Quá trình phát điện gió chủ yếu bao gồm các bước sau
Các nguyên tắc cơ bản của năng lượng gió
Năng lượng gió được chuyển đổi thành năng lượng cơ học
Phát điện gió sử dụng năng lượng động của gió để đẩy cánh quạt tua-bin gió quay. Khi gió thổi qua cánh quạt tua-bin gió, hình dạng và góc đặc biệt của cánh quạt chuyển đổi năng lượng động của gió thành năng lượng cơ học quay của cánh quạt.
Ví dụ, tua-bin gió ba cánh phổ biến, thiết kế của cánh quạt tương tự như cánh máy bay, khi gió đi qua cánh quạt, do tốc độ dòng khí khác nhau trên bề mặt trên và dưới của cánh quạt, nó sẽ tạo ra lực nâng và lực cản, và lực nâng sẽ đẩy cánh quạt quay.
Năng lượng cơ học được chuyển đổi thành năng lượng điện
Sự quay của cánh quạt được truyền đến máy phát điện thông qua trục gắn vào hub. Một rotor bên trong máy phát cắt các đường lực từ trường trong một từ trường quay, tạo ra điện áp cảm ứng chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện.
Ví dụ, trong máy phát đồng bộ, rotor thường bao gồm nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây kích từ tạo ra điện áp xoay chiều trong cuộn dây stator khi rotor quay. Qua biến thế, điện áp đầu ra của máy phát được nâng lên mức điện áp phù hợp cho truyền tải lưới, và sau đó năng lượng điện được truyền đến lưới.
Thành phần hệ thống năng lượng gió
Bộ tua-bin gió
Bao gồm bánh xe gió (cánh, hub và hệ thống cánh biến thiên), trục, hộp số (một số tua-bin gió trực tiếp không có hộp số), máy phát, hệ thống định hướng, hệ thống phanh và hệ thống điều khiển.
Tua-bin gió là thành phần chính để thu thập năng lượng gió, và hình dạng và chiều dài của cánh quyết định hiệu suất thu năng lượng gió của tua-bin gió. Hộp số được sử dụng để chuyển đổi tốc độ thấp của tua-bin gió thành tốc độ cao cần thiết cho máy phát. Hệ thống định hướng cho phép tua-bin gió luôn được căn chỉnh theo hướng gió để tối đa hóa việc thu năng lượng gió. Hệ thống phanh được sử dụng để dừng hoạt động của tua-bin gió trong trường hợp khẩn cấp. Hệ thống điều khiển chịu trách nhiệm giám sát và kiểm soát các thành phần khác của tua-bin gió để đảm bảo an toàn và ổn định trong quá trình vận hành.
Cột tháp
Được sử dụng để hỗ trợ tua-bin gió để chúng có thể thu được nhiều năng lượng gió hơn ở độ cao đủ. Chiều cao của tháp thường được xác định theo tài nguyên gió địa phương và điều kiện địa hình.
Ví dụ, trong các khu vực bằng phẳng, mở, tháp có thể cao hơn để có tốc độ gió mạnh hơn; Trong các khu vực đồi núi hoặc địa hình phức tạp, chiều cao của tháp có thể bị hạn chế.
Hệ thống truyền tải và phân phối điện
Bao gồm biến thế, thiết bị đóng cắt, cáp, v.v., được sử dụng để nâng điện áp của điện phát ra bởi tua-bin gió và đưa nó đến lưới điện.
Biến thế nâng điện áp đầu ra thấp từ máy phát lên mức điện áp phù hợp cho truyền tải lưới, thiết bị đóng cắt được sử dụng để kiểm soát truyền tải và phân phối năng lượng điện, và cáp chịu trách nhiệm chuyển năng lượng điện từ tua-bin gió đến biến thế và lưới điện.
Cách sử dụng năng lượng gió làm nguồn năng lượng tái tạo
Tích hợp vào lưới điện
Cách sử dụng phổ biến nhất của năng lượng gió là tích hợp nó vào lưới điện để cung cấp năng lượng sạch, tái tạo cho hệ thống điện. Khi điện năng phát ra bởi tua-bin gió được nâng bởi hệ thống truyền tải và biến đổi, nó được gửi đến khách hàng thông qua lưới điện.
Lưới điện có thể tích hợp và triển khai các nguồn phát điện từ các vùng và loại khác nhau để đáp ứng nhu cầu của người dùng. Là một nguồn năng lượng không ổn định, năng lượng gió cần được kết hợp với các phương pháp phát điện ổn định khác (như phát điện nhiệt, thủy điện, v.v.) để đảm bảo vận hành ổn định của lưới điện.
Ví dụ, trong các khu vực giàu tài nguyên gió, có thể xây dựng các trang trại gió quy mô lớn để tích hợp năng lượng gió vào lưới điện, cung cấp điện cho khu vực xung quanh và thậm chí cả quốc gia.
Phát điện phân tán
Ngoài việc tích hợp vào các lưới điện lớn, năng lượng gió cũng có thể được sử dụng trong các hệ thống phát điện phân tán. Phát điện gió phân tán thường được lắp đặt gần người dùng, như nhà máy, trường học, cộng đồng, v.v., để cung cấp nguồn điện độc lập hoặc làm nguồn điện dự phòng.
Hệ thống phát điện gió phân tán có thể giảm tổn thất điện trong quá trình truyền tải và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng. Đồng thời, nó có thể tăng cường độ tin cậy và ổn định của hệ thống điện và giảm sự phụ thuộc vào lưới điện tập trung.
Ví dụ, một số khu vực xa xôi hoặc đảo có thể lắp đặt tua-bin gió nhỏ để cung cấp điện cho cư dân địa phương và giải quyết vấn đề thiếu điện hoặc không có điện.
Tích hợp công nghệ lưu trữ năng lượng
Do tính không ổn định của phát điện gió, để tận dụng tốt hơn tài nguyên gió, phát điện gió có thể được kết hợp với công nghệ lưu trữ năng lượng. Hệ thống lưu trữ năng lượng có thể lưu trữ điện dư thừa khi sản lượng gió cao, và phát điện khi sản lượng gió thấp hoặc không có gió để đáp ứng nhu cầu điện của người dùng.
Các công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến bao gồm lưu trữ năng lượng bằng pin, lưu trữ bằng bơm, lưu trữ bằng khí nén, v.v. Ví dụ, hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin có thể phản ứng nhanh chóng với sự thay đổi của phát điện gió, lưu trữ và phát điện; Nhà máy bơm nước có thể sử dụng điện dư thừa từ gió để bơm nước lên cao và lưu trữ, phát điện khi cần thiết.
Hệ thống bổ sung năng lượng đa dạng
Năng lượng gió có thể được kết hợp với các nguồn năng lượng tái tạo khác (như năng lượng mặt trời, thủy điện, v.v.) và các nguồn năng lượng truyền thống (như phát điện bằng khí đốt, v.v.) để tạo thành hệ thống bổ sung năng lượng đa dạng, đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng và cung cấp ổn định.
Hệ thống bổ sung năng lượng đa dạng có thể phát huy ưu điểm của các nguồn năng lượng khác nhau và bù đắp cho nhược điểm của nguồn năng lượng đơn lẻ. Ví dụ, phát điện mặt trời và phát điện gió có một mức độ bổ sung nhất định về thời gian, năng lượng mặt trời dồi dào ban ngày, và gió có thể lớn hơn ban đêm, và có thể đạt được cung cấp điện ổn định mọi thời tiết thông qua cấu hình và lịch trình hợp lý. Đồng thời, các nguồn năng lượng truyền thống có thể được sử dụng làm nguồn điện dự phòng để cung cấp hỗ trợ điện khi nguồn năng lượng tái tạo không đủ.
