دليل اختيار توليد طاقة الرياح: كيفية اختيار المولد الأكثر ملاءمة؟

إن جوهر توليد طاقة الرياح هو تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية بكفاءة وموثوقية، ويؤثر اختيار المولد بشكل مباشر على أداء النظام وتكلفته. تشمل الأنواع السائدة الحالية من توربينات الرياح المولدات غير المتزامنة، ومولدات الحث ذات التغذية المزدوجة، والمولدات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، ولكل منها مزاياها وعيوبها الخاصة، والتي يجب مطابقتها وفقًا لسيناريو التطبيق.

1. المولد غير المتزامن: خيار منخفض التكلفة للمبتدئين

المبدأ: من خلال توليد الكهرباء عن طريق الحث الكهرومغناطيسي، تكون سرعة الدوار أعلى قليلاً من السرعة المتزامنة، ويجب امتصاص الطاقة التفاعلية من شبكة الطاقة.
المزايا:

هيكل بسيط: حلقة بدون فرشاة وانزلاق، وتكلفة صيانة منخفضة، ومناسبة للبيئات القاسية.

سعر منخفض: تكنولوجيا ناضجة، استثمار أولي منخفض.

العيوب:

الكفاءة متوسطة: تؤدي خسائر الإثارة إلى كفاءة تبلغ حوالي 85% -90%.

مطلوب تعويض القدرة التفاعلية: يجب تكوين مكثفات إضافية أو أجهزة تعويض، وإلا فسوف يؤثر ذلك على جهد الشبكة.

السيناريوهات القابلة للتطبيق: أنظمة طاقة الرياح الصغيرة والمتوسطة الحجم، والمناطق ذات الاستقرار العالي للشبكة (مثل طاقة الرياح الموزعة في المناطق الريفية).

2. مولد الحث مزدوج التغذية (DFIG): موازنة الكفاءة والتكلفة

المبدأ: يتم توصيل الجزء الثابت بالشبكة مباشرة، ويتم توصيل الجزء الدوار بالشبكة من خلال العاكس لتحقيق تشغيل تردد ثابت بسرعة متغيرة.
المزايا:

تشغيل بسرعة متغيرة: يمكنه توليد الكهرباء بكفاءة ضمن نطاق سرعة الرياح من 3 إلى 25 مترًا في الثانية، مما يوسع نطاق استخدام طاقة الرياح.

تحويل الطاقة الجزئي: يلزم معالجة 25% -30% فقط من الطاقة على جانب الدوار، وتكلفة المحول منخفضة.

دعم الطاقة التفاعلية: توفير تعويض الطاقة التفاعلية من خلال العاكسات لتحسين استقرار الشبكة.
العيوب:

هيكل معقد: يتطلب علبة تروس وحلقة انزلاق، مع معدل فشل ميكانيكي مرتفع.

السيناريوهات القابلة للتطبيق: مزارع الرياح البرية الكبيرة، والمناطق ذات التقلبات العالية في سرعة الرياح (مثل المناطق الجبلية والمناطق الساحلية).

3. المولد المتزامن ذو المغناطيس الدائم (PMSG): مستقبل فعال ومنخفض الصيانة

المبدأ: باستخدام المغناطيسات الدائمة لتوليد مجال مغناطيسي، ليست هناك حاجة للإثارة الخارجية، مما يؤدي إلى كفاءة أعلى.
المزايا:

كفاءة عالية: لا يوجد فقدان للإثارة، ويمكن أن تصل الكفاءة إلى أكثر من 95%، وهي مناسبة بشكل خاص للمناطق ذات سرعة الرياح المنخفضة.

هيكل مضغوط: بدون فرش كهربائية وحلقات انزلاقية، ومعدل فشل منخفض، وتكاليف صيانة مخفضة بأكثر من 30%.

مميزات الدفع المباشر: متصل مباشرة بالشفرات (بدون علبة تروس)، مما يقلل الضوضاء بمقدار 10-15 ديسيبل.

العيوب:

التكلفة العالية: يتقلب سعر المواد المغناطيسية الدائمة (مثل النيوديميوم والحديد والبورون) بشكل كبير، كما أن الاستثمار الأولي مرتفع.

السيناريوهات القابلة للتطبيق: طاقة الرياح البحرية، والمناطق الداخلية ذات سرعة الرياح المنخفضة، والبيئات الحساسة للضوضاء (مثل المناطق السكنية القريبة).

٤. كيف تختار؟ المفتاح هو التركيز على هذه النقاط الثلاث.

ظروف سرعة الرياح:

منطقة سرعة الرياح المنخفضة (متوسط ​​سرعة الرياح السنوي<6م/ثانية): اختر مولدًا متزامنًا بمغناطيس دائم (ذو كفاءة أعلى).

منطقة سرعة الرياح العالية: مولد مزدوج التغذية أو مولد غير متزامن (بتكلفة أقل).

متطلبات الشبكة:

قد تتطلب شبكة التيار الضعيف دعم الطاقة التفاعلية: مولد مزدوج التغذية (مع تعديل مرن لعامل القدرة).

شبكة طاقة قوية: المولدات المتزامنة غير المتزامنة والمولدات المغناطيسية الدائمة مناسبة.

التكلفة والصيانة:

الميزانية الأولية محدودة: مولد غير متزامن (سعره أقل بنسبة 20% -30%).

حساسية التشغيل والصيانة على المدى الطويل: مولد متزامن مغناطيسي دائم (يقلل تكاليف الصيانة بنسبة 40٪ على مدى 10 سنوات).

5. الاتجاه: أصبحت المولدات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم ذات الدفع المباشر سائدة

مع التقدم التكنولوجي، أصبحت المولدات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم ذات الدفع المباشر (بدون علب التروس) هي الخيار المفضل لطاقة الرياح البحرية والمناطق ذات سرعة الرياح المنخفضة. وتشمل مزاياها ما يلي::

تحسين الموثوقية: تقليل نقاط الفشل الميكانيكية بنسبة 50% وإطالة عمر المنتج إلى أكثر من 25 عامًا.

تحسين الكفاءة: يحقق محول الطاقة الكامل إمكانية تجاوز أعطال شبكة الطاقة (LVRT) ويتكيف مع شبكات الطاقة الضعيفة.

التكيف البيئي: انخفاض الضوضاء، وعدم التلوث النفطي، ومناسبة لمتطلبات حماية البيئة البحرية.

قضية

توربينات الرياح البحرية الدنماركية Vestas V236-15.0 ميجاوات: تستخدم تكنولوجيا المغناطيس الدائم ذات الدفع المباشر، مع توليد طاقة سنوي يزيد عن 80 جيجاوات ساعة لكل وحدة.

توربينات الرياح البرية GW82-1.8MW من شركة China Goldwind Technology: تصميم محرك مباشر مغناطيسي دائم، يمكن أن تبدأ في توليد الكهرباء بسرعة رياح تبلغ 3 م/ثانية.

خاتمة

يتطلب اختيار توربينات الرياح تحقيق التوازن بين الكفاءة والتكلفة والموثوقية. بالنسبة لمعظم المشاريع:

طاقة الرياح البرية: مولد مزدوج التغذية (توازن بين الأداء والسعر).

طاقة الرياح البحرية: مولد متزامن مغناطيسي دائم الدفع المباشر (موثوقية عالية، صيانة منخفضة).

طاقة الرياح الموزعة: المولدات غير المتزامنة (منخفضة التكلفة) أو المولدات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم (عالية الكفاءة).

مع انخفاض تكلفة المواد المغناطيسية الدائمة ونضج تكنولوجيا الدفع المباشر، فإن توليد طاقة الرياح سيكون أكثر كفاءة وهدوءًا واستدامة في المستقبل.