¿Cuál es la eficiencia de generación de energía de las turbinas eólicas en áreas con velocidades de viento bajas o inestables?

Esta es una excelente pregunta y uno de los principales desafíos que enfrenta la industria eólica para expandir su mercado. En resumen, en zonas con velocidades de viento bajas o inestables, la eficiencia de generación de energía de las turbinas eólicas tradicionales disminuye significativamente, pero mediante una serie de innovaciones tecnológicas específicas y soluciones integrales, ya se puede lograr un desarrollo económicamente viable.

A continuación se presentan varias explicaciones detalladas:
1、 Desafío: ¿Por qué disminuye la eficiencia?

La relación cúbica entre la velocidad del viento y la potencia: La potencia de salida de un aerogenerador es directamente proporcional al cubo de la velocidad del viento. Esto significa que si la velocidad del viento se reduce a la mitad, teóricamente la generación de energía se reducirá a 1/8 de la original. Por lo tanto, las bajas velocidades del viento son perjudiciales para la generación de energía.

Límite de velocidad del viento: Las turbinas eólicas tradicionales tienen un "límite de velocidad del viento" (normalmente de 3 a 4 metros/segundo), por debajo del cual la turbina no puede empezar a generar electricidad.

Velocidad del viento inestable: las fluctuaciones frecuentes en la velocidad del viento pueden provocar frecuentes arranques y paradas, cambios de guiñada y de paso de la turbina eólica, lo que no solo aumenta las pérdidas mecánicas sino que también no puede funcionar de manera estable en la curva de potencia óptima, lo que resulta en una baja utilización de la capacidad general.

Alta intensidad de turbulencia: Los vientos inestables suelen acompañar a la alta turbulencia, lo que aumenta la carga del ventilador. Para garantizar la seguridad, a veces es necesario reducir la potencia o apagar el ventilador.

2. Solución: ¿Cómo mejorar la eficiencia de generación de energía en áreas inestables o con baja velocidad del viento?

En respuesta a estos desafíos, la tecnología moderna de energía eólica, especialmente las turbinas eólicas de baja velocidad, ha desarrollado soluciones maduras:

1. Aumente el área de barrido:

Extensión de las aspas: Este es el método más directo y eficaz. Unas aspas más largas pueden captar más energía eólica y generar suficiente par para impulsar el generador incluso con vientos bajos. El diámetro del impulsor de los ventiladores modernos de baja velocidad es cada vez mayor.

Optimizar el diseño aerodinámico: adoptar formas de palas y perfiles aerodinámicos más avanzados para mejorar la eficiencia de captura de energía eólica.

2. Reducir el corte en la velocidad del viento y la velocidad nominal del viento:

Al mejorar la estrategia de control y el diseño del generador, el corte en la velocidad del viento se puede reducir a 2-2,5 metros por segundo o incluso menos.

Reducir la "velocidad nominal del viento" (la velocidad del viento que alcanza la potencia máxima) para permitir que la turbina eólica alcance la potencia nominal a velocidades del viento más bajas.

3. Aumentar la altura de la torre:

La velocidad del viento aumenta con la altura (efecto de cizalladura del viento). Al usar una torre más alta, el centro puede ubicarse a una altura mayor y más estable con vientos más rápidos, lo que aumenta significativamente la generación de energía.

4. Tecnología de control inteligente avanzada:

Control inteligente de paso y torque: ajusta con precisión el ángulo de la pala y el torque del generador en función de la velocidad instantánea del viento, maximiza la captura de energía y reduce la carga causada por el viento inestable.

Control predictivo: se combina con LiDAR para medir la velocidad del viento de forma prospectiva, ajustar el estado del ventilador con antelación, suavizar la salida de potencia y reducir los golpes mecánicos.

Control colaborativo de parques eólicos: Optimizar la estrategia de operación de los aerogeneradores en todo el parque eólico, reducir el impacto de la estela y aumentar la generación total de energía de todo el sitio.

5. Diseño del modelo adecuado para condiciones de viento específicas:

Diseñar turbinas eólicas mejoradas para campos de viento con alta turbulencia y terrenos complejos (como áreas montañosas) que puedan soportar cargas más complejas y mantener un funcionamiento eficiente.

3、 Indicadores integrales de efecto y medición

Tras la optimización mencionada, las horas de funcionamiento completo equivalentes anuales de los aerogeneradores modernos de baja velocidad pueden superar las 2000 horas en zonas con vientos más bajos (por ejemplo, con una velocidad media anual de 5,5 a 6,5 ​​metros por segundo), lo que contribuye al desarrollo económico. En zonas con vientos tradicionales de alta velocidad (con una velocidad media anual superior a 8 metros por segundo), esta cifra puede oscilar entre 3000 y 4000 horas.

Indicador clave de medición: Costo nivelado de la electricidad (LCOE):
El criterio de evaluación fundamental no es simplemente la eficiencia, sino el costo de generación de energía. Con esta tecnología, si bien el costo de una sola unidad (especialmente las aspas y la torre) puede aumentar, se incrementa significativamente la generación de energía en zonas con vientos bajos, reduciendo así el costo normalizado de la electricidad por kilovatio hora, lo que permite un retorno de la inversión del proyecto.

4、 Tendencias futuras

Más grandes y personalizados: las turbinas eólicas continúan desarrollándose hacia diámetros de palas mayores y estructuras de torres más altas, y brindan soluciones altamente personalizadas para diferentes áreas de recursos eólicos.

Combinado con almacenamiento de energía: para áreas con velocidades de viento inestables, la "energía eólica + almacenamiento de energía" (como el almacenamiento de energía en baterías) se convertirá en una configuración estándar para suavizar la producción, participar en la regulación de frecuencia de la red, mejorar la calidad de la energía y lograr una conexión a la red más amigable.

Energía eólica distribuida y comunitaria: En áreas con bajas velocidades del viento pero cercanas a cargas eléctricas (como las regiones central y sudoriental de China), la instalación de una o varias turbinas eólicas de baja velocidad del viento puede suministrar energía directamente al parque o la comunidad, reduciendo las pérdidas de transmisión, y sus beneficios económicos se están volviendo evidentes.

resumen

En zonas con vientos bajos o inestables, la eficiencia de generación de energía de los aerogeneradores tradicionales no es ideal. Sin embargo, aerogeneradores modernos de baja velocidad, especialmente diseñados, han logrado captar eficientemente la energía eólica mediante tecnologías como la optimización aerodinámica, el control inteligente y el aumento de tamaño y altura, transformando recursos eólicos que antes no eran valiosos para el desarrollo en electricidad económicamente viable. Por lo tanto, la eficiencia de generación de energía en estas regiones ha pasado de ser un desafío técnico a una cuestión de optimización mediante soluciones técnicas integrales, convirtiéndose en un importante mercado en crecimiento para el desarrollo global de la energía eólica.