Diseño de un generador síncrono de imanes permanentes para un aerogenerador marino

Abstract

Este proyecto presenta un posible diseño para un generador síncrono de imanes permanentes de flujo radial de transmisión directa para un aerogenerador marino. Se quiere que pueda extraer una potencia nominal de 5MW y que sea capaz de generar un 10 % adicional, resultando en un generador de 5.5 MW. Los devanados del estator se conectarán en triángulo a pesar de no poder eliminar los armónicos de tercer orden, ya que resulta prioritario reducir la mayor cantidad de cobre posible al ser el devanado de doble capa. Se obtendrá un primer diseño que será optimizado para conseguir mejorar aspectos como la potencia extraída del viento, que a su vez viene acompañado de un aumento del factor de potencia y del rendimiento. Se reducirá la longitud de las ranuras para reducir la inductancia síncrona, parámetro que condiciona el comportamiento del generador. Se obtiene como presupuesto final del generador un coste de 725 473.59 € que representa un 16% del coste total de un aerogenerador completo (góndola, palas, torre, cimentaciones, etc.), si se toma el valor más reciente para estimar el coste de unos 800 mil € el MW. De esta manera, el aerogenerador diseñado costaría en torno a 4.52 millones de euros.

This project presents a possible design for a direct-drive radial flux permanent magnet synchronous generator for an offshore wind turbine. It is intended to be able to extract a nominal power of 5MW and to be able to generate an additional 10 %, resulting in a 5.5 MW generator. The stator windings will be connected in a delta connection despite not being able to eliminate third order harmonics, as it is a priority to reduce as much copper as possible as the winding is a double layer winding. A first design will be obtained which will be optimized to improve aspects such as the power extracted from the wind, which in turn is accompanied by an increase in the power factor and efficiency. The length of the slots will be reduced in order to reduce the synchronous inductance, a parameter that conditions the behaviour of the generator. The final budget for the generator is 725,473.59 €, which represents 16% of the total cost of a complete wind turbine (nacelle, blades, tower, foundations, etc.), if the most recent value is taken to estimate the cost of around 800,000 € per MW. Thus, the designed wind turbine would cost around €4.52 million.