Jak probíhá proces výroby elektřiny z větru?

Proces výroby elektrické energie z větru zahrnuje především následující kroky

Základní principy využití větrné energie

Převod větrné energie na mechanickou energii

Výroba elektrické energie z větru využívá kinetickou energii větru k pohybu lopatek větrného turbíny. Když větr se prohání lopatkami větrného turbínu, speciální tvar a úhel lopatek převede kinetickou energii větru na rotující mechanickou energii lopatek.

Například u běžné třílopatkové větrné turbíny je design lopatky podobný konstrukci křídla letadla. Když větr projde lopatkou, různé rychlosti proudění vzduchu na horní a spodní straně lopatky způsobí vznik vztlaku a odporu, a vztlaková síla pohne lopatkou k otáčení.

Převod mechanické energie na elektrickou energii

Otočení lopatek je přenášeno do generátoru prostřednictvím hřídele spojené s centrálním uzlem. Rotor uvnitř generátoru řezá linie magnetických sil v rotujícím magnetickém poli, což vytváří indukovanou elektromotorickou sílu, která převede mechanickou energii na elektrickou energii.

Například v synchronním generátoru rotor obvykle tvoří permanentní magnet nebo vzrušovací cívek, které vytvářejí střídavou elektromotorickou sílu ve statorové cívek při otáčení rotoru. Přes transformátor je výstupní napětí generátoru zvýšeno na napěťovou úroveň vhodnou pro distribuci do sítě, a poté je elektrická energie převedena do sítě.

Složení větrné energetické soustavy

Sada větrné turbíny

Zahrnuje větrák (lopatky, centrální uzel a systém proměnných lopatek), hřídel, převodovku (některé přímě poháněné větrné turbíny nemají převodovku), generátor, systém otočení, brzdný systém a řídicí systém.

Větrná turbína je klíčovou komponentou pro zachycení větrné energie, a tvar a délka lopatek určuje efektivitu zachycení větrné energie. Převodovka slouží k převodu nízké rychlosti větrné turbíny na vysokou rychlost požadovanou generátorem. Systém otočení umožňuje větrné turbíně být vždy zarovnaná s směrem větru, aby bylo maximalizováno zachycení větrné energie. Brzdný systém slouží k zastavení provozu větrné turbíny v nouzových situacích. Řídicí systém je odpovědný za monitorování a řízení různých komponent větrné turbíny, aby byl zajistěn bezpečný a stabilní provoz.

Věž

Slouží k podpoře větrných turbín, aby mohly zachytit více větrné energie na dostatečné výšce. Výška věže je obvykle určena podle místních větrných zdrojů a topografických podmínek.

Například v rovinatých a otevřených oblastech mohou být věže relativně vysoké pro silnější rychlosti větru; v horských oblastech nebo oblastech s komplikovanou terénem může být výška věže omezena.

Systém přenosu a distribuce energie

Zahrnuje transformátory, přepínače, kabely atd., které jsou použity k zvýšení napětí elektrické energie vyprodukované větrnou turbínou a jejímu přenosu do sítě.

Transformátory zvyšují nižší výstupní napětí z generátoru na napěťovou úroveň vhodnou pro přenos do sítě, přepínače slouží k řízení přenosu a distribuce elektrické energie, a kabely jsou zodpovědné za přenos elektrické energie z větrné turbíny k transformátoru a do sítě.

Způsoby využití větrné energie jako obnovitelného zdroje energie

Integrace do sítě

Nejčastějším způsobem využití větrné energie je její integrace do sítě, aby poskytovala čistou a obnovitelnou energii elektrickému systému. Když je elektrická energie vyprodukovaná větrnou turbínou zvýšena přenosovým a transformačním systémem, je převedena klientovi prostřednictvím sítě.

Elektrická síť může integrovat a nasazovat výrobní zdroje energie z různých oblastí a různých typů, aby splnila požadavky uživatelů. Jako nestabilní zdroj energie potřebuje větrná energie být kombinována s jinými stabilními metodami výroby energie (např. tepelná výroba, hydroenergetika atd.) k zajištění stabilního chodu sítě.

Například v oblastech bohatých na větrné zdroje lze postavit velké větrné farmy, které integrují větrnou energii do sítě a poskytují elektrickou energii okolnímu regionu a dokonce i celé zemi.

Distribuovaná výroba

Kromě integrace do velkých elektrických sítí lze větrnou energii také využít v distribuovaných výrobních systémech. Distribuovaná větrná energie je obvykle instalována blízko uživatelů, jako jsou továrny, školy, komunity atd., aby poskytovala uživatelům samostatný zdroj energie nebo jako záložní zdroj energie.

Distribuované systémy výroby větrné energie mohou snížit ztráty elektrické energie při přenosu a zlepšit efektivitu využití energie. Současně mohou zvýšit spolehlivost a stabilitu elektrického systému a snížit závislost na centralizované síti.

Například v některých vzdálených oblastech nebo na ostrovech lze instalovat malé větrné turbíny, aby poskytovaly elektrickou energii místním obyvatelům a řešily problém s nedostatkem nebo absencí elektrické energie.

Integrace technologií uchovávání energie

Vzhledem k nestabilitě výroby větrné energie lze pro lepší využití větrných zdrojů kombinovat výrobu větrné energie s technologiemi uchovávání energie. Systémy uchovávání energie mohou ukládat nadbytečnou elektrickou energii, když je výkon větrné energie vysoký, a uvolňovat elektrickou energii, když je výkon větrné energie nízký nebo není žádná větrná energie, aby splnily potřebu uživatelů v elektrické energii.

Běžné technologie uchovávání energie zahrnují akumulátory, pumpované skladování, komprimované vzduchové uchovávání energie atd. Například systémy akumulátorů mohou rychle reagovat na změny v produkci větrné energie, ukládat a uvolňovat elektrickou energii; pumpované skladovací elektrárny mohou využívat nadbytečnou elektrickou energii z větrné energie k pumpování vody do výšek a jejímu uchování, uvolňují ji k výrobě elektrické energie, když je to potřeba.

Systém s více doplňkovými zdroji energie

Větrná energie může být kombinována s jinými obnovitelnými zdroji energie (např. solární energie, vodní energie atd.) a tradičními zdroji energie (např. výroba energie z přírodního plynu atd.) k vytvoření systému s více doplňkovými zdroji energie, aby bylo dosaženo efektivního využití energie a stabilního dodávání.

Systém s více doplňkovými zdroji energie může plně využít výhody různých zdrojů energie a nahradit nedostatky jednotlivých zdrojů. Například výroba energie z solární energie a větrné energie má určitou míru doplňkovosti v čase, solární energie je dostačující během dne, a v noci může být větr silnější, a stabilní dodávání energie po celý den lze dosáhnout prostřednictvím vhodné konfigurace a plánování. Současně mohou tradiční zdroje energie sloužit jako záložní zdroje energie, aby poskytovaly podporu při nedostatku obnovitelných zdrojů energie.