Mekkora a szélturbinák energiatermelési hatásfoka alacsony vagy ingadozó szélsebességű területeken?

Ez egy nagyon jó kérdés, és az egyik legfontosabb kihívás, amellyel a szélenergia-ipar szembesül piacának bővítése során. Egyszerűen fogalmazva, az alacsony vagy ingadozó szélsebességű területeken a hagyományos szélturbinák energiatermelési hatékonysága valóban jelentősen csökken, de célzott technológiai innovációk és átfogó megoldások sorozatával már most is elérhető a gazdaságilag megvalósítható fejlesztés.

Az alábbiakban számos részletes magyarázatot találsz:
1. Kihívás: Miért csökken a hatékonyság?

A szélsebesség és a teljesítmény közötti köbös kapcsolat: A szélturbina kimenő teljesítménye egyenesen arányos a szélsebesség köbével. Ez azt jelenti, hogy ha a szélsebességet a felére csökkentjük, akkor elméletileg az energiatermelés az eredeti érték 1/8-ára csökken. Ezért az alacsony szélsebesség romboló hatással van az energiatermelésre.

Szélsebesség-korlátozás: A hagyományos szélturbináknak van egy „szélsebesség-korlátozásuk” (általában 3-4 méter/másodperc), amely alatt a turbina nem tud áramot termelni.

Instabil szélsebesség: A szélsebesség gyakori ingadozása a szélturbina gyakori indítási és leállítási szögének, elfordulásának és dőlésszögének változásához vezethet, ami nemcsak a mechanikai veszteségeket növeli, hanem nem tud stabilan működni az optimális teljesítménygörbén, ami alacsony összkapacitás-kihasználást eredményez.

Nagy turbulencia intenzitása: Az instabil szél gyakran nagy turbulenciával jár, ami növeli a ventilátor terhelését. A biztonság érdekében néha szükséges a teljesítmény csökkentése vagy a leállítás.

2. Megoldás: Hogyan javítható az energiatermelés hatékonysága alacsony szélsebességű/instabil területeken?

Válaszul ezekre a kihívásokra a modern szélenergia-technológia, különösen az alacsony sebességű szélturbinák, kiforrott megoldásokat fejlesztett ki:

1. Növelje a seprési területet:

A lapátok meghosszabbítása: Ez a legközvetlenebb és leghatékonyabb módszer. A hosszabb lapátok több szélenergiát tudnak befogni, és elegendő nyomatékot tudnak generálni a generátor meghajtásához még alacsony szélsebesség mellett is. A modern, alacsony sebességű ventilátorok járókerék-átmérője egyre nagyobb.

Aerodinamikai tervezés optimalizálása: fejlettebb szárnyprofil- és lapátformák alkalmazása a szélenergia-kinyerés hatékonyságának növelése érdekében.

2. Csökkentse a szélsebesség és a névleges szélsebesség határértékét:

A szabályozási stratégia és a generátor kialakításának fejlesztésével a szélsebesség csökkentése másodpercenként 2-2,5 méterre, vagy akár alacsonyabb értékre is csökkenthető.

Csökkentse a „névleges szélsebességet” (azt a szélsebességet, amely eléri a teljes teljesítményét), hogy a szélturbina alacsonyabb szélsebességnél is elérhesse a névleges teljesítményét.

3. Növeld a torony magasságát:

A szélsebesség a magassággal növekszik (szélnyírási hatás). Magasabb torony használatával a központ magasabb és stabilabb magasságba helyezhető nagyobb szélsebességgel, ami jelentősen növeli az energiatermelést.

4. Fejlett intelligens vezérlési technológia:

Intelligens dőlésszög- és nyomatékszabályozás: A pillanatnyi szélsebesség alapján pontosan beállítja a lapátszöget és a generátor nyomatékát, maximalizálja az energiafelhasználást és csökkenti az instabil szél okozta terhelést.

Prediktív vezérlés: a LiDAR-ral kombinálva előre méri a szélsebességet, előre beállítja a ventilátor állapotát, simítja a teljesítményt és csökkenti a mechanikai ütéseket.

Szélerőművek együttműködésen alapuló irányítása: Optimalizálja a szélturbinák üzemeltetési stratégiáját a teljes szélerőműben, csökkentse a hullámzás hatását, és növelje a teljes telephely energiatermelését.

5. Meghatározott szélviszonyokhoz megfelelő modellkialakítás:

Tervezzen továbbfejlesztett szélturbinákat nagy turbulenciájú és összetett terepű (például hegyvidéki) szélmezőkhöz, amelyek képesek ellenállni az összetettebb terheléseknek és hatékony működést fenntartani.

3. Átfogó hatás- és mérési mutatók

A fenti optimalizálás után a modern, alacsony sebességű szélturbinák éves egyenértékű teljes üzemóráinak száma elérheti a 2000 órát az alacsonyabb szélsebességű területeken (például 5,5-6,5 méter/másodperc átlagos éves szélsebesség esetén), ami gazdaságfejlesztési értékkel bír. A hagyományos, nagy szélsebességű területeken (8 méter/másodperc feletti átlagos éves szélsebességgel) ez a szám 3000-4000 óra között lehet.

Fő mérési mutató - Kiegyenlített villamosenergia-költség (LCOE):
A végső értékelési kritérium nem egyszerűen a „hatékonyság”, hanem az energiatermelés költsége. A fenti technológia révén, bár egyetlen egység (különösen a lapátok és a torony) költsége növekedhet, jelentősen megnöveli az energiatermelést alacsony szélsebességű területeken, ezáltal csökkentve a kilowattóránkénti villamosenergia-költséget, így a teljes projekt megtérül.

4. Jövőbeli trendek

Nagyobbak és testreszabottabbak: A szélturbinák folyamatosan fejlődnek a nagyobb lapátátmérők és a magasabb toronyszerkezetek felé, és nagymértékben testreszabott megoldásokat kínálnak a különböző szélerőforrás-területek számára.

Energiatárolással kombinálva: Az instabil szélsebességű területeken a „szélenergia + energiatárolás” (például akkumulátoros energiatárolás) szabványos konfigurációvá válik a kimenet kiegyenlítése, a hálózati frekvenciaszabályozásban való részvétel, az energiaminőség javítása és a barátságosabb hálózati csatlakozás elérése érdekében.

Elosztott és közösségi szélenergia: Az alacsony szélsebességű, de a villamosenergia-terheléshez közeli területeken (például Kína középső és délkeleti régióiban) egy vagy több alacsony szélsebességű szélturbina telepítése közvetlenül elláthatja árammal a parkot vagy a közösséget, csökkentve az átviteli veszteségeket, és gazdasági előnyei egyre nyilvánvalóbbak.

összefoglaló

Az alacsony vagy ingadozó szélsebességű területeken a hagyományos, standard szélturbinák energiatermelési hatékonysága valóban nem ideális. A speciálisan tervezett modern, alacsony szélsebességű szélturbinák azonban számos technológia, például az aerodinamikai optimalizálás, az intelligens vezérlés, valamint a méret és a magasság növelése révén képesek hatékonyan hasznosítani a szélenergiát, így a korábban fejlesztés szempontjából nem értékes szélerőműveket gazdaságilag megvalósítható villamos energiává alakítva. Ezért az „energiatermelési hatékonyság” ezekben a régiókban a technikai kihívásból az átfogó műszaki megoldásokon keresztül optimalizálási kérdéssé vált, és a globális szélenergia-fejlesztés fontos növekedési piacává vált.