Proces proizvodnje električne energije iz vjetra uglavnom uključuje sljedeće korake
Osnovni principi vjetrovne energije
Vjetrovna energija pretvara se u mehaničku energiju
Proizvodnja električne energije iz vjetra koristi kinetičku energiju vjetra kako bi pokretale lopate vjetrogeneratore. Kada vjetar prođe kroz lopate vjetrogeneratore, posebna oblika i kut lopata pretvaraju kinetičku energiju vjetra u rotacijsku mehaničku energiju lopata.
Na primjer, za uobičajeni trolopasti vjetrogenerator, dizajn lopata sličan je dizajnu krila zrakoplova, kada vjetar prođe kroz lopatu, zbog različitih brzina strujanja zraka na gornjoj i donjoj strani lopate, generira se dizaljna sila i otpor, a dizaljna sila će gurnuti lopatu da rotira.
Mehanička energija pretvara se u električnu energiju
Rotacija lopata prenosi se generatoru putem spindla pričvršćenog na hub. Unutar generatora rotor reže linije magnetske sile u rotirajućem magnetskom polju, stvarajući inducirani elektromotorni napon koji pretvara mehaničku energiju u električnu energiju.
Na primjer, u sinkronom generatoru, rotor obično sastoji se od trajnog magneta ili navodnog ovojila koje stvara AC elektromotorni napon u ovojilu statora dok rotor rotira. Preko transformatora, napon izlaza generatora podiže se na nivo napona prikladan za prijenos mrežom, a zatim se električna energija prenosi mreži.
Sastav sustava vjetrovne energije
Skup vjetrogeneratorskih jedinica
Uključuju vjetrokolo (lopatu, hub i varijabilni propellerski sustav), spindlu, mjenjač (neki direktno pogonjeni vjetrogeneratori nemaju mjenjač), generator, yaw sustav, sustav za kočnju i kontrolni sustav.
Vjetrogenerator je ključni sastojak u hvatanju vjetrovne energije, a oblik i duljina lopata određuju učinkovitost hvatanja vjetrovne energije vjetrogeneratorskim jedinicom. Mjenjač se koristi za pretvaranje niske brzine vjetrogeneratorske jedinice u visoku brzinu potrebnu generatoru. Yaw sustav omogućuje vjetrogeneratoru da je uvijek poravnat s smjerom vjetra kako bi se maksimalno iskoristila vjetrovna energija. Sustav za kočnju koristi se za zaustavljanje rada vjetrogeneratorske jedinice u hitnim situacijama. Kontrolni sustav je odgovoran za nadgledanje i kontrolu različitih komponenti vjetrogeneratorske jedinice kako bi se osigurala sigurna i stabilna operacija.
Stup
Koristi se za podršku vjetrogeneratorima kako bi mogli hvatati više vjetrovne energije na dovoljnoj visini. Visina stupnja obično se određuje prema lokalnim vjetrovim resursima i topografskim uvjetima.
Na primjer, na ravnoj i otvorenoj površini, stupovi mogu biti relativno visoki za jače brzine vjetra; u planinskim područjima ili područjima s kompleksnim terenom, visina stupnja može biti ograničena.
Sustav prijenosa i distribucije električne energije
Uključuju transformator, prekidače, kabelske cijevi itd., koriste se za povećanje napona električne energije emitirane od strane vjetrogeneratorske jedinice i dostavljanje iste mreži.
Transformatori povećavaju niži napon izlaza generatora na nivo napona prikladan za prijenos mrežom, prekidači se koriste za kontrolu prijenosa i distribucije električne energije, a kabelske cijevi su odgovorne za prenos električne energije od vjetrogeneratorske jedinice do transformatora i mreže.
Način korištenja vjetrovne energije kao obnovljivog izvora energije
Integracija u mrežu
Najčešći način korištenja vjetrovne energije jest njegova integracija u mrežu kako bi se pružala čista, obnovljiva energija energetskom sustavu. Kada električna energija emitirana od strane vjetrogeneratorske jedinice podigne se sustavom prijenosa i transformacije, šalje se klijentu putem mreže.
Energetska mreža može integrirati i raspoređivati resurse proizvodnje električne energije različitih regija i vrsta kako bi zadovoljila potrebe klijenata. Kao nestabilan izvor energije, vjetrovna energija treba biti kombinirana s drugim stabilnim metodama proizvodnje električne energije (poput termoelektrane, hidroelektrane itd.) kako bi se osigurala stabilna operacija mreže.
Na primjer, u područjima bogatim vjetrovim resursima, mogu se izgraditi velike vjetroparkove kako bi se vjetrovna energija integrirala u mrežu kako bi se pružala električna energija okolnim područjima i čak cijeloj zemlji.
Distribuirana proizvodnja
Osim integracije u velike mreže, vjetrovna energija može se koristiti u distribuiranim sistemima proizvodnje. Distribuirana vjetrovna energija obično se instalira blizu korisnika, poput fabrika, škola, zajednica itd., kako bi se korisnicima pružio neovisni izvor struje ili kao rezervni izvor struje.
Distribuirani sustav proizvodnje vjetrovne energije može smanjiti gubitke električne energije tijekom prijenosa i povećati učinkovitost korištenja energije. U isto vrijeme, može unaprijediti pouzdanost i stabilnost energetskega sustava i smanjiti ovisnost o centraliziranoj mreži.
Na primjer, neka udaljena područja ili otoci mogu instalirati male vjetrogeneratore kako bi se pružila električna energija lokalnim stanovništvo i riješili problem nedostatka električne energije.
Integracija tehnologije pohrane energije
Zbog nestabilnosti proizvodnje vjetrovne energije, kako bi se bolje iskoristili vjetrovni resursi, proizvodnja vjetrovne energije može se kombinirati s tehnologijom pohrane energije. Sustav pohrane energije može pohraniti prekomjernu električnu energiju kada je proizvodnja vjetrovne energije visoka, a isporučiti električnu energiju kada je proizvodnja vjetrovne energije niska ili ne postoji kako bi se zadovoljile potrebe korisnika za električnom energijom.
Uobičajene tehnologije pohrane energije uključuju pohranu energije u baterije, pumpe, komprimirani zrak itd. Na primjer, sustavi pohrane energije u baterije mogu brzo reagirati na promjene u proizvodnji vjetrovne energije, pohranjujući i isporučujući električnu energiju; elektrane pumpe mogu koristiti prekomjernu električnu energiju proizvedenu iz vjetra kako bi pumpirale vodu visoko i pohranile, ispuštajući ju kako bi generirale električnu energiju kad je potrebno.
Višestruki komplementarni sustav
Vjetrovna energija može se kombinirati s drugim obnovljivim izvorima energije (poput solarnih panela, hidroelektrana itd.) i tradicionalnim izvorima energije (poput termoelekrane, plinove itd.) kako bi se formirao višestruki komplementarni sustav kako bi se postigla učinkovita uporaba energije i stabilno opskrbno stanje.
Višestruki komplementarni sustav može maksimalno iskoristiti prednosti različitih izvora energije i nadoknaditi nedostatke pojedinačnih izvora. Na primjer, proizvodnja električne energije iz sunca i vjetra ima određenu razinu komplementarnosti u vremenskom smislu, sunčeva energija je dovoljna tokom dana, a vjetar može biti veći noću, pa se kroz razumit konfiguraciju i raspoređivanje može postići stabilna snabdijevanje električnom energijom svaki dan. U isto vrijeme, tradicionalni izvori energije mogu se koristiti kao rezervni izvori struje kako bi se pružila podrška kada obnovljivi izvori struje nisu dovoljni.
