Lees onderstaand artikel:
Het 99 m lange multipurpose vessel Ndurance van Boskalis rolt de kabel uit naar het windpark, dat zich 23 km van de kust bevindt. Daarbij rijdt een robotwagen op de zeebodem mee, die de kabel begraaft. Het windpark wordt aangesloten op een TenneT-station in Sassenheim. Begin volgend jaar worden de windmolens op de 44 funderingspalen geplaatst, die momenteel geïnstalleerd worden.
Bron: Technisch Weekblad, 27 oktober 2014
Op de website van Eneco is meer informatie te vinden. De opgewekte elektriciteit in de windturbine wordt door een transformator getransformeerd tot een spanning van 33,0 kV. Een windturbine werkt als een dynamo en wekt dus wisselspanning op.
a) Leg uit waarom een transformator alleen werkt bij wisselspanning.
Het hoogspanningsstation op zee transformeert de opgewekte elektriciteit vervolgens tot 150 kV.
b) Bereken de windingverhouding van de transformatoren die hiervoor gebruikt worden.
c) Leg uit waarom er bij elektriciteitstransport gebruik gemaakt wordt van hoogspanning.
Via een 25 kilometer lange kabel wordt de opgewekte elektriciteit vervolgens getransporteerd naar het land. Deze kabel bevat aluminium geleiders met een doorsnede van 630 mm². De zeekabel wordt vervolgens via een 7,8 km lange kabel verbonden met het hoogspanningsnet. Deze kabel heeft een doorsnede van 1000 mm².
d) Bereken de totale weerstand van de zee- en landkabel.
Het vermogen dat door de windturbines opgewekt wordt is 129 MW.
e) Bereken het rendement van het energietransport.
Uitwerking vraag (a)
Een transformator bevat 2 spoelen, die beide over een weekijzeren kern gewikkeld zijn. Als er spanning over de eerste, primaire, spoel gezet wordt, gaat er een stroom door de spoel lopen. Hierdoor wordt de spoel magnetisch. Het magnetisch veld wordt via de weekijzeren kern doorgegeven. Hierdoor ontstaat er een magnetische flux in spoel 2.
Er ontstaat in spoel 2 een inductiespanning als de flux verandert. Bij een gelijkspanning zal de flux toenemen en vervolgens constant blijven. Bij een wisselspanning zal de flux continu veranderen. Hierdoor blijft er ook continu een inductiespanning ontstaan.
Uitwerking vraag (b)
$\frac{N_p}{N_s}=\frac{U_p}{U_s}=\frac{33\cdot 10^3}{150\cdot 10^3}=0,220$
De windingverhouding is dus 1:0,220
Uitwerking vraag (c)
1. Voor het vermogen dat in een kabel verloren gaat geldt: $P=I^2\cdot R$ . Om het verlies zo klein mogelijk te maken, moet de stroomsterkte dus zo klein mogelijk zijn. Dit kan je bereiken door de spanning zo groot mogelijk te maken.
Uitwerking vraag (d)
De soortelijke weerstand van aluminium is 27 * 10-9 Ωm . De kabel heeft minstens 2 aders. Er geldt dus Rtot = 2 * Rkabel. Eén kabel bestaat uit 2 delen in serie, dus: Rkabel = Rzee + Rland . Dit geeft:
$\displaylines{\begin{aligned}\\ R_{tot} &= 2\left(R_{zee}+R_{land} \right ) &= 2\rho\left(\frac{l_{zee}}{A{zee}}+\frac{l_{land}}{A_{land}} \right ) \\ R_{tot} &= 2 \cdot 27\cdot 10^{-9}\left(\frac{25\cdot 10^3}{630\cdot 10^{-6}} +\frac{7,8\cdot 10^3}{1000\cdot 10^{-6}}\right ) \\ R_{tot} &= 2,564 &= 2,6~\Omega\end{aligned}}$
Uitwerking vraag (e)
Voor de stroomsterkte in de kabels geldt:
$I=\frac{P}{U}=\frac{129\cdot 10^6}{150000}=8,6\cdot 10^2~\mathrm{A}$
Het vermogen dat verloren gaat in de kabel is dan:
$P=I^2\cdot R=(8,6\cdot 10^2)^2\cdot 2,564=1,896\cdot 10^6~\mathrm{W}$
Het rendement is:
$\displaylines{\begin{aligned}\\ \eta=\frac{P_{nuttig}}{P_{totaal}}\cdot 100\% \\ \eta &= \frac{126\cdot 10^6-1,896\cdot 10^6}{126\cdot 10^6}\cdot 100 \% \\ \eta &= 98,49 &= 98 \%\end{aligned}}$
