Процесс выработки ветроэнергии в основном включает следующие этапы
Основные принципы ветроэнергетики
Энергия ветра преобразуется в механическую энергию
Выработка ветроэнергии использует кинетическую энергию ветра для вращения лопастей ветрогенератора. Когда ветер проходит через лопасти ветрогенератора, специальная форма и угол наклона лопастей преобразуют кинетическую энергию ветра в вращательную механическую энергию лопастей.
Например, обычный трехлопастной ветрогенератор, дизайн лопастей которого похож на крыло самолета, когда ветер проходит через лопасть, из-за различной скорости воздушного потока на верхней и нижней поверхностях лопасти, создается подъемная сила и сопротивление, а подъемная сила толкает лопасть, заставляя ее вращаться.
Механическая энергия преобразуется в электрическую энергию
Вращение лопастей передается генератору через вал, прикрепленный к ступице. Ротор внутри генератора разрезает магнитные силовые линии в вращающемся магнитном поле, создавая индуцированное электродвижущее напряжение, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию.
Например, в синхронном генераторе ротор обычно состоит из постоянного магнита или возбуждающей обмотки, которая создает переменное электродвижущее напряжение в статорной обмотке при вращении ротора. С помощью трансформатора выходное напряжение генератора повышается до уровня, подходящего для передачи по сети, после чего электроэнергия передается в сеть.
Состав ветроэнергетической системы
Установка ветрогенератора
Включая ветроколесо (лопасти, ступица и система регулируемого шага), вал, редуктор (некоторые прямоприводные ветрогенераторы не имеют редуктора), генератор, систему ориентации, тормозную систему и систему управления.
Ветрогенератор является ключевым компонентом для захвата энергии ветра, форма и длина лопастей определяют эффективность захвата энергии ветра ветрогенератором. Редуктор используется для преобразования низкой скорости вращения ветрогенератора в высокую скорость, необходимую для генератора. Система ориентации позволяет ветрогенератору всегда быть направленным в сторону ветра, чтобы максимизировать захват энергии ветра. Тормозная система используется для остановки работы ветрогенератора в случае аварийной ситуации. Система управления отвечает за мониторинг и управление различными компонентами ветрогенератора, обеспечивая его безопасную и стабильную работу.
Столб
Используется для поддержки ветрогенераторов, чтобы они могли захватывать больше энергии ветра на достаточной высоте. Высота башни обычно определяется в зависимости от местных ветровых ресурсов и топографических условий.
Например, в плоских открытых районах башни могут быть относительно высокими для более сильных ветров; В гористой местности или районах со сложным рельефом высота башни может быть ограничена.
Система передачи и распределения электроэнергии
Включая трансформаторы, коммутационные устройства, кабели и т.д., используемые для повышения напряжения электроэнергии, вырабатываемой ветрогенератором, и доставки ее в сеть.
Трансформаторы повышают низкое выходное напряжение генератора до уровня, подходящего для передачи по сети, коммутационные устройства используются для контроля передачи и распределения электроэнергии, а кабели отвечают за передачу электроэнергии от ветрогенератора к трансформатору и сети.
Способ использования ветроэнергии как возобновляемого источника энергии
Интеграция в сеть
Наиболее распространенным способом использования ветроэнергии является ее интеграция в сеть для предоставления чистой, возобновляемой энергии энергетической системе. Когда электроэнергия, вырабатываемая ветрогенератором, повышается системой передачи и преобразования, она отправляется клиентам через сеть.
Электросеть может интегрировать и распределять ресурсы генерации электроэнергии различных регионов и типов, чтобы удовлетворить потребности пользователей. Как нестабильный источник энергии, ветроэнергия должна сочетаться с другими стабильными методами генерации электроэнергии (например, тепловая генерация, гидрогенерация и т.д.) для обеспечения стабильной работы сети.
Например, в районах, богатых ветровыми ресурсами, можно построить крупные ветропарки, чтобы интегрировать ветроэнергию в сеть для обеспечения электроэнергией окружающего региона и даже всей страны.
Распределенная генерация
Помимо интеграции в крупные электросети, ветроэнергия также может использоваться в распределенных системах генерации. Распределенные ветрогенераторы обычно устанавливаются вблизи пользователей, таких как заводы, школы, общины и т.д., чтобы предоставлять пользователям независимое энергоснабжение или служить резервным источником питания.
Система распределенной генерации ветроэнергии может снизить потери электроэнергии при передаче и повысить эффективность использования энергии. Одновременно это может улучшить надежность и стабильность энергетической системы и снизить зависимость от централизованной сети.
Например, в некоторых удаленных районах или на островах можно установить малые ветрогенераторы, чтобы обеспечивать электроэнергией местных жителей и решать проблему отсутствия или недостатка электроэнергии.
Интеграция технологии хранения энергии
Из-за нестабильности выработки ветроэнергии, чтобы лучше использовать ветровые ресурсы, выработку ветроэнергии можно сочетать с технологией хранения энергии. Система хранения энергии может сохранять избыточную электроэнергию, когда производство ветроэнергии высоко, и отпускать электроэнергию, когда производство ветроэнергии низко или отсутствует, чтобы удовлетворить потребности пользователей в электроэнергии.
Общие технологии хранения энергии включают аккумуляторные системы, насосно-аккумуляторные станции, системы хранения сжатого воздуха и т.д. Например, аккумуляторные системы могут быстро реагировать на изменения в выработке ветроэнергии, сохраняя и отпуская электроэнергию; Насосно-аккумуляторные станции могут использовать избыточную электроэнергию от ветроэнергии, чтобы закачать воду вверх и сохранить ее, выпуская ее для выработки электроэнергии при необходимости.
Многотопливная комплементарная система
Ветроэнергия может сочетаться с другими возобновляемыми источниками энергии (такими как солнечная энергия, гидроэнергия и т.д.) и традиционными источниками энергии (такими как газовая генерация и т.д.), чтобы сформировать многотопливную комплементарную систему для достижения эффективного использования энергии и стабильного снабжения.
Многотопливная комплементарная система может максимально использовать преимущества различных источников энергии и компенсировать недостатки одиночных источников. Например, солнечная и ветровая генерация имеют определенную степень комплементарности во времени, солнечная энергия достаточна днем, а ветер может быть сильнее ночью, и стабильное круглосуточное энергоснабжение может быть достигнуто путем рациональной конфигурации и планирования. Одновременно традиционные источники энергии могут использоваться в качестве резервных источников, предоставляя энергетическую поддержку, когда возобновляемые источники энергии недостаточны.
