กระบวนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้
หลักการพื้นฐานของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลม
พลังงานลมถูกแปลงเป็นพลังงานกล
การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมใช้พลังงานจลน์ของลมเพื่อผลักใบพัดของกังหันลมให้หมุน เมื่อลมพัดผ่านใบพัดของกังหันลม รูปทรงและมุมของใบพัดจะแปลงพลังงานจลน์ของลมเป็นพลังงานกลที่ทำให้ใบพัดหมุน
ตัวอย่างเช่น กังหันลมสามใบพัดที่พบบ่อย ออกแบบใบพัดคล้ายกับปีกเครื่องบิน เมื่อลมผ่านใบพัด เนื่องจากความเร็วลมบนผิวด้านบนและด้านล่างของใบพัดแตกต่างกัน จะสร้างแรงยกและแรงต้าน และแรงยกจะผลักใบพัดให้หมุน
พลังงานกลถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า
การหมุนของใบพัดถูกส่งผ่านไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผ่านแกนหลักที่ติดอยู่กับศูนย์กลาง โรเตอร์ภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัดเส้นทางแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กที่หมุน สร้างแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่แปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า
ตัวอย่างเช่น ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส โรเตอร์โดยทั่วไปประกอบด้วยแม่เหล็กถาวรหรือวงจรเก็บประจุที่สร้างแรงดันไฟฟ้าสลับในวงจรเก็บประจุสเตเตอร์เมื่อโรเตอร์หมุน ผ่านทรานสฟอร์เมอร์ แรงดันไฟฟ้าที่ออกมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกเพิ่มขึ้นเป็นระดับแรงดันที่เหมาะสมสำหรับการส่งผ่านสายส่ง และจากนั้นพลังงานไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังระบบสายส่ง
องค์ประกอบของระบบพลังงานลม
ชุดกังหันลม
รวมถึงวงล้อลม (ใบพัด, ศูนย์กลางวงล้อและระบบใบพัดปรับได้), แกนหลัก, เกียร์ทด (บางกังหันลมขับตรงไม่มีเกียร์ทด), เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, ระบบปรับทิศ, ระบบเบรก และระบบควบคุม
กังหันลมเป็นส่วนสำคัญในการจับพลังงานลม รูปทรงและความยาวของใบพัดกำหนดประสิทธิภาพในการจับพลังงานลมของกังหันลม เกียร์ทดใช้ในการแปลงความเร็วต่ำของกังหันลมเป็นความเร็วสูงที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องการ ระบบปรับทิศช่วยให้กังหันลมสามารถปรับทิศทางให้ตรงกับทิศทางลมตลอดเวลาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการจับพลังงานลม ระบบเบรกใช้เพื่อหยุดการทำงานของกังหันลมในกรณีฉุกเฉิน ระบบควบคุมมีหน้าที่ตรวจสอบและควบคุมส่วนต่างๆ ของกังหันลมเพื่อให้มั่นใจว่าทำงานอย่างปลอดภัยและมั่นคง
เสาส่ง
ใช้เพื่อสนับสนุนกังหันลมเพื่อให้สามารถจับพลังงานลมได้มากขึ้นที่ระดับความสูงที่เพียงพอ ความสูงของเสาส่งโดยทั่วไปจะถูกกำหนดตามทรัพยากรลมและสภาพภูมิประเทศในท้องถิ่น
ตัวอย่างเช่น ในพื้นที่ราบและโล่ง เสาส่งสามารถสูงได้เพื่อให้ได้ความเร็วลมที่สูงขึ้น ในพื้นที่ภูเขาหรือพื้นที่ที่มีสภาพภูมิประเทศซับซ้อน ความสูงของเสาส่งอาจถูกจำกัด
ระบบส่งและกระจายพลังงานไฟฟ้า
รวมถึงทรานสฟอร์เมอร์, อุปกรณ์สวิตช์, สายเคเบิล ฯลฯ ใช้เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ปล่อยออกจากกังหันลมและส่งไปยังระบบสายส่ง
ทรานสฟอร์เมอร์เพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นระดันที่เหมาะสมสำหรับการส่งผ่านระบบสายส่ง อุปกรณ์สวิตช์ใช้ควบคุมการส่งและการกระจายพลังงานไฟฟ้า และสายเคเบิลรับผิดชอบในการส่งพลังงานไฟฟ้าจากกังหันลมไปยังทรานสฟอร์เมอร์และระบบสายส่ง
วิธีการใช้พลังงานลมเป็นแหล่งพลังงานทดแทน
การรวมเข้ากับระบบสายส่ง
การใช้พลังงานลมที่พบบ่อยที่สุดคือการรวมเข้ากับระบบสายส่งเพื่อให้พลังงานสะอาดและทดแทนแก่ระบบไฟฟ้า เมื่อพลังงานไฟฟ้าที่ปล่อยออกจากกังหันลมถูกเพิ่มแรงดันโดยระบบส่งและแปลง แล้วส่งไปยังผู้ใช้ผ่านระบบสายส่ง
ระบบสายส่งสามารถรวมและจัดสรรทรัพยากรการผลิตไฟฟ้าจากพื้นที่และประเภทต่างๆ เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ ด้วยพลังงานลมที่ไม่เสถียร การรวมพลังงานลมกับวิธีการผลิตไฟฟ้าที่เสถียรอื่นๆ (เช่น การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อน, พลังงานน้ำ เป็นต้น) เพื่อให้ระบบสายส่งทำงานอย่างเสถียร
ตัวอย่างเช่น ในพื้นที่ที่มีทรัพยากรลมอุดมสมบูรณ์ สามารสร้างฟาร์มลมขนาดใหญ่เพื่อรวมพลังงานลมเข้ากับระบบสายส่งเพื่อจ่ายไฟฟ้าให้กับพื้นที่ใกล้เคียงและแม้กระทั่งทั่วประเทศ
การผลิตไฟฟ้าแบบกระจาย
นอกจากการรวมเข้ากับระบบสายส่งขนาดใหญ่แล้ว พลังงานลมยังสามารถใช้ในระบบการผลิตไฟฟ้าแบบกระจายได้ การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมแบบกระจายมักติดตั้งใกล้ผู้ใช้ เช่น โรงงาน, โรงเรียน, ชุมชน ฯลฯ เพื่อให้ผู้ใช้มีแหล่งพลังงานอิสระหรือเป็นแหล่งพลังงานสำรอง
ระบบการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมแบบกระจายสามารถลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าในการส่งผ่านและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มความน่าเชื่อถือและความมั่นคงของระบบไฟฟ้าและลดความพึ่งพาต่อระบบสายส่งแบบรวมศูนย์
ตัวอย่างเช่น พื้นที่ไกลโพ้นหรือเกาะสามารถติดตั้งกังหันลมขนาดเล็กเพื่อจ่ายไฟฟ้าให้กับชาวบ้านในท้องถิ่นและแก้ไขปัญหาการขาดแคลนไฟฟ้า
การรวมเทคโนโลยีการเก็บพลังงาน
เนื่องจากการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมไม่เสถียร เพื่อให้ใช้ประโยชน์จากทรัพยากรลมได้ดียิ่งขึ้น การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมสามารถรวมกับเทคโนโลยีการเก็บพลังงานได้ ระบบการเก็บพลังงานสามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินเมื่อมีพลังงานลมสูง และปล่อยพลังงานไฟฟ้าเมื่อมีพลังงานลมต่ำหรือไม่มีพลังงานลมเพื่อตอบสนองความต้องการใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้
เทคโนโลยีการเก็บพลังงานที่พบบ่อยได้แก่ การเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่, การเก็บพลังงานด้วยการสูบน้ำ, การเก็บพลังงานด้วยอากาศอัด ฯลฯ ตัวอย่างเช่น ระบบการเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่สามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมได้อย่างรวดเร็ว โดยเก็บและปล่อยพลังงานไฟฟ้า โรงสูบน้ำสามารถใช้พลังงานไฟฟ้าส่วนเกินจากพลังงานลมในการสูบน้ำขึ้นไปเก็บไว้ และปล่อยน้ำลงมาผลิตไฟฟ้าเมื่อจำเป็น
ระบบพลังงานผสม
พลังงานลมสามารถรวมกับแหล่งพลังงานทดแทนอื่นๆ (เช่น พลังงานแสงอาทิตย์, พลังงานน้ำ เป็นต้น) และแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิม (เช่น การผลิตไฟฟ้าจากก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น) เพื่อสร้างระบบพลังงานผสมเพื่อใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและจ่ายพลังงานอย่างเสถียร
ระบบพลังงานผสมสามารถใช้ประโยชน์จากข้อดีของแหล่งพลังงานต่างๆ และชดเชยข้อเสียของแหล่งพลังงานเดี่ยว ตัวอย่างเช่น การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมมีความสอดคล้องกันในด้านเวลา ระหว่างวันพลังงานแสงอาทิตย์มีมาก ในเวลากลางคืนอาจจะมีลมมาก สามารถจัดสรรและวางแผนเพื่อให้ได้การจ่ายไฟฟ้าอย่างเสถียรตลอดเวลา นอกจากนี้แหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองเพื่อให้การสนับสนุนพลังงานเมื่อแหล่งพลังงานทดแทนไม่เพียงพอ
