään ensiksi mainittuun osatavoitteeseen tietotekniset sovellukset, jotka mahdollistavat osatavoitteiden suunnittelun ja ohjaamisen. Sovelluksia varten kullekin tuotteelle määriteltiin esimerkiksi työnvaiheketjut läpäisyaikoineen, kuormitusryhmät, kuormitusryhmien kapasiteetit, tuotteiden kuormittavuudet sekä kriittiset työvälineet. Työ osoitti, että tietotekniikka auttaa suuresti tuotannonohjauksessa. Lisääntynyt läpinäkyvyys, parantunut tiedonkulku, simulointimahdollisuudet sekä graafinen esitystapa helpottavat erilaisten suunnitelmien teossa ja parantavat siten päätöksenteon laatua. Tietotekniikan hyväksikäytön pohjana toimii tuotannon perus- ja tapahtumatietojen kurinalainen päivitys. Tämän vuoksi tietojärjestelmistä kannattaa rakentaa mahdollisimman yksinkertaisia.

Plan de seguridad y salud para el suministro y montaje del Parque Eólico Rancho Viejo en el T.M. de Medina-Sidonia (Cádiz)

No hace más de 3 años se podía leer en las revistas especializadas que España había pasado a ocupar el tercer puesto en el ranking mundial por potencia eólica instalada. La industria eólica española a su vez ha pasado a ocupar el tercer puesto en la fabricación e instalación de aerogeneradores, con una cuota de mercado del 13%, siendo así un sector con gran capacidad de exportación. Por otra parte, tras diez años de promulgación de la Ley 31/95, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales, y después su desarrollo reglamentario, es un hecho incontestable que, pese a todo, y a los ingentes esfuerzos realizados por los distintos actores implicados en la prevención de riesgos laborales (Estado, Comunidades Autónomas, Agentes Sociales, Entidades especializadas, etcetera), existe un sector como el de la construcción que, constituyendo uno de los ejes del crecimiento económico de nuestro país, está sometido a unos riesgos especiales y continúa registrando una siniestralidad laboral muy notoria por sus cifras y gravedad. La legislación de prevención, los manuales sobre las distintas disciplinas preventivas, los libros especializados, los expertos... han abordado ya, con mayor o menor acierto, muchas de las cuestiones generales y específicas que afectan a la seguridad y salud: la evaluación de riesgos, las medidas higiénicas, los equipos de trabajo y equipos de protección individual, la planificación, la formación, los servicios de prevención , los sistemas de gestión de la prevención, las auditorías ... forman parte de los contenidos que se han ido creando en torno a este tema. No obstante, resulta de gran interés la elaboración de un estudio de Seguridad y Salud, en el que partiendo de un desarrollo técnico concreto, pero sobre todo integral, es decir, que comprenda todas las fases para el suministrp e instalación de aerogeneradores para un parque eólico, vayamos desgranando cada uno de los puntos desarrollados en su construcción. Entre las conclusiones más destacadas de este trabajo, se encuentra la definición de las condiciones relativas a la prevención de accidentes y enfermedades laborales durante la ejecución de los trabajos de suministro e instalación de un parque eólico y la gestión de su prevención, las características de las instalaciones preceptivas para higiene y bienestar de los trabajadores, así como directrices básicas mínimas, que deben reflejarse y desarrollarse en el Plan de Seguridad y Salud que las empresas contratistas deberán presentar para su aprobación por el director de obra, antes del comienzo de los trabajos, de forma que sea posible la disminución de accidentes laborales así como evitar las posibles sanciones administrativas y/o penales.

Análisis de viabilidad técnica-económica del parque eólico Altos de Peralta

RESUMEN La energia eolica se considera una forma indirecta de energia solar. Entre el 1 y 2% de la energia proveniente del sol se convierte en viento, debido al movimiento del aire ocasionado por el desigual calentamiento de la superficie terrestre. La energia cinetica del viento puede transformarse en energia util, tanto mecanica como electrica. La energia eolica, transformada en energia mecanica ha sido historicamente aprovechada, pero su uso para la generacion de energia electrica es mas reciente, en respuesta a la crisis del petroleo y a los impactos ambientales derivados del uso de combustibles. El objetivo principal de este trabajo es hacer un analisis de viabilidad desde un punto de vista tecnico y economico de un parque eolico situado en el municipio de Barasoain (Navarra). Desde el punto de vista tecnico se han estudiado los aspectos constructivos del parque considerando sus diferentes infraestructuras de obra civil y electrica asi como los niveles de recurso eolico. En el ambito economico y financiero se han analizado los aspectos y ratios mas relevantes que definen un proyecto de estas caracteristicas asi como el modelo de financiacion elegida basada en el Project- Finance. Entre las conclusiones mas destacadas de este proyecto cabe destacar la contribucion de la construccion del parque al desarrollo social y economico de la zona donde queda ubicado contribuyendo a la creacion de puestos de trabajo, tanto en la fase de construccion como de explotacion y una perfecta armonia con condicionantes medioambientales de la zona. El analisis tecnico realizado nos indica la viabilidad tecnica del parque tanto desde el punto de vista de recurso eolico como la idoneidad para poder evacuar la energia producida. Por otro lado, los resultados obtenidos cumplen perfectamente con los estandares requeridos por los financiadores de los parques y resultando ser muy atractivos para sus accionistas

Aaltovoimalaitteen toimintaperiaatteen analysointi

Diplomityö tehtiin Wello Oy:n toimeksiannosta. Wello Oy on vesi- ja tuulivoimaratkaisuihin keskittynyt yritys, joka kehittää aaltovoimalaitekonseptia. Työssä selvitettiin aaltovoimaan liittyviä ilmiöitä ja aaltovoimalaitteen mekaanista konseptia ja tehtiin arvio niiden tehokkuudesta. Työssä käytettiin kaupallisia simulointityökaluja kuten monikappaledynamiikan simulointiohjelmaa MSC.ADAMS R3:a ja yleistä matematiikka ohjelmaa Matlab Simulink:ia. Simulointimallia käytettiin arvioimaan laitteen yleistä käyttäytymistä. Lisäksi laitteen analyyttisiä malleja käytettiin laitteen toimintaperiaatteen selvitykseen. Simulointia käytettiin kelluvan laitteen mekanismin tutkimukseen. Tuloksiin pohjautuen laitteelle määriteltiin teoreettiset maksimiteho rajat ja rajoitteet, jotka vaikuttavat laitteen tehokkuuteen.

Täystehokonvertterin tehohäviöt ja hyötysuhde

Diplomityössä perehdytään tuuliturbineissa käytettyjen täystehokonvertterien tehohäviöihin ja hyötysuhteeseen. Täystehokonvertterissa generaattorin tuottama sähköteho tasasuunnataan hyvällä hyötysuhteella aktiivisella geenraattorisillalla konvertterin välipiiriin ja edelleen vaihtosuunnataan aktiivisella verkkovaihtosuuntaajasillalla siirtoverkkoon. Työn tarkoituksena on antaa yleiskuva tehohäviöiden jakautumisesta ja yksinkertaistaa niiden laskentaa. Häviömekanismit ja häviöiden määräytyminen esitellään pääkomponenttitasolla. Tehohäviöiden osalta keskitytään erityisesti muuntajateräksestä valmistettujen sinisuotimien ja du/dt-suotimien rautahäviöihin. Ongelmana rautahäviöiden määrittämisessä on korkeilla taajuuksilla tapahtuvat häviöt, joiden laskentaan ei ole yleensä saatavilla tarvittavia materiaaliparametrejä. Tehohäviöiden laskentaa varten toteutettu laskentasovellus on esitelty periaatteellisina vuokaavioina ja sovelluksella saatavia tuloksia on esitetty ja vertailtu mitattuihin tuloksiin.

DFMA-ohjeistuksen laatiminen tuulivoimateollisuuden mekaniikkasuunnittelijoille

Osien hyvä valmistettavuus on aina asettanut haasteita suunnittelulle. Yritysten verkostoituminen lisää haasteellisuutta, kun tuotteiden suunnittelu tehdään erillään kokoonpanosta ja osavalmistus tapahtuu alihankintana. Tällöin on ensiarvoisen tärkeää, että suunnittelulla on tarvittavat perustiedot eri valmistusmenetelmistä, jotta suunniteltujen osien valmistus ja kokoonpano luonnistuu ongelmitta. Työn alun kirjallisuusosiossa käsitellään suunnittelun teoriaa, joka toimii perustana hyvälle osasuunnittelulle. Teorian lisäksi työssä käsitellään eri työmenetelmiä koskevat rajoitukset ja mahdollisuudet. Oikein suunniteltu osa on työstömenetelmien kannalta hyvin valmistettavissa, työ voidaan tehdä taloudellisilla työmenetelmillä ja kokoonpanossa osat sopivat yhteen ilman sovitustyötä. Käytännön osuudessa on käsitelty The Switch Drive Systems Oy:n tuotteiden valmistettavuuden kehityskohteita, joilla tuotteiden valmistettavuutta voidaan parantaa. Kehityskohteiden perusteella on laadittu valmistusmenetelmäkohtainen suunnittelun ohjeistus, jonka avulla kehitetään The Switchin suunnittelua vastaamaan paremmin laitetoimittajien tarpeisiin. Näiden ohjeistuksien avulla voidaan kehittää suunnittelutyötä siten, että osien valmistettavuus sekä laatu paranevat ja kokoonpano nopeutuu.

Parallel-Operating Three-Phase Voltage Source Inverters – Circulating CurrentModeling, Analysis and Mitigation

The maximum realizable power throughput of power electronic converters may be limited or constrained by technical or economical considerations. One solution to this problemis to connect several power converter units in parallel. The parallel connection can be used to increase the current carrying capacity of the overall system beyond the ratings of individual power converter units. Thus, it is possible to use several lower-power converter units, produced in large quantities, as building blocks to construct high-power converters in a modular manner. High-power converters realized by using parallel connection are needed for example in multimegawatt wind power generation systems. Parallel connection of power converter units is also required in emerging applications such as photovoltaic and fuel cell power conversion. The parallel operation of power converter units is not, however, problem free. This is because parallel-operating units are subject to overcurrent stresses, which are caused by unequal load current sharing or currents that flow between the units. Commonly, the term ’circulatingcurrent’ is used to describe both the unequal load current sharing and the currents flowing between the units. Circulating currents, again, are caused by component tolerances and asynchronous operation of the parallel units. Parallel-operating units are also subject to stresses caused by unequal thermal stress distribution. Both of these problemscan, nevertheless, be handled with a proper circulating current control. To design an effective circulating current control system, we need information about circulating current dynamics. The dynamics of the circulating currents can be investigated by developing appropriate mathematical models. In this dissertation, circulating current models aredeveloped for two different types of parallel two-level three-phase inverter configurations. Themodels, which are developed for an arbitrary number of parallel units, provide a framework for analyzing circulating current generation mechanisms and developing circulating current control systems. In addition to developing circulating current models, modulation of parallel inverters is considered. It is illustrated that depending on the parallel inverter configuration and the modulation method applied, common-mode circulating currents may be excited as a consequence of the differential-mode circulating current control. To prevent the common-mode circulating currents that are caused by the modulation, a dual modulator method is introduced. The dual modulator basically consists of two independently operating modulators, the outputs of which eventually constitute the switching commands of the inverter. The two independently operating modulators are referred to as primary and secondary modulators. In its intended usage, the same voltage vector is fed to the primary modulators of each parallel unit, and the inputs of the secondary modulators are obtained from the circulating current controllers. To ensure that voltage commands obtained from the circulating current controllers are realizable, it must be guaranteed that the inverter is not driven into saturation by the primary modulator. The inverter saturation can be prevented by limiting the inputs of the primary and secondary modulators. Because of this, also a limitation algorithm is proposed. The operation of both the proposed dual modulator and the limitation algorithm is verified experimentally.

Tuulivoiman verkkomääräykset Euroopassa ja Yhdysvalloissa sekä niiden kehittyminen tulevaisuudessa älykkäiden sähköverkkojen kannalta

Tuulivoimatekniikan nopea kehitys on lisännyt tuulivoimakapasiteetin määrää sähköverkoissa. Eri maiden siirtoverkko-operaattorit ovatkin julkaisseet tuulivoimaloille omat verkkomääräyksensä. Työssä tutkitaan tuulivoimaloiden tekniikkaa, eri maiden verkko-operaattoreiden asettamia verkkomääräyksiä tuulivoimalle sekä arvioidaan näiden kehitystä tulevaisuudessa. Tutkittaviksi alueiksi on valittu maita, joiden siirtoverkot ovat rakenteeltaan erilaisia ja joissa tuulivoimaloille asetetut vaatimukset sekä asennetun tuulivoimakapasiteetin määrät vaihtelevat. Verkkomääräyksiä käsitellessä on keskitytty vain tärkeimpiin teknisiin vaatimuksiin. Eri verkkomääräykset eroavat toisistaan rakenteeltaan sekä vaatimuksiltaan ja ne ovat tiukentuneet tuulivoiman osuuden kasvaessa kokonaisenergiantuotannosta. Tämä on vaikeuttanut sähköverkoissa toimivien osapuolien operointia. Verkkomääräyksien harmonisoinnille ja kehittämiselle onkin tarvetta verkon kaikkien osapuolien toimintaedellytyksien parantamiseksi. Tuulivoimaloiden sisältämän tehoelektroniikan ja älykkäiden sähköverkkojen kehityksen myötä voidaan tuulivoimalla saavuttaa myös monia etuja esimerkiksi muihin tuotantotapoihin verrattuna.

Hajautetun tuotannon verkkoonliittäminen - verkkokoodit ja käytännön toimet

Euroopan unionin asettamat uusiutuvan energian lisäämistavoitteet ovat kasvattaneet hajautetun tuotannon määrää Euroopassa. Eri hajautetun tuotannon verkkokoodit asettavat tuotantolaitoksille omat vaatimuksensa, mikä vaikeuttaa eri toimijoita, joten yhtenäiselle verkkokoodille on tarvetta. ENTSO-E onkin luomassa tällä hetkellä Euroopan unionille yhtenäisiä pilottiverkkokoodeja, joiden tarkoitus on myöhemmin kattaa kaikkia tuotantolaitoksia koko Euroopassa. Tämän vuoksi ENTSO-E:n verkkokoodien vaatimuksia on syytä tutkia. Tässä diplomityössä tarkastellaan hajautetun tuotannon nykyisiä ja ENTSO-E:n kehitteillä olevia verkkokoodeja. Työssä tutkitaan myös älykkäiden verkkojen ja verkkokoodien kehitystä. Verkkokoodien vertailuja suoritetaan pohjoismaisesta näkökulmasta, mutta vertailuun on otettu myös muita Euroopan maita. Tarkastelu painottuu siirto- ja jakeluverkkokoodien osalta tuulivoimalle asetettaviin vaatimuksiin. Mikrotuotannon verkkokoodien ja käytännön toimien tarkastelu keskittyy invertterin kautta verkkoonliitettäviin tuotantolaitoksiin, joissa aurinkotuotanto on merkittävin tuotantomuoto.