المقدمة
في ظل الطلب المستمر للكهرباء خلال السنوات الماضية. زاد توليد الكهرباء من توربينات الرياح و غيرها من مصادر الطاقة المتجددة. ومن بين تقنيات توليد طاقة الرياح، يعد المولد الحثي ذو التغذية المزدوجة (DFIG) أحد أكثر التقنيات استخداماً، وذلك نظراً لقدرة على التشغيل في ظروف سرعات متغيرة و التحكم في الطاقة المتولده.
مولد الحث ذو التغذية المزدوجة (Doubly Fed Induction Generator – DFIG)
هو نوع من مولدات التي تستخدم في توليد الطاقة الكهربائية، وتتميز هذه المولادات DFIG بأنها تتمتع بالقدرة على التحكم في سرعة دوران المحرك وتيار المجال المغناطيسي، وذلك عن طريق إدخال تيار كهربائي إلى ملفات المجال المغناطيسي في المولد من خلال نظام تحكم يسمى محول التردد.
يتكون مولد DFIG من مجموعة من الملفات الكهربائية الملفوفة حول جزء دوّار (Rotor) وجزء ثابت (Stator)، يقوم المولد بشكل عام على تحويل الطاقة الميكانكية الى طاقة كهربائية.
وتسمح ميزات مولد DFIG للمشغل بالتحكم بدقة في سرعة المحرك ، مما يسمح للمولد بتوليد كهرباء ذات أداء أفضل مع اختلاف الحمل ، وهي إحدى التقنيات الحديثة التي تستخدمها محطات الطاقة المتجددة.
أسباب استخدام مولد الحث ذو التغذية المزدوجة في طاقة الرياح
تعد تقنية مولد الحث ذو التغذية المزدوجة من أكثر المولدات أستخداما في محطات توليد الطاقة المتجددة مثل محطات الطاقة الرياح ومحطات توليد الكهرومائية، وذلك لعدة أسباب، منها:
1- كفاءة أعلى: توفر DFIG كفاءة أعلى في تحويل الطاقة عندما تعمل في ظروف مختلفة. حيث يمكن ضبط سرعة المحرك وتيار المجال المغناطيسي لتحقيق أقصى كفاءة في تحويل الطاقة.
2- التحكم الدقيق في السرعة: يمكن لـ DFIG تحقيق التحكم الدقيق في سرعة المحرك، مما يسمح للنظام بتوليد الطاقة الكهربائية بأداء أفضل في ظل تغيرات الرياح أو الأحمال.
3- توفير التكلفة: يمكن لتقنية DFIG توفير تكاليف أقل في بعض الحالات، حيث يمكن استخدام مولدات DFIG بحجم أصغر بالمقارنة مع المولدات التي تستخدم في تقنيات توليد الطاقة الأخرى.
4- التشغيل الآمن: توفر تقنية DFIG العمل الآمن في ظل ظروف التشغيل المختلفة، مما يساعد على الحفاظ على سلامة المعدات والعمال.
بشكل عام، فإن مولد الحث ذو التغذية المزدوجة DFIG يعتبر بتقنية متقدمة لتوليد الطاقة الكهربائية، وهي تستخدم على نطاق واسع في محطات توليد الطاقة المتجددة لتحقيق أداء عالي وكفاءة أفضل.
مولد الحث ذو التغذية المزدوجة في طاقة الرياح
- إن عنفات الرياح (التوربينات) Wind Turbines عبارة عن أجهزة تقوم بتحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية، وتتألف هذه العنفات من المكونات التالية:
- دوار العنفة الريحية – Blades: إن الغالبية العظمى، من عنفات الرياح مزودة بثلاث شفرات متساوية بالأبعاد والشكل و تتمتع بانسيابية هوائية عالية بحيث تدور بتأثير سرعة الرياح. إن مهمة شفرات العنفة هي تسخير الطاقة الحركية التي تحملها الرياح لتدوير محور الدوران للسرعة المنخفضة المتصل مع الشفرات عن طريق مركز الدوار.
-
محور دوران السرعة المنخفضة – Low Speed Shaft: يرتبط مع الشفرات عن طريق مركز الدوار و يدور بسرعة الشفرات نفسها ومهمته نقل الحركة إلى علبة السرعة التي تدور بدورانه.
3. علبة السرعة Gear Box: تتألف علبة السرعة من مجموعة مسننات متراكبة مع بعضها البعض وتكون المسننات الكبيرة من جهة محور دوران السرعة المنخفضة بينما المسننات الصغيرة تكون من جهة محور دوران السرعة العالية بهدف نقل الحركة ورفع السرعة بحيث تكون مناسبة لسرعة دوران المولد الكهربائي.
4.مولد الحث ذو التغذية المزدوجة DFIG: مولد حثي يعمل على توليد الكهرباء من خلال ملفات الجزء الثابت (Stator) و يكون الربط مباشر على الشبكة الكهربائية يتخلل ذلك محول كهربائي لتتناسب مع جهد الشبكة. يولد ما نسبة 70% من قدرة المولد الفعلية. اما بالنسبة الجزء الدوّار (Rotor) يعمل في البداية على حقن تيار لحدوث عملية الإثارة (Excitation) وبعد يكون توليد الكهرباء بعد بلوغ سرعة الدوران (N) اعلى من السرعة التزامنية للمولد (Ns). و يولد ما نسبة 30% من قدرة المولد الفعلية. يتم التحكم في السرعة المتزامنة للمحرك الحثي عن طريق تغيير تردد الجزء الثابت لأنه يدور بشكل متزامن مع دوران الحقل المغناطيسي عند تردد مصدر الطاقة. العلاقة التالية تمثل القانون الذي يوضح الربط بين السرعة المتزامنة Ns وتردد الجزء الثابت Fs و عدد الاقطاب P :
Ns=(120 Χ Fs)/P
5. محول جهة العضو الدوّار (RSC (Rotor Side Converter ومحول جهة الشبكة (GSC (Grid Side Converter: وهي محولات ثنائية الإتجاه، أي أنهما يحولان من تيار مستمر إلى متردد (Inverter) و من تيار متردد الى مستمر (Rectifier) وذلك حسب إتجاه تدفق الطاقة، ويحتوي كل منهما على ٦ ترانزستورات من نوع IGBTs. ولذلك لضمان ثبات و استقرارية التردد حسب الشبكة الكهربائية (Frequency).
6. يعد محول رفع الجهد Transformer أحد الأجهزة الكهربائية الهامة والأساسية في العديد من التطبيقات الكهربائية، حيث يتم استخدامه لرفع مستوى الجهد الكهربائي من مستوى منخفض إلى مستوى عالي في دوائر الطاقة الكهربائية. يتكون المحول من لفات عازلة ملفوفة حول قالب حديدي، ويتم توصيل مصدر الجهد الكهربائي المنخفض (Primary) باللفة الأولى، في حين يتم توصيل الحمل أو الأحمال الكهربائية على اللفة الثانية (Secondary). ويتم رفع الجهد الكهربائي من المستوى المنخفض إلى المستوى العالي عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية من اللفة الأولى إلى اللفة الثانية بواسطة التحويل الكهرومغناطيسي.
المراجع
