راندمان تولید برق توربینهای بادی در مناطقی با سرعت باد کم یا ناپایدار چقدر است؟
این سوال بسیار خوبی است و یکی از چالشهای اصلی پیش روی صنعت انرژی بادی در گسترش بازار خود است. به عبارت ساده، در مناطقی با سرعت باد کم یا ناپایدار، راندمان تولید برق توربینهای بادی سنتی در واقع به طور قابل توجهی کاهش مییابد، اما از طریق مجموعهای از نوآوریهای تکنولوژیکی هدفمند و راهحلهای کلی، میتوان به توسعه اقتصادی مقرون به صرفه دست یافت.
در زیر چندین توضیح مفصل آمده است:
۱. چالش: چرا کارایی کاهش مییابد؟
رابطه مکعبی بین سرعت باد و توان: توان خروجی یک توربین بادی با مکعب سرعت باد نسبت مستقیم دارد. این بدان معناست که اگر سرعت باد به نصف کاهش یابد، از نظر تئوری تولید برق به ۱/۸ مقدار اولیه کاهش مییابد. بنابراین، سرعتهای پایین باد برای تولید برق مخرب هستند.
محدودیت سرعت باد: توربینهای بادی سنتی دارای یک «کاهش سرعت باد» (معمولاً ۳-۴ متر بر ثانیه) هستند که در کمتر از آن، توربین نمیتواند تولید برق را آغاز کند.
سرعت باد ناپایدار: نوسانات مکرر در سرعت باد میتواند منجر به تغییرات مکرر در شروع، توقف، انحراف و گام توربین بادی شود که نه تنها تلفات مکانیکی را افزایش میدهد، بلکه نمیتواند به طور پایدار روی منحنی توان بهینه کار کند و در نتیجه باعث کاهش بهرهوری کلی از ظرفیت میشود.
شدت تلاطم بالا: بادهای ناپایدار اغلب با تلاطم بالا همراه هستند و بار فن را افزایش میدهند. برای اطمینان از ایمنی، گاهی اوقات لازم است که عملکرد برق کاهش یابد یا فن خاموش شود.
۲، راه حل: چگونه میتوان راندمان تولید برق را در مناطق با سرعت باد کم/ناپایدار بهبود بخشید؟
در پاسخ به این چالشها، فناوری مدرن انرژی بادی، به ویژه توربینهای بادی کمسرعت، راهحلهای کاملی را توسعه داده است:
۱. افزایش ناحیه جاروب:
افزایش طول پرهها: این روش مستقیمترین و مؤثرترین روش است. پرههای بلندتر میتوانند انرژی باد بیشتری را جذب کرده و گشتاور کافی برای به حرکت درآوردن ژنراتور حتی در سرعتهای پایین باد ایجاد کنند. قطر پروانه فنهای مدرن کمسرعت در حال بزرگتر و بزرگتر شدن است.
بهینهسازی طراحی آیرودینامیکی: برای افزایش راندمان جذب انرژی باد، از شکلهای پیشرفتهتر ایرفویل و پره استفاده کنید.
۲. کاهش سرعت باد و سرعت باد نامی:
با بهبود استراتژی کنترل و طراحی ژنراتور، میتوان کاهش سرعت باد را به ۲ تا ۲.۵ متر بر ثانیه یا حتی کمتر کاهش داد.
«سرعت باد نامی» (سرعت بادی که به حداکثر توان میرسد) را کاهش دهید تا توربین بادی بتواند در سرعتهای باد پایینتر به توان نامی برسد.
۳. ارتفاع برج را افزایش دهید:
سرعت باد با ارتفاع افزایش مییابد (اثر برش باد). با استفاده از یک دکل بلندتر، میتوان هاب را در ارتفاع بالاتر و پایدارتری با سرعت باد بالاتر قرار داد و تولید برق را به طور قابل توجهی افزایش داد.
۴. فناوری کنترل هوشمند پیشرفته:
کنترل هوشمند گام و گشتاور: زاویه پره و گشتاور ژنراتور را بر اساس سرعت باد لحظهای به طور دقیق تنظیم کنید، جذب انرژی را به حداکثر برسانید و بار ناشی از باد ناپایدار را کاهش دهید.
کنترل پیشبینانه: ترکیب با LiDAR برای اندازهگیری سرعت باد به صورت آیندهنگر، تنظیم وضعیت فن از قبل، تنظیم توان خروجی و کاهش شوک مکانیکی.
کنترل مشارکتی مزارع بادی: بهینه سازی استراتژی بهره برداری از توربین های بادی در کل مزرعه بادی، کاهش تأثیر موج و افزایش کل تولید برق در کل سایت.
۵. طراحی مدل مناسب برای شرایط باد خاص:
توربینهای بادی تقویتشده را برای میدانهای بادی با تلاطم بالا و زمینهای پیچیده (مانند مناطق کوهستانی) طراحی کنید که بتوانند بارهای پیچیدهتری را تحمل کرده و عملکرد کارآمدی داشته باشند.
۳، شاخصهای جامع اثر و اندازهگیری
پس از بهینهسازی فوق، ساعات کارکرد کامل معادل سالانه توربینهای بادی کمسرعت مدرن میتواند در مناطقی با سرعت باد کمتر (مانند سرعت باد متوسط سالانه ۵.۵ تا ۶.۵ متر بر ثانیه) به بیش از ۲۰۰۰ ساعت برسد که ارزش توسعه اقتصادی دارد. در مناطق سنتی با سرعت باد بالا (با سرعت باد متوسط سالانه بیش از ۸ متر بر ثانیه)، این عدد ممکن است بین ۳۰۰۰ تا ۴۰۰۰ ساعت باشد.
شاخص اندازهگیری کلیدی - هزینه تراز شده برق (LCOE):
معیار ارزیابی نهایی صرفاً «راندمان» نیست، بلکه هزینه تولید برق است. از طریق فناوری فوق، اگرچه هزینه یک واحد (بهویژه پرهها و برج) ممکن است افزایش یابد، اما تولید برق را در مناطق با سرعت باد کم به میزان قابل توجهی افزایش میدهد و در نتیجه هزینه برق تراز شده به ازای هر کیلووات ساعت را کاهش میدهد و باعث میشود کل پروژه بازگشت سرمایه داشته باشد.
۴، روندهای آینده
بزرگتر و سفارشی: توربینهای بادی همچنان به سمت قطر پرههای بزرگتر و سازههای برج بلندتر توسعه مییابند و راهحلهای بسیار سفارشی برای مناطق مختلف منابع بادی ارائه میدهند.
همراه با ذخیرهسازی انرژی: برای مناطقی با سرعت باد ناپایدار، «انرژی باد + ذخیرهسازی انرژی» (مانند ذخیرهسازی انرژی باتری) به یک پیکربندی استاندارد برای هموارسازی خروجی، مشارکت در تنظیم فرکانس شبکه، بهبود کیفیت برق و دستیابی به اتصال شبکهای دوستانهتر تبدیل خواهد شد.
انرژی بادی توزیعشده و عمومی: در مناطقی با سرعت باد کم اما نزدیک به بارهای الکتریکی (مانند مناطق مرکزی و جنوب شرقی چین)، نصب یک یا چند توربین بادی با سرعت باد کم میتواند مستقیماً برق را به پارک یا جامعه تأمین کند، تلفات انتقال را کاهش دهد و مزایای اقتصادی آن آشکار میشود.
خلاصه
در مناطقی با سرعت باد کم یا ناپایدار، راندمان تولید برق توربینهای بادی استاندارد سنتی در واقع ایدهآل نیست. با این حال، توربینهای بادی مدرن با سرعت باد کم که به طور خاص طراحی شدهاند، توانستهاند انرژی باد را از طریق مجموعهای از فناوریها مانند بهینهسازی آیرودینامیکی، کنترل هوشمند و افزایش اندازه و ارتفاع، به طور مؤثر جذب کنند و منابع بادی را که قبلاً برای توسعه ارزشمند نبودند، به برق مقرون به صرفه تبدیل کنند. بنابراین، "راندمان تولید برق" در این مناطق از یک چالش فنی به یک مسئله بهینهسازی از طریق راهحلهای فنی جامع تغییر یافته و به یک بازار رشد مهم برای توسعه جهانی انرژی بادی تبدیل شده است.
