Tuulenergia tootmise protsess peamiselt sisaldab järgmisi etappe
Tuulenergia põhitõed
Tuulenergiat teisetakse mehaaniliseks energiaks
Tuulenergia tootmine kasutab tuule kinetilist energiat, et pöörata tuuliturbiini paleid. Kui tuul läbib tuuliturbiini paleid, siis paleide eriline kuju ja nurk teisendavad tuule kinetilist energiat paleide pöördlemise mehaaniliseks energiaks.
Näiteks tavalisel kolme-paleilisel tuuliturbinil on paleide disain sarnane lendava masina tiivaga, kui tuul läbib paleid, paljude ja alusega erinevad õhuvoolud tekitavad tõukejõu ja vastupanu, ning tõukejõud pööratab paleid.
Mehaanilist energiat teisetakse elektriliseks energiaks
Paleide pöördlemine edastatakse generaatorile hubiga ühendatud teljega. Generaatori sees olev rotor lõikab keerlevas magnetväljas magnetilisi joondusi, luues induktiivset elektromootorjõudu, mis teisendab mehaanilist energiat elektriliseks energiaks.
Näiteks sinkroongeneraatoris koosneb tavaliselt rotoor alalisest magneetist või jahutuskiertust, mis loob AC elektromootorjõudu statorikiertuses, kui rotor pöörleb. Tõstetud generaatori väljundvoolt tõstab transformaator sobiva voolt võrguülekandele, ja siis elekterjätkatakse võrgusse.
Tuulenergia süsteemi koostis
Tuuliturbiinikomplekt
See hõlmab tuuleroda (pale, roda-hub ja muutuv propellersüsteem), telg, käigukast (mõned otsejuhtimise tuuliturbiinid ei oma käigukasti), generaator, suunamissüsteem, pidurdamissüsteem ja juhtimissüsteem.
Tuuliturbiin on oluline komponent tuulenergia ümbritsemiseks, paleide kuju ja pikkus määravad tuuliturbiini tuulenergia ümbritsemise efektiivsust. Käigukast kasutatakse tuuliturbiini madala kiiruse teisendamiseks generaatori nõutavaks kõrgeks kiiruseks. Suunamissüsteem lubab tuuliturbiinile alati suunuda tuule suunas, et maksimeerida tuulenergia ümbritsemist. Pidurdamissüsteem kasutatakse tuuliturbiini töö lõpetamiseks hädaolukordades. Juhtimissüsteem vastutab tuuliturbiini erinevate osade jälgimise ja kontrollimise eest, et tagada selle ohutu ja stabiilne töö.
Püramoontorn
Seda kasutatakse tuuliturbiinite toetamiseks, et need saaksid ümbritsa tuulenergiat piisavalt kõrgeid kohas. Torntüübi kõrgus määratakse tavaliselt kohalike tuuleressursside ja maastikuolukordade järgi.
Näiteks tasastes, avatutes alades võib tornd olla suhteliselt kõrge tugevama tuule kiiruse huvides; mägipiirkondades või keerulistes maastikes võib torni kõrgus olla piiratud.
Elektri edastamise ja jagamise süsteem
See hõlmab transformaatoreid, lüliteid, kaabeid jne, mida kasutatakse tuuliturbiinilt välja saadetava elektri voolu tõstmiseks ja selle edastamiseks võrgusse.
Transformaatorid tõstavad generaatoriga välja saadetava madala voolu sobivale voolule võrguülekandele, lülited kasutatakse elektri edastamise ja jagamise kontrollimiseks, ja kaabeid kasutatakse elektri edastamiseks tuuliturbiinist transformaatori ja võrgusse.
Viis tuulenergia kasutamiseks taastuvenergiana
Võrgu integreerimine
Tuulenergia enim levinud kasutusviis on selle integreerimine võrgus, et pakkuda puhta, taastuvat energiat elektrivõrgule. Kui tuuliturbiinilt välja saadetav elekter tõstetakse edastamise ja transformatioonisüsteemi abil, siis see saadetakse klientidele võrgu kaudu.
Elektrivõrk saab integreerida ja rakendada erinevatest piirkondadest ja tüübidest pärit elektritootmist ressursse, et rahuldada kasutajate nõudlust. Kuna tuulenergia on ebastabiilne energiaallikas, peab seda kombinerima teiste stabiilsete elektritootmise meetoditega (nagu soojuseenergia, vesikiirgusenergia jne), et tagada võrgu stabiilne töö.
Näiteks tuulressurssidega rikkadel aladel saab ehitada suuri tuuliparkide, et integreerida tuulenergiat võrgusse, et tarbida elektri ümbruskonna ja isegi kogu riigi jaoks.
Jaotatud tootmine
Lisaks integreerimisele suurtes elektrivõrkudes saab tuulenergiat kasutada ka jaotatud tootmisüsteemides. Jaotatud tuulenergiat paigutatakse tavaliselt kasutajate lähedale, nagu tööstusettevõtted, koolid, kogukonnad jne, et pakkuda kasutajatele sõltumatut elektripaiku või varunduspaiku.
Jaotatud tuulenergia tootmisüsteem vähendab elektri edastamise protsessis tekkinud kaotusi ja suurendab energia kasutamise efektiivsust. Samas suurendab see elektrisüsteemi usaldusväärsust ja stabiilsust ning vähendab sõltuvust sentraalsest võrgust.
Näiteks mõned eemal asuvad piirkonnad või saared saavad paigutada väikeseid tuuliturbiine, et pakkuda elektri kohalikele elanikele ja lahendada probleeme, sealhulgas elektri puudumise või elektri puudujääki.
Energia salvestamise tehnoloogiate integreerimine
Kuna tuulenergia tootmine on ebastabiilne, siis paremaks tuulressursside kasutamiseks saab tuulenergia tootmise kombinereerida energia salvestamise tehnoloogiatega. Energia salvestussüsteem saab salvestada üleliigse elektri, kui tuulenergia on kõrge, ja väljastada elektri, kui tuulenergia on madal või puudub, et rahuldada kasutajate elektrinõudlust.
Levinud energia salvestamise tehnoloogiad hõlmavad akulaadimist, vedeliku pompimist, õhukompressiooni jne. Näiteks akulaadimissüsteemid saavad kiiresti reageerida tuulenergia tootmise muutustele, salvestades ja väljastades elektri; vedeliku pompimislaod saavad kasutada tuulenergiast saadud üleliigset elektri, et pommitada vett kõrgele ja salvestada seda, väljastades selle elektritootmiseks vajalikul ajal.
Mitmeenergia kompleementsüsteem
Tuulenergiat saab kombinereerida teiste taastuvate energiaallikatega (nagu päikeseenergia, vesikiirgusenergia jne) ja traditsiooniliste energiaallikatega (nagu maagasenergia jne), et luua mitmeenergia kompleementsüsteemi, et saavutada energia efektiivne kasutamine ja stabiilne tarnimine.
Mitmeenergia kompleementsüsteem saab täielikult välja tuua erinevate energiaallikate eeliseid ja kompenseerida ühe energiaallika puudusi. Näiteks päikeseenergia tootmine ja tuulenergia tootmine on aeglikult mõnevõrra komplementeerivad, päikene on päeval piisav, öösel võib tuul olla suurem, ja stabiilne kogu päeva energiatarbimine saab olema võimalik korraliku konfiguratsiooni ja planeerimise kaudu. Samas saavad traditsioonilised energiaallikad olla varundusenergiaallikad, et pakkuda toetust, kui taastuvaid energiaallikaid on puudulik.
