Modellazione e analisi energetica di moltiplicatori per generatori eolici

After having analyzed the state-of-art of multimegawatt wind turbines and their gearboxes, a comparison of the energy efficiency of three different 5MW drive train has been developed. The first one is the traditionally used transmission with planetary and spur gears, the second is a differential gearbox with compound planetary gears, and the third is a mechanical-hydrostatic transmission. The traditional and the compound transmissions have a constant ratio and are linked to a doubly fed induction generator. The third drive train has variable transmission ratio and is connected to a synchronous generator. The peculiarities of all them are pointed out by an analytical approach, and the project of the mechanical components is realized with the calculation software KISSsoft and KISSsys. A model of the principal sources of loss in the transformation of wind energy in electricity, is developed. It includes losses of bearings, gears, generator and hydrostatic circuit. They are calculated considering the wind speed distribution of a real place where the turbine is supposed to be installed. The traditional drive train produces the highest amount of energy, but the hybrid transmission is in a close range. This suggests that the mechanical-hydrostatic drive train is suitable for a level of power higher than the currently available level.

Alla luce di un’indagine dello stato dell’arte degli aerogeneratori multimegawatt e dei moltiplicatori da essi usati, è stata condotta la comparazione energetica di tre trasmissioni per una turbina da 5MW. La prima è la configurazione tradizionale a planetario e rotismi ordinari, la seconda è costituita da planetari composti con differenziale, e la terza è mista meccanico-idrostatica. Le prime due hanno rapporto di trasmissione costante e sono collegate ad un generatore asincrono a doppia alimentazione, mentre la terza ha rapporto di trasmissione variabile e utilizza un generatore sincrono. Analizzate le peculiarità di ciascuna trasmissione, il dimensionamento è stato realizzato con i software di calcolo e di progettazione KISSsoft e KISSsys. È stato sviluppato un modello di calcolo delle principali fonti di perdita nella trasformazione dell’energia del vento in elettricità. Si valutano le perdite nei cuscinetti, negli ingranamenti, nel generatore elettrico e nell’impianto idrostatico in base alla ventosità del sito d’installazione del generatore. La trasmissione tradizionale ha la maggiore resa energetica, ma la differenza rispetto all’energia prodotta dalla configurazione mista è minima. Questo consente di affermare che il moltiplicatore meccanico-idrostatico è idoneo anche per un livello di potenza superiore a quello per cui è attualmente impiegato.