Який процес виробництва електроенергії за рахунок вітрової енергії

Процес виробництва електроенергії за допомогою вітрової енергії включає наступні кроки

Основні принципи вітрової енергії

Енергія вітру перетворюється на механічну енергію

Виробництво електроенергії за допомогою вітру використовує кінетичну енергію вітру для обертання лопаток вітряного генератора. Коли вітер проходить через лопатки вітряного генератора, спеціальна форма та кут лопаток перетворюють кінетичну енергію вітру на обертову механічну енергію лопаток.

Наприклад, звичайний трилопатковий вітряний генератор, дизайн лопаток схожий на дизайн крила літака, коли вітер проходить через лопатку, через різну швидкість повітряних потоків на верхній та нижній поверхнях лопатки, виникає підйомна сила та опір, і підйомна сила тисне на лопатку, щоб вона оберталася.

Механічна енергія перетворюється на електричну енергію

Обертання лопаток передається до генератора через вал, прикріплений до центру. Ротор всередині генератора розрізає лінії магнітної сили в обертовому магнітному полі, створюючи індуковану електродвижущу силу, яка перетворює механічну енергію на електричну енергію.

Наприклад, у синхронному генераторі, ротор зазвичай складається з постійного магніта або возбуждаючого обмотування, яке створює АC електродвижущу силу в статорній обмотці при обертанні ротора. Через трансформатор, вихідне напруга генератора підвищується до рівня, придатного для передачі по мережі, і потім електроенергія передається до мережі.

Склад вітрової енергетичної системи

Вітряний генератор

Включає вітроелемент (лопатки, центр і систему зміни кута установки лопаток), вал, коробку передач (деякі прямодійні вітряні генератори не мають коробки передач), генератор, систему орієнтації, систему гальмування та систему керування.

Вітряний генератор є ключовою компонентою захоплення вітрової енергії, і форма та довжина лопаток визначають ефективність захоплення вітрової енергії вітряним генератором. Коробка передач використовується для перетворення низької швидкості вітряного генератора на високу швидкість, необхідну для генератора. Система орієнтації дозволяє вітряному генератору завжди бути відінстві вітру, щоб максимально захопити вітрову енергію. Система гальмування використовується для зупинки роботи вітряного генератора в аварійних ситуаціях. Система керування відповідає за моніторинг та керування різними компонентами вітряного генератора, щоб забезпечити його безпечну та стабільну роботу.

Стовп

Використовується для підтримки вітряних генераторів, щоб вони могли захоплювати більше вітрової енергії на достатньої висоти. Висота стовпа зазвичай визначається залежно від місцевих вітрових ресурсів та топографічних умов.

Наприклад, на рівних, відкритих територіях, стовпи можуть бути відносно високими для більшої швидкості вітру; у гористих областях або областях зі складною топографією, висота стовпа може бути обмеженою.

Система передачі та розподілу електроенергії

Включає трансформатори, комутаційне обладнання, кабелі тощо, використовуються для підвищення напруги електроенергії, виділеної вітряним генератором, і доставки її до мережі.

Трансформатори підвищують нижчу напругу, виведену з генератора, до рівня, придатного для передачі по мережі, комутаційне обладнання використовується для контролю передачі та розподілу електроенергії, а кабелі відповідають за передачу електроенергії від вітряного генератора до трансформатора та мережі.

Спосіб використання вітрової енергії як відновлюваного джерела енергії

Інтеграція в мережу

Найпоширенішим способом використання вітрової енергії є її інтеграція в мережу для надання чистої, відновлюваної енергії електроенергетичній системі. Коли електроенергія, виділена вітряним генератором, підвищується системою передачі та трансформації, вона надсилається клієнтам через мережу.

Електроенергетична мережа може інтегрувати та розгорнути ресурси виробництва електроенергії різних регіонів та типів, щоб задовольнити потреби користувачів. Як нестабільне джерело енергії, вітрова енергія повинна поєднуватися з іншими стабільними методами виробництва електроенергії (такими як теплове виробництво, гідроенергетика тощо) для забезпечення стабільної роботи мережі.

Наприклад, в районах, багатих вітровими ресурсами, можна будувати великі вітрові ферми, щоб інтегрувати вітрову енергію в мережу для забезпечення електроенергією оточуючого регіону та навіть країни.

Розподілене виробництво

Окрім інтеграції в великі електроенергетичні мережі, вітрова енергія може також використовуватися в розподілених системах виробництва. Розподілена вітрова енергія зазвичай встановлюється поблизу користувачів, таких як заводи, школи, спільноти тощо, для надання користувачам незалежного джерела електроенергії або як резервне джерело електроенергії.

Система розподіленого виробництва вітрової енергії може зменшити втрати електроенергії в процесі передачі та підвищити ефективність використання енергії. Одночасно, це може підвищити надійність та стабільність електроенергетичної системи та зменшити залежність від централізованої мережі.

Наприклад, деякі віддалені райони або острови можуть встановити малі вітряні генератори для забезпечення електроенергією місцевих жителів та вирішення проблеми відсутності або недостатності електроенергії.

Інтеграція технологій зберігання енергії

Завдяки нестабільності виробництва вітрової енергії, для кращого використання вітрових ресурсів, виробництво вітрової енергії може поєднуватися з технологіями зберігання енергії. Система зберігання енергії може зберігати зайву електроенергію, коли вітрова енергія висока, і випускати електроенергію, коли вітрова енергія низька або немає вітру, щоб задовольнити потреби користувачів у електроенергії.

Поширені технології зберігання енергії включають зберігання енергії в акумуляторах, насосне зберігання, зберігання сжатого повітря тощо. Наприклад, системи зберігання енергії в акумуляторах можуть швидко реагувати на зміни виробництва вітрової енергії, зберігаючи та випускаючи електроенергію; насосні станції можуть використовувати зайву електроенергію від вітрової енергії для подачі води вгору та її зберігання, випускаючи її для виробництва електроенергії, коли це потрібно.

Многокомпонентна система

Вітрова енергія може поєднуватися з іншими відновлюваними джерелами енергії (такими як сонячна енергія, гідроенергетика тощо) та традиційними джерелами енергії (такими як виробництво електроенергії на природному газі тощо) для формування многокомпонентної системи, щоб досягти ефективного використання енергії та стабільного забезпечення.

Многокомпонентна система може повністю використовувати переваги різних джерел енергії та компенсувати недоліки окремих джерел. Наприклад, виробництво електроенергії за допомогою сонячної енергії та вітрової енергії має певну ступінь комплементарності в часі, сонячна енергія достатня впродовж дня, а вітер може бути більшим вночі, і стабільне забезпечення електроенергією в будь-який час доби можна досягти через раціональне конфігурування та планування. Одночасно, традиційні джерела енергії можуть використовуватися як резервні джерела електроенергії, щоб надавати підтримку, коли відновлювані джерела енергії недостатні.