Wie lässt sich die Stromerzeugungseffizienz von Windkraftanlagen verbessern?

1. Blade Evolution: Windenergie fester greifen

Die Rotorblätter sind die „Handfläche“ von Windkraftanlagen, und ihre Fähigkeit, Windenergie einzufangen, hängt vollständig von ihren Konstruktionsmerkmalen ab.

Herkömmliche Rotorblätter sind wie starr geformte „Pappkartons“, die von wechselnden Winden leicht umgeworfen werden können. Intelligente Rotorblätter wurden längst weiterentwickelt:

Mehr Wert auf die Form legen: Mithilfe aerodynamischer Simulationen soll eine „gedrehte und verdrehte“ Kontur entworfen werden, ähnlich den Flügeln von Vögeln, die den optimalen Kraftwinkel unabhängig von der Windstärke – ob leichte Brise oder starker Wind – beibehalten kann.

Leichte Materialien: Kohlenstoff- und Glasfaser ersetzen schwere Metalle, und die Rotorblätter sind sowohl leicht als auch robust. Sie sparen nicht nur Energie beim Drehen, sondern können auch länger gefertigt werden – für jede 10%ige Verlängerung der Rotorblätter kann die Schnittfläche um 21% erhöht werden, was zu einer höheren Stromerzeugung führt;

Flexiblere Steuerung: In Kombination mit einem intelligenten Pitch-System öffnen sich die Rotorblätter bei geringer Windgeschwindigkeit in einem größeren Winkel, um mehr Wind einzufangen, und schließen sich bei hoher Windgeschwindigkeit in einem kleineren Winkel, um die Sicherheit zu gewährleisten und die Verschwendung von Windenergie zu vermeiden.

Die 15-MW-Offshore-Windkraftanlage von Goldwind Technology mit ihren 78,5 Meter langen, optimierten Rotorblättern weist beispielsweise eine um 15 % höhere Windenergieausnutzungseffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Modellen auf und kann jährlich Millionen Kilowattstunden mehr Strom erzeugen!

2. Kernkomponenten-Upgrade: Reduzierung von Energieverlusten

Nachdem die Windenergie von den Rotorblättern eingefangen wurde, muss sie durch Übertragung, Stromerzeugung und Umwandlung in elektrische Energie umgewandelt werden, wobei es bei jedem Schritt zu Energieverlusten kommen kann, ähnlich wie bei einem undichten Wasserrohr.

Getriebesystem: Herkömmliche Getriebe weisen Übertragungsverluste von 5 % bis 8 % auf. Heutzutage kommt die beliebte „Direktantriebs“-Bauweise zum Einsatz, bei der das Getriebe entfällt und die Schaufeln den Generator direkt antreiben. Dadurch werden die Verluste auf 1 % bis 2 % reduziert und das Ausfallrisiko minimiert.

Generator: Ersetzen Sie den alten Asynchrongenerator durch einen Permanentmagnet-Synchrongenerator, der keinen zusätzlichen Verbrauch elektrischer Energie zur Erzeugung eines Magnetfelds benötigt und dessen Umwandlungseffizienz von etwa 90 % auf 96 % - 98 % erhöht wird;

Wechselrichter: Wie ein „Regler“ der elektrischen Energie kann der verbesserte dreistufige Wechselrichter einen Umwandlungswirkungsgrad von 99 % erreichen, Energieverluste reduzieren und das Stromnetz stabiler machen.

Die „kleinen Verbesserungen“ dieser Komponenten können in Kombination die Gesamteffizienz der Maschine um mehr als 10 % steigern, und die langfristigen Vorteile sind beträchtlich!

3. Optimierter Betrieb und Wartung: Gewährleistung eines „gesunden und voll ausgelasteten“ Zustands der Anlage

Windkraftanlagen sind das ganze Jahr über Wind und Sonne ausgesetzt, und die Ansammlung von Staub auf den Rotorblättern sowie der Verschleiß der Bauteile verringern unmerklich die Effizienz, genau wie Autos, die nicht gewartet werden, immer sparsamer im Kraftstoffverbrauch werden.

Der heutige intelligente Betrieb und die Instandhaltung haben sich längst von der "erfahrungsbasierten Instandhaltung" verabschiedet:

Tägliche Reinigung: Durch die regelmäßige Reinigung der Rotorblätter von Staub und Vogelkot mit Hochdruckreinigungsrobotern kann die Windenergienutzungseffizienz um 3 bis 5 % wiederhergestellt werden.

Vorausschauende Wartung: Echtzeitüberwachung der Getriebetemperatur, der Lagerschwingungen und anderer Daten mittels Sensoren, wobei KI-Algorithmen zur Vorhersage von Fehlern, zur frühzeitigen Reparatur und zur Vermeidung von Betriebsstörungen oder plötzlichen Abschaltungen eingesetzt werden – es sei darauf hingewiesen, dass ein eintägiger Anlagenstillstand zu einem Stromverlust von Zehntausenden von kWh führen kann;

Modernisierung alter Anlagen: Bei „alten Anlagen“, die seit vielen Jahren in Betrieb sind, kann der Austausch der Rotorblätter und die Modernisierung der Steuerungssysteme die Effizienz um 10 bis 20 Prozent steigern, was kostengünstiger ist als der Bau neuer Anlagen.

Ein bestimmter Windpark konnte die jährliche Stromerzeugungseffizienz seiner Anlagen durch „vierteljährliche Reinigung + KI-gestützte Wartung“ um 7 % steigern und damit innerhalb eines Jahres Millionen von Yuan einsparen!

4. Technologische „grenzüberschreitende Integration“: Neue Effizienzgrenzen erkunden

Neben der Optimierung einzelner Anlagen erforscht die Branche auch fortschrittlichere Wege zur Verbesserung der Gesamteffizienz von Windparks.

Kooperative Steuerung auf Windparkebene: Die Einheiten dürfen nicht mehr "allein gegeneinander antreten", sondern durch eine einheitliche Systemplanung werden Winkel und Geschwindigkeit jeder Einheit angepasst, um die Nachlaufstörungen der vorherigen Einheit zu vermeiden. Dadurch kann die Gesamtstromerzeugung um 9 % gesteigert werden.

Schwimmende Offshore-Windkraft: Die Turbine wird auf einer schwimmenden Plattform montiert und in der Tiefsee in einer Tiefe von über 50 Metern eingesetzt – wo die Windgeschwindigkeit höher und stabiler ist und die jährliche Stromerzeugung mehr als 1000 Stunden länger ist als an Land;

Integrierte Solarenergiespeicherung und Windkraft: In Kombination mit Photovoltaik und Energiespeicherbatterien wird Windenergie gespeichert, wenn sie im Überfluss vorhanden ist, und wieder abgegeben, wenn sie knapp ist. Sie kann zudem die Photovoltaikanlage ergänzen, Verluste durch Abregelung der Windenergie vermeiden und die Gesamtenergieeffizienz um 8 % steigern.

Fazit: Effiziente Windenergie trägt zu einer grünen Zukunft bei

Von der „kleinen Konstruktion“ der Rotorblätter bis zur „großen Synergie“ des Systems ist jede Verbesserung der Effizienz von Windkraftanlagen ein wichtiger Schritt hin zu „erschwinglicher und stabiler“ sauberer Energie.

Mit der Entwicklung neuer Materialien und künstlicher Intelligenz sowie der kontinuierlichen Integration von Energiespeichertechnologien werden zukünftige Windkraftanlagen intelligenter und effizienter. So kann jeder Windstoß in sauberen Strom umgewandelt werden, der unser Leben erhellt. Welche anderen zukunftsweisenden Technologien im Bereich Windenergie interessieren Sie? Hinterlassen Sie gerne einen Kommentar und diskutieren Sie mit!

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