Het proces van windenergieopwekking omvat voornamelijk de volgende stappen
De basisprincipes van windenergie
Windenergie wordt omgezet in mechanische energie
Bij de opwekking van windenergie wordt de kinetische energie van de wind gebruikt om de bladen van een windturbine te laten roteren. Wanneer de wind door de bladen van een windturbine waait, zetten de specifieke vorm en hoek van de bladen de kinetische energie van de wind om in de draaiende mechanische energie van de bladen.
Bijvoorbeeld, bij de veelvoorkomende driebladige windturbine is het ontwerp van het blad vergelijkbaar met dat van een vliegtuigvleugel. Wanneer de wind door het blad waait, ontstaat er door de verschillende luchtstroom snelheden aan de boven- en onderkant van het blad liftkracht en weerstand, en de liftkracht duwt het blad om te roteren.
Mechanische energie wordt omgezet in elektrische energie
De rotatie van de bladen wordt overgebracht naar de generator via een as die aan de hub is bevestigd. Een rotor binnen de generator snijdt de magnetische velden in een roterend magnetisch veld, wat een geïnduceerde elektromotorische kracht creëert die de mechanische energie omzet in elektrische energie.
Bijvoorbeeld, in een synchrone generator bestaat de rotor meestal uit een permanente magneet of een opwekkingswikkeling die een wisselspanning in de statorwikkeling genereert terwijl de rotor roteert. Via de transformator wordt de uitgangsspanning van de generator verhoogd tot het spanningniveau dat geschikt is voor netwerkovertolling, en vervolgens wordt de elektrische energie naar het netwerk getransporteerd.
Samenstelling van het windenergiesysteem
Windturbineset
Inclusief windwiel (bladen, hub en variabele propellersysteem), as, versnellingsbak (sommige direct-aangedreven windturbines hebben geen versnellingsbak), generator, yaw-systeem, remmingssysteem en regelsysteem.
De windturbine is een cruciale component voor het vastleggen van windenergie, en de vorm en lengte van de bladen bepalen de efficiëntie van de windenergieopwekking van de windturbine. De versnellingsbak wordt gebruikt om de lage snelheid van de windturbine om te zetten in de hoge snelheid die nodig is voor de generator. Het yaw-systeem zorgt ervoor dat de windturbine altijd gericht is op de windrichting om de opwekking van windenergie te maximaliseren. Het remmingssysteem wordt gebruikt om de werking van de windturbine in noodgevallen te stoppen. Het regelsysteem is verantwoordelijk voor het monitoren en regelen van de verschillende componenten van de windturbine om veilige en stabiele werking te garanderen.
Pylon
Dit wordt gebruikt om windturbines te ondersteunen zodat ze meer windenergie kunnen vastleggen op voldoende hoogtes. De hoogte van de toren wordt meestal bepaald op basis van lokale windbronnen en topografische omstandigheden.
Bijvoorbeeld, in vlakke, open gebieden kunnen torens relatief hoog zijn voor sterkere windsnelheden; in bergachtige gebieden of gebieden met complex terrein kan de hoogte van de toren beperkt zijn.
Energieoverdrachts- en -verdelingssysteem
Inclusief transformatoren, schakelapparatuur, kabels, etc., gebruikt om de spanning van de elektriciteit die door de windturbine wordt uitgestraald te verhogen en deze naar het netwerk te leveren.
Transformatoren verhogen de lagere uitgangsspanning van de generator naar een spanningniveau dat geschikt is voor netwerkovertolling, schakelapparatuur wordt gebruikt om de overdracht en -verdeling van elektrische energie te controleren, en kabels zijn verantwoordelijk voor het overbrengen van elektrische energie van de windturbine naar de transformer en het netwerk.
Een manier om windenergie te gebruiken als hernieuwbare energiebron
Integratie in het netwerk
De meest voorkomende toepassing van windenergie is de integratie in het netwerk om schone, hernieuwbare energie aan het energie-systeem te leveren. Wanneer de elektriciteit die door de windturbine wordt uitgestraald door het overdrachts- en -transformatiesysteem wordt verhoogd, wordt deze via het netwerk naar de klant gestuurd.
Het elektriciteitsnetwerk kan de energie-opwekking middelen van verschillende regio's en types integreren en inzetten om aan de behoeften van gebruikers te voldoen. Als onstabiele energiebron moet windenergie worden gecombineerd met andere stabiele opwekkingmethoden (zoals thermische opwekking, waterkracht, etc.) om de stabiele werking van het netwerk te waarborgen.
Bijvoorbeeld, in gebieden rijk aan windbronnen kunnen grote windparken worden gebouwd om windenergie in het netwerk te integreren en elektriciteit te leveren aan de omliggende regio en zelfs het hele land.
Gedistribueerde opwekking
Naast de integratie in grote elektriciteitsnetwerken kan windenergie ook worden gebruikt in gedistribueerde opwekkingsystemen. Gedistribueerde windenergie wordt meestal in de buurt van gebruikers geïnstalleerd, zoals fabrieken, scholen, gemeenschappen, etc., om gebruikers een onafhankelijke energievoorziening te bieden of als reserve-energiebron.
Gedistribueerde windenergie-opwekkingssystemen kunnen de verlies van elektriciteit tijdens de overdracht verminderen en de efficiëntie van energiegebruik verbeteren. Tegelijkertijd kan dit de betrouwbaarheid en stabiliteit van het energie-systeem versterken en de afhankelijkheid van een centraal netwerk verminderen.
Bijvoorbeeld, in sommige afgelegen gebieden of eilanden kunnen kleine windturbines worden geïnstalleerd om elektriciteit te leveren aan lokale bewoners en het probleem van stroomtekort of -gebrek op te lossen.
Integratie van energieopslagtechnologie
Vanwege de instabiliteit van windenergieopwekking, kan windenergieopwekking worden gecombineerd met energieopslagtechnologie om windbronnen beter te benutten. Het energieopslagsysteem kan overtollige elektrische energie opslaan wanneer de windenergie hoog is, en elektrische energie vrijgeven wanneer de windenergie laag is of er geen windenergie is, om aan de elektriciteitsbehoeften van gebruikers te voldoen.
Algemene energieopslagtechnologieën omvatten batterijopslag, pomp-energieopslag, samengeperste-luchtopslag, etc. Bijvoorbeeld, batterijopslagsystemen kunnen snel reageren op veranderingen in windenergieopwekking, elektrische energie opslaan en vrijgeven; pomp-energiecentrales kunnen overtollige elektriciteit van windenergie gebruiken om water omhoog te pompen en op te slaan, en dit vrijgeven om elektriciteit te genereren wanneer nodig.
Multi-energie complementair systeem
Windenergie kan worden gecombineerd met andere hernieuwbare energiebronnen (zoals zonne-energie, waterkracht, etc.) en traditionele energiebronnen (zoals aardgasgeneratie, etc.) om een multi-energie complementair systeem te vormen om een efficiënte energiegebruik en stabiele levering te bereiken.
Het multi-energie complementaire systeem kan de voordelen van verschillende energiebronnen optimaal benutten en de tekortkomingen van enkele energiebronnen compenseren. Bijvoorbeeld, zonne-energieopwekking en windenergieopwekking hebben een zekere mate van complementariteit in de tijd, overdag is de zonne-energie voldoende, en 's nachts kan de wind groter zijn, en door een redelijke configuratie en planning kan een stabiele, alle-tijds energievoorziening worden bereikt. Tegelijkertijd kunnen traditionele energiebronnen worden gebruikt als reserve-energiebronnen om energiesteun te bieden wanneer hernieuwbare energiebronnen ontoereikend zijn.
