Η διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο περιλαμβάνει κυρίως τα ακόλουθα βήματα
Οι βασικές αρχές της αιολικής ενέργειας
Η ενεργεία του ανέμου μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια
Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο χρησιμοποιεί τη κινητική ενέργεια του ανέμου για να ωθήσει τις πτέρυγες ενός ανεμογεννήτρια να περιστρέψουν. Όταν ο άνεμος διασχίζει τις πτέρυγες ενός ανεμογεννήτρια, η ειδική μορφή και γωνία των πτερύγων μετατρέπει την κινητική ενέργεια του ανέμου σε περιστρεφόμενη μηχανική ενέργεια των πτερύγων.
Για παράδειγμα, οι κοινές τριπτέρες ανεμογεννήτριες, η σχεδίαση των πτερύγων είναι παρόμοια με εκείνη ενός φτερού αεροπλάνου, όταν ο άνεμος διασχίζει την πτέρυγα, λόγω των διαφορετικών ταχυτήτων ροής αέρα στις πάνω και κάτω επιφάνειες της πτέρυγας, θα παράγεται άνωση και αντίσταση, και η δύναμη άνωσης θα ωθήσει την πτέρυγα να περιστραφεί.
Η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια
Η περιστροφή των πτερύγων μεταδίδεται στον γεννήτρια μέσω ενός σπίνδλ που είναι ενσωματωμένος στον ξενοδοχείο. Ένας ρότορας μέσα στον γεννήτρια κόβει τις γραμμές μαγνητικής δύναμης σε έναν περιστρεφόμενο μαγνητικό περιβάλλον, δημιουργώντας μια επεικόνιση ηλεκτροκινητικής δύναμης που μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.
Για παράδειγμα, σε έναν συγχρονισμένο γεννήτρια, ο ρότορας συνήθως αποτελείται από μόνιμο μαγνήτη ή ενεργοποιημένη πλεξίδα που δημιουργεί εναλλακτική ηλεκτροκινητική δύναμη στην πλεξίδα του στάτορα καθώς περιστρέφεται ο ρότορας. Μέσω του μετατροπέα, το εξαγόμενο τάση του γεννήτρια αυξάνεται στο επίπεδο τάσης που είναι κατάλληλο για τη μεταφορά στο δίκτυο, και στη συνέχεια η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται στο δίκτυο.
Σύνθεση του συστήματος αιολικής ενέργειας
Σύνολο ανεμογεννήτρια
Περιλαμβάνει ανεμομηχανή (πτέρυγες, ξενοδοχείο και σύστημα μεταβαλλόμενων πτερύγων), σπίνδλ, γεωμετρικό κιβώτιο (μερικά ανεμογεννήτριες άμεσης οδήγησης δεν έχουν γεωμετρικό κιβώτιο), γεννήτρια, σύστημα κατακόρυφης στροφής, σύστημα φρένας και σύστημα ελέγχου.
Η ανεμογεννήτρια είναι ένα βασικό στοιχείο για τη σύλληψη της ενέργειας του ανέμου, και η μορφή και το μήκος των πτερύγων καθορίζουν την αποτελεσματικότητα σύλληψης της ενέργειας του ανέμου. Το γεωμετρικό κιβώτιο χρησιμοποιείται για να μετατρέψει τη χαμηλή ταχύτητα της ανεμογεννήτριας στη υψηλή ταχύτητα που απαιτείται από τον γεννήτρια. Το σύστημα κατακόρυφης στροφής επιτρέπει στην ανεμογεννήτρια να στοχεύει πάντα προς την κατεύθυνση του ανέμου για να επιτευχθεί η μέγιστη σύλληψη της ενέργειας του ανέμου. Το σύστημα φρένας χρησιμοποιείται για να σταματήσει τη λειτουργία της ανεμογεννήτριας σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Το σύστημα ελέγχου είναι υπεύθυνο για την παρακολούθηση και τον έλεγχο των διαφόρων συστατικών της ανεμογεννήτριας, ώστε να εξασφαλίζεται η ασφαλής και σταθερή λειτουργία της.
Πύργος
Χρησιμοποιείται για να υποστηρίζει τις ανεμογεννήτριες, ώστε να μπορούν να συλλέγουν περισσότερη ενέργεια από τον άνεμο σε αρκετά ύψη. Το ύψος του πύργου συνήθως καθορίζεται σύμφωνα με τους τοπικούς πόρους ανέμου και τις ορογραφικές συνθήκες.
Για παράδειγμα, σε επίπεδες, ανοιχτές περιοχές, οι πύργοι μπορούν να είναι σχετικά υψηλοί για ισχυρότερες ταχύτητες ανέμου· σε ορεινές περιοχές ή περιοχές με πολύπλοκη ορογραφία, το ύψος του πύργου μπορεί να είναι περιορισμένο.
Σύστημα μεταφοράς και διανομής ενέργειας
Περιλαμβάνει μετατροπείς, στρογγυλούς ανακατευθυντές, καλώδια κλπ., που χρησιμοποιούνται για να αυξήσουν την τάση της ηλεκτρικής ενέργειας που εκπέμπεται από την ανεμογεννήτρια και να τη μεταφέρουν στο δίκτυο.
Οι μετατροπείς αυξάνουν τη χαμηλή τάση εξαγωγής από τον γεννήτρια σε επίπεδο τάσης που είναι κατάλληλο για τη μεταφορά στο δίκτυο, οι στρογγυλοί ανακατευθυντές χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας, και τα καλώδια είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας από την ανεμογεννήτρια στον μετατροπέα και το δίκτυο.
Μια μέθοδος χρήσης της αιολικής ενέργειας ως ανανεώσιμης πηγής ενέργειας
Ενσωμάτωση στο δίκτυο
Η πιο κοινή χρήση της αιολικής ενέργειας είναι η ενσωμάτωσή της στο δίκτυο για να παρέχει καθαρή, ανανεώσιμη ενέργεια στο σύστημα ενέργειας. Όταν η ηλεκτρική ενέργεια που εκπέμπεται από την ανεμογεννήτρια αυξάνεται από το σύστημα μεταφοράς και μετατροπής, στέλνεται στον πελάτη μέσω του δικτύου.
Το ηλεκτρικό δίκτυο μπορεί να ενσωματώσει και να διατάξει τους πόρους παραγωγής ενέργειας από διαφορετικές περιοχές και τύπους, προκειμένου να καλύψει τη ζήτηση των χρηστών. Ως άστατη πηγή ενέργειας, η αιολική ενέργεια πρέπει να συνδυαστεί με άλλες σταθερές μεθόδους παραγωγής ενέργειας (όπως η παραγωγή ενέργειας από θερμοηλεκτρικά, υδροηλεκτρικά κλπ.) για να εξασφαλίσει τη σταθερή λειτουργία του δικτύου.
Για παράδειγμα, σε περιοχές πλούσιες σε αιολικούς πόρους, μπορούν να κατασκευαστούν μεγάλες αιολικές φάρμες για να ενσωματωθεί η αιολική ενέργεια στο δίκτυο, παρέχοντας ηλεκτρική ενέργεια για την περιοχή και ακόμη και για ολόκληρη τη χώρα.
Κατανεμημένη παραγωγή
Εκτός από την ενσωμάτωση σε μεγάλα ηλεκτρικά δίκτυα, η αιολική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε συστήματα κατανεμημένης παραγωγής. Η κατανεμημένη αιολική ενέργεια συνήθως εγκαθίσταται κοντά στους χρήστες, όπως εργοστάσια, σχολεία, κοινότητες κλπ., για να παρέχει μεμονωμένη ενέργεια στους χρήστες ή ως πηγή εφεδρικής ενέργειας.
Το σύστημα κατανεμημένης παραγωγής αιολικής ενέργειας μπορεί να μειώσει την απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη μεταφορά και να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα χρήσης της ενέργειας. Παράλληλα, μπορεί να ενισχύσει την αξιοπιστία και τη σταθερότητα του συστήματος ενέργειας και να μειώσει την εξάρτηση από ένα κεντρικό δίκτυο.
Για παράδειγμα, κάποιες απομακρυσμένες περιοχές ή νησιά μπορούν να εγκαταστήσουν μικρές ανεμογεννήτριες για να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια στους τοπικούς κατοίκους και να λύσουν το πρόβλημα της έλλειψης ηλεκτρικής ενέργειας.
Ενσωμάτωση τεχνολογίας αποθήκευσης ενέργειας
Λόγω της αστάθειας της παραγωγής αιολικής ενέργειας, για να χρησιμοποιηθούν καλύτερα οι αιολικοί πόροι, η παραγωγή αιολικής ενέργειας μπορεί να συνδυαστεί με τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας. Το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να αποθηκεύει περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια όταν η αιολική ενέργεια είναι υψηλή, και να αποδίδει ηλεκτρική ενέργεια όταν η αιολική ενέργεια είναι χαμηλή ή άνευ ανέμου, για να καλύψει τις ανάγκες ηλεκτρικής ενέργειας των χρηστών.
Κοινές τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας περιλαμβάνουν την αποθήκευση ενέργειας με βαταρίες, την αποθήκευση ενέργειας με ανακύκλωση νερού, την αποθήκευση ενέργειας με συμπιεσμένο αέρα κλπ. Για παράδειγμα, τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας με βαταρίες μπορούν να ανταποκρίνονται γρήγορα σε αλλαγές της παραγωγής αιολικής ενέργειας, αποθηκεύοντας και αποδίδοντας ηλεκτρική ενέργεια· οι εγκαταστάσεις ανακύκλωσης νερού μπορούν να χρησιμοποιήσουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από την αιολική ενέργεια για να ανακύκλωσουν νερό σε υψηλό ύψος και να το αποθηκεύσουν, αποδίδοντάς το για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν χρειάζεται.
