A szélerőművek működésének folyamata főleg az alábbi lépésekből áll
A szélerőművek alapelvei
A szélenergia átalakul mechanikai energiává
A szélerőművek működése során a szél kinetikus energiája hajtja meg a szélerőmű szárnyait. Amikor a szél áthalad a szélerőmű szárnyain, a szárnyak különleges formája és szöge a szél kinetikus energiáját a szárnyak forgó mechanikai energiájává alakítja.
Például a gyakori háromszárnyú szélerőműben a szárnya tervezése hasonló egy repülőgép szárnyának, amikor a szél áthalad a szárnyon, a szárnya felső és alsó felületén különböző sebességű légáramok miatt felmerül egy emelőerő és ellenállás, és az emelőerő elindítja a szárnya forgását.
A mechanikai energia átalakul elektrikus energiává
A szárnyak forgása továbbítódik a generátornak egy tengelyen keresztül, ami a csomóponthoz van csatlakoztatva. A generátor belső rotorja vágja a mozgó mágneses mező vonalait, ezzel előidézve egy indukált elektromos erőt, ami a mechanikai energiát elektrikus energiává alakítja.
Például egy szinkron generátorban a rotor általában egy állandó mágnesből vagy egy izgaló tekercsből áll, ami a stator tekercsében egy AC elektromos erőt hoz létre, ahogy a rotor forog. A transzformátor segítségével a generátor kimeneti feszültséget növelnek a hálózat átvitelére alkalmas szintre, majd az elektromos energia átkerül a hálózatra.
A szélerőmű rendszerének összetétele
Szélerőmű berendezés
Tartalmazza a szélfogót (szárnyak, csomópont és változó szárnyrendszer), a tengelyt, a sebességváltókészüléket (néhány közvetlen meghajtású szélerőműnél nincs sebességváltó), a generátort, a rácszögrendszert, a fékezőrendszert és a vezérlőrendszert.
A szélerőmű a szélenergia megszerzésének kulcsfontosságú eleme, és a szárnya forma és hossza meghatározza a szélerőmű szélenergia megszerzési hatékonyságát. A sebességváltó a szélerőmű alacsony sebességét a generátorhoz szükséges magasabb sebességre alakítja. A rácszögrendszer lehetővé teszi, hogy a szélerőmű mindig a szélirányba legyen igazítva, így maximalizálva a szélenergia megszerzését. A fékezőrendszer arra szolgál, hogy váratlan esetekben leállítsa a szélerőmű működését. A vezérlőrendszer felelős a szélerőmű különböző komponenseinek figyeléséért és irányításáért, hogy biztosítsa annak biztonságos és stabil működését.
Torony
Ez támogatja a szélerőműveket, hogy elegendő magasságban tudjanak több szélenergiát megszerezni. A torony magassága általában a helyi szélforrások és a terepi feltételek szerint van meghatározva.
Például sík, nyílt területeken a tornyok relatív magasak lehetnek, hogy erősebb szélsebességeket érhessenek; hegyvidékben vagy összetett terepi viszonyok mellett a torony magassága korlátozott lehet.
Az áramellátási és elosztási rendszer
Ez tartalmaz transzformátort, kapcsolóeszközöket, kábeleket stb., amikkel a szélerőmű által kibocsátott áram feszültségét növelik, és átadják a hálózatra.
A transzformátorok a generátorból származó alacsony feszültségű kimenetet növelik a hálózati átvitelhez alkalmas szintre, a kapcsolóeszközök szabályozzák az áramellátás és -elosztás szabályozását, a kábelek pedig felelősek az áram átadásáért a szélerőműtől a transzformátorig és a hálózatig.
A szélenergia alkalmazása megújuló energiaforrásként
Integráció a hálózatba
A szélenergia leggyakrabban a hálózatba való integrációval szolgál, hogy tiszta, megújuló energiát adjon a villamosenergia-rendszerhez. Amikor a szélerőmű által kibocsátott áramot a továbbítási és átalakítási rendszer növeli, azt a hálózaton keresztül küldik a vevőkhöz.
A hálózat integrálhatja és üzemeltetheti a különböző régiókban és típusú termelési forrásokat, hogy kielégítse a felhasználók igényeit. Mivel a szélenergia instabil energiaforrás, ezért más stabil termelési módszerekkel (pl. fosszilis üzemanyagból származó energia, vízerőművek stb.) kell kombinálni, hogy biztosítsa a hálózat stabilitását.
Például a szélforrások gazdag területeken nagymértékű szélerőmű-parkokat építhetünk, hogy a szélenergiát integráljuk a hálózatba, és villamos energiát szolgáltassunk a környező területeknek, sőt az egész országnak is.
Szétszórt termelés
A szélenergia mellett a nagy hálózatokba való integrálás mellett szétszórt termelési rendszerekben is használható. A szétszórt szélerőműveket általában a felhasználók közelében helyezik el, például gyárakban, iskolákban, közösségekben, hogy független energiaellátást biztosítsanak, vagy tartalék energiaforrásként működjenek.
A szétszórt szélerőmű-áramtermelési rendszer csökkentheti az áram elvesztést a továbbítási folyamat során, és javíthatja az energiafelhasználás hatékonyságát. Ugyanakkor megerősítheti a villamosenergia-rendszer megbízhatóságát és stabilitását, valamint csökkentheti a központi hálózatra való függőséget.
Például távoli területeken vagy szigeteken kis szélerőműveket telepíthetnek, hogy villamos energiát szolgáltassanak a helyi lakosságnak, és megoldják a nélküli vagy elégtelen energiaellátás problémáját.
Energia-tároló technológiák integrációja
A szélerőmű-áramtermelés instabilitása miatt, hogy jobban kihasználjuk a szélforrásokat, a szélerőmű-áramtermelést kombinálhatjuk energia-tároló technológiákkal. Az energia-tároló rendszer képes tárolni a felesleges elektromos energiát, amikor a szélerőmű-áramtermelés magas, és kiadhatja a tárolt elektromos energiát, amikor a szélerőmű-áramtermelés alacsony vagy nincs szél, hogy kielégítse a felhasználók energiaigényeit.
Gyakori energia-tároló technológiák a akkumulátor-alapú energia-tárolás, a pompázó energia-tárolás, a comprimmált levegő energia-tárolás stb. Például, a akkumulátor-alapú energia-tároló rendszerek gyorsan reagálhatnak a szélerőmű-áramtermelés változásaira, tárolva és kibocsátva elektromos energiát; a pompázó energia-tároló telepek használhatják a szélerőműből származó felesleges áramot, hogy vizet magasra pumpezzék és tárolják, és amikor szükséges, vizet engedjék, hogy elektromos energiát generáljanak.
Több energiaforrásból álló rendszer
A szélenergiát kombinálhatják más megújuló energiaforrásokkal (pl. napenergia, vízenergia stb.) és hagyományos energiaforrásokkal (pl. természetes gázból származó energia, stb.), hogy több energiaforrásból álló rendszert hozzanak létre, hogy hatékonyan használják az energiát és stabil ellátást biztosítsanak.
A több energiaforrásból álló rendszer teljes mértékben kihasználhatja a különböző energiaforrások előnyeit, és pótolhatja az egyetlen energiaforrás hiányosságait. Például, a napenergia- és a szélenergia-áramtermelés bizonyos időben egymást kiegészíti, a napsugárzás nappal elég, de az éjszaka a szél erősebb lehet, és egy stabil, napi és éjszakai energiaellátást lehet elérni megfelelő konfigurációval és ütemezéssel. Ugyanakkor a hagyományos energiaforrásokat tartalék energiaforrásként használhatják, ha a megújuló energiaforrások nem elegendőek.
