Tuulivoiman tuotannon prosessi sisältää pääasiassa seuraavat vaiheet
Tuulivoiman periaatteet
Tuulienergia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi
Tuulivoiman tuotannossa käytetään tuulen kineettistä energiaa painamaan tuuliturbiinin siiven pyörimiseen. Kun tuuli menee läpi tuuliturbiinin siivet, niiden erityinen muoto ja kulma muuntavat tuulen kineettisen energian siivien pyörimiseen liittyväksi mekaaniseksi energiaksi.
Esimerkiksi yleisessä kolmisivuisessa tuuliturbiinissa siiven suunnitelma on samankaltainen lentokoneen siiven kanssa. Kun tuuli menee läpi siiven, eri nopeudet siiven ylä- ja alapuolella aiheuttavat nostovirtauksen ja vastustuksen, ja nostovaikutus painaa siivettä pyörimään.
Mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi
Siivien pyöriminen välitetään generaattoriin navalla, joka on kiinnitetty huubin ympärille. Generaattorin sisällä oleva rotor leikkaa magneettikentän magneettiviivoja pyörimällä, mikä luo induktoidun sähkömotoritukivoiman, joka muuttaa mekaanista energiaa sähköenergiaksi.
Esimerkiksi synkronisessa generaattorissa rotori koostuu yleensä pysyvistä magneeteista tai virityskierroksista, jotka luovat vaihtosähkömotoritukivoiman statorikierrossa rotoressa pyörimisen myötä. Muuntimella nostetaan generaattorin ulostulojännite tasolle, joka sopii verkon siirtoon, ja sitten sähköenergia siirretään verkkoon.
Tuulivoimajärjestelmän rakenne
Tuuliturbiinin kokoonpano
Sisältää tuuliroton (siivet, huubi ja muuttuva propellersysteemi), napa, vaihteisto (joissakin suoraan ajettavissa tuuliturbiineissa ei ole vaihteistoa), generaattori, yaw-järjestelmä, jarrutusjärjestelmä ja ohjausjärjestelmä.
Tuuliturbiini on avainkomponentti tuulienergian kaappailussa, ja siiven muoto ja pituus määräävät tuuliturbiinin tuulienergian kaappauskyvyn. Vaihteisto käytetään muuntaakseen tuuliturbiinin matalaa nopeutta generaattorin vaatimaan korkeampaan nopeuteen. Yaw-järjestelmä mahdollistaa tuuliturbiinin aina tuulen suuntaan tarkoituksena maksimoida tuulienergian kaappaus. Jarrutusjärjestelmä käytetään turvallisuuden varmistamiseen estämään tuuliturbiinin toiminta hätätilanteissa. Ohjausjärjestelmä on vastuussa monien tuuliturbiinin komponenttien valvonnasta ja hallinnasta sen varmistamiseksi, että se toimii turvallisesti ja vakaudessa.
Torni
Se käytetään tuuliturbiinien tukemiseen, jotta ne voivat kaappaa enemmän tuulienergiaa riittävässä korkeudessa. Tornin korkeus määräytyy yleensä paikallisten tuulivarantojen ja maastollisten olosuhteiden mukaan.
Esimerkiksi tasaisilla, avoimilla alueilla tornit voivat olla suhteellisen korkeita vahvemman tuulen saamiseksi; vuoristossa tai monimutkaisilla maastoalueilla tornin korkeus saattaa olla rajoitettu.
Sähköntuotannon ja -jakelun järjestelmä
Sisältää muuntimet, kytkentälaitteet, kaapelit jne., joita käytetään nostamaan tuuliturbiinilta syöttävän sähkön jännitettä ja toimittamaan se verkkoon.
Muuntimet nostavat generaatiorin matalampaa jännitettä tasolle, joka on sopiva verkon siirtoon, kytkentälaitteet käytetään sähköenergian siirron ja jakelun hallintaan, ja kaapelit ovat vastuussa sähköenergian siirtämisestä tuuliturbiinista muuntimiin ja verkkoon.
Tapana käyttää tuulivoimaa uusiutuvana energialähteenä
Integrointi verkkoon
Yleisin tapa käyttää tuulivoimaa on sen integrointi verkkoon tarjotakseen puhtaa, uusiutuvaa energiaa sähköjärjestelmälle. Kun tuuliturbiinilta syötetty sähköenergia nostetaan siirto- ja muuntosysteemin avulla, se lähetetään asiakkaille verkon kautta.
Sähköverkko voi integroida ja käyttää eri alueiden ja eri tyypin sähköntuotantoresursseja käyttäjien tarpeiden täyttämiseksi. Epävakana energianlähteenä tuulivoima on yhdistettävä muihin vakaimpiin sähköntuotantomuotoihin (kuten lämmöntuotantoon, vesivoimaan jne.) varmistaakseen verkon vakavan toiminnan.
Esimerkiksi tuulivoimavarantojen runsailla alueilla voidaan rakentaa suuria tuulipuistoja integroidakseen tuulivoiman verkkoon tarjotakseen sähköä ympäröivälle alueelle ja jopa koko maalle.
Hajautettu tuotanto
Lisäksi integrointiin suuriin sähköverkkoihin tuulivoimaa voidaan käyttää hajautetuissa tuotantojärjestelmissä. Hajautettua tuulivoimaa asennetaan yleensä käyttäjien lähelle, kuten tehtaissa, kouluissa, yhteisöissä jne., tarjotakseen käyttäjille itsenäisen sähkövarannon tai varautumiskapasiteetin.
Hajautettu tuulivoiman tuotantojärjestelmä voi vähentää sähkön siirtotappioita ja parantaa energian käyttöasteen tehokkuutta. Samalla se voi parantaa sähköjärjestelmän luotettavuutta ja vakautta sekä vähentää keskitetyn sähköverkon riippuvuutta.
Esimerkiksi joissakin syrjäisillä alueilla tai saarilla voidaan asentaa pieniä tuuliturbiineja tarjotakseen sähköä paikallisille asukkaille ja ratkaistakseen sähkön puutteen tai sähkön riittämättömyyden ongelman.
Energian varastointitekniikan integrointi
Tuulivoiman tuotannon epävakauden vuoksi tuulivoiman tuotantoa voidaan yhdistää energian varastointitekniikkaan. Energian varastointijärjestelmä voi varastoida ylijäämäsähköä, kun tuulivoima on suuri, ja vapauttaa sähköä, kun tuulivoima on pieni tai ei ole lainkaan, käyttäjien sähkötarpeiden tyydyttämiseksi.
Yleisiä energian varastointitekniikoita ovat akkujen varastointi, pompuriverho, ilman puristaminen jne. Esimerkiksi akkujen varastointijärjestelmät voivat nopeasti reagoida tuulivoiman tuotannon muutoksiin, varastoimalla ja vapauttamalla sähköä; pompuriverhot voivat käyttää tuulivoimalta saatua ylijäämäsähköä vedyn pumpaamiseen korkealle ja sen varastointiin, vapauttaen sitä sähköntuotantoon tarvittaessa.
Monipuolinen energiamonikulmi
Tuulivoimaa voidaan yhdistää muihin uusiutuviin energialähteisiin (kuten aurinkovoimaan, vesivoimaan jne.) ja perinteisiin energialähteisiin (kuten maakaasun polttamiseen jne.) muodostaakseen monipuolisen energiamonikulmion, jolla voidaan saavuttaa energian tehokas käyttö ja vakaus.
Monipuolinen energiamonikulmi voi hyödyntää eri energialähteiden etuja ja korvata yksittäisten energialähteiden puutteet. Esimerkiksi aurinkovoiman tuotanto ja tuulivoiman tuotanto ovat ajoittain täydentäviä, aurinko on riittävä päivisin, ja tuuli voi olla suurempi yöllä, ja vakaa kaikki-aikainen sähköntarve voidaan saavuttaa asianmukaisella konfiguroinnilla ja aikatauluilla. Samalla perinteiset energialähteet voidaan käyttää varautumiskapasiteettina tarjotakseen sähköä, kun uusiutuvia energialähteitä ei ole riittävästi.
