Какъв е процесът на производство на вятърна енергия?

Процесът на генериране на вятърна енергия включва основно следните стъпки

Основни принципи на вятърната енергия

Вятърната енергия се преобразува в механична енергия

Генерирането на вятърна енергия използва кинетичната енергия на вятъра, за да подкани лопастите на вятърна турбина да се завъртат. Когато вятърът преминава през лопастите на вятърна турбина, специалната форма и ъгъл на лопастите преобразуват кинетичната енергия на вятъра в завъртащата се механична енергия на лопастите.

Например, обикновената трилопастна вятърна турбина, дизайнът на лопастите е подобен на този на крилото на самолет, когато вятърът преминава през лопастите, поради различните скорости на въздушния поток отгоре и отдолу на лопастите, се генерира лифтова сила и съпротива, а лифтовата сила подканва лопастите да се завъртат.

Механичната енергия се преобразува в електрическа енергия

Завъртането на лопастите се предава до генератора чрез възел, прикрепен към хуба. Ротор в генератора разрязва линии на магнитна сила в завъртащо се магнитно поле, създавайки индуцирана електромотивна сила, която преобразува механичната енергия в електрическа енергия.

Например, в синхронен генератор, роторът обикновено се състои от постоянен магнит или възбудителна намотка, която създава алтернативна електромотивна сила в статорната намотка, докато роторът се завърта. Чрез трансформатора, изходното напрежение на генератора се повишава до напрежението, подходящо за мрежовата передача, и след това електрическата енергия се предава към мрежата.

Състав на вятърната енергийна система

Набор от вятърни турбини

Включва вятърно колело (лопаст, хуба и системата за променливи лопасти), възел, скоростна кутия (някои директно управляеми вятърни турбини нямат скоростна кутия), генератор, система за ориентиране, спирачна система и контролна система.

Вятърната турбина е ключов компонент за улавяне на вятърната енергия, а формата и дължината на лопастите определят ефективността на улавянето на вятърната енергия. Скоростната кутия се използва за преобразуване на ниската скорост на вятърната турбина високата скорост, необходима за генератора. Системата за ориентиране позволява на вятърната турбина винаги да бъде насочена към посоката на вятъра, за да се максимизира улавянето на вятърната енергия. Спирачната система се използва, за да спре работата на вятърната турбина в случай на извънредна ситуация. Контролната система е отговорна за мониторинга и управлението на различните компоненти на вятърната турбина, за да се осигури безопасна и стабилна работа.

Пилона

Използва се за поддържане на вятърните турбини, така че те да могат да улавят повече вятърна енергия на достатъчна височина. Височината на пилона обикновено се определя въз основа на местните вятърни ресурси и топографски условия.

Например, в равнинни, отворени райони, пилоните могат да бъдат относително високи за по-силни вятърни скорости; в планински райони или райони със сложен терен, височината на пилона може да бъде ограничена.

Система за предаване и разпределение на енергията

Включва трансформатори, комутационни устройства, кабели и други, използвани за повишаване на напрежението на електричеството, излъчено от вятърната турбина, и неговото предаване към мрежата.

Трансформаторите повишават по-ниското изходно напрежение от генератора до напрежение, подходящо за мрежовата передача, комутационните устройства се използват за контрол на предаването и разпределението на електрическата енергия, а кабелите са отговорни за пренасянето на електрическата енергия от вятърната турбина до трансформатора и мрежата.

Начин за използване на вятърната енергия като возобновяем източник на енергия

Интеграция в мрежата

Най-общиото използване на вятърната енергия е нейното включване в мрежата, за да предостави чиста, возобновяема енергия на електроенергийната система. Когато електрическата енергия, излъчена от вятърната турбина, е повишена от системата за предаване и трансформация, тя се изпраща към потребителите чрез мрежата.

Електроенергийната мрежа може да интегрира и разпределя генериращите ресурси от различни региони и видове, за да удовлетвори нуждите на потребителите. Като нестабилен източник на енергия, вятърната енергия трябва да се комбинира с други стабилни методи за производство на енергия (като термично производство, водно производство и др.), за да се осигури стабилната работа на мрежата.

Например, в райони, богати на вятърни ресурси, могат да се построят големи вятърни паркове, за да се интегрира вятърната енергия в мрежата, за да предостави електроенергия за околните райони и дори за цялата страна.

Разпределена генерация

Освен да бъде интегрирана в големи електроенергийни мрежи, вятърната енергия може да се използва и в системи за разпределена генерация. Разпределената вятърна енергия обикновено се инсталира близо до потребителите, като заводи, училища, общности и др., за да предостави на потребителите независимо захранване или като резервно захранване.

Системата за разпределена генерация на вятърна енергия може да намали загубите на електроенергия в процеса на предаване и да увеличи ефективността на използването на енергията. Едновременно с това, тя може да повиши надеждността и стабилността на електроенергийната система и да намали зависимостта от централизирана мрежа.

Например, някои отдалечени райони или острови могат да инсталират малки вятърни турбини, за да предоставят електроенергия на местните жители и да решат проблема с липса на електроенергия или недостиг на електроенергия.

Интеграция на технологията за съхранение на енергия

Учитывайки нестабилността на производството на вятърна енергия, за да се използват по-ефективно вятърните ресурси, производството на вятърна енергия може да се комбинира с технологията за съхранение на енергия. Системата за съхранение на енергия може да съхранява излишна електроенергия, когато вятърната енергия е висока, и да я излъчва, когато вятърната енергия е ниска или липсва, за да удовлетвори нуждите на потребителите от електроенергия.

Общи технологии за съхранение на енергия включват съхранение на енергия в батерии, насосно съхранение, съхранение на съседен въздух и др. Например, системите за съхранение на енергия в батерии могат бързо да реагират на промените в производството на вятърна енергия, съхранявайки и излъчвайки електроенергия; насосните станции могат да използват излишна електроенергия от вятърната енергия, за да качат вода нагоре и да я съхранят, излъчвайки я, за да произведат електроенергия, когато е необходимо.

Мултиенергийна допълваща система

Вятърната енергия може да се комбинира с други возобновяеми източници на енергия (като слънчева енергия, водна енергия и др.) и традиционни източници на енергия (като производство на енергия от природен газ и др.), за да се образува мултиенергийна допълваща система, за да се постигне ефективно използване на енергията и стабилно снабдяване.

Мултиенергийната допълваща система може да използва пълноценно преимуществата на различните източници на енергия и да попълни недостатъците на единичните източници на енергия. Например, производството на слънчева енергия и вятърна енергия имат известна степен на допълващост във времето, слънчевата енергия е достатъчна през деня, а вятърът може да бъде по-силен през нощта, и чрез разумна конфигурация и разписване може да се постигне стабилно всепогодно снабдяване с енергия. Едновременно, традиционните източници на енергия могат да се използват като резервни източници на енергия, за да предоставят поддръжка на енергията, когато возобновяемите източници на енергия са недостатъчни.