Berapakah efisiensi pembangkitan daya turbin angin di daerah dengan kecepatan angin rendah atau tidak stabil?

Ini adalah pertanyaan yang sangat bagus dan salah satu tantangan inti yang dihadapi oleh industri tenaga angin dalam memperluas pasarnya. Sederhananya, di daerah dengan kecepatan angin rendah atau tidak stabil, efisiensi pembangkitan listrik turbin angin tradisional memang menurun secara signifikan, tetapi melalui serangkaian inovasi teknologi yang tepat sasaran dan solusi menyeluruh, pengembangan yang layak secara ekonomi sudah dapat dicapai.

Berikut beberapa penjelasan rinci:
1. Tantangan: Mengapa efisiensi menurun?

Hubungan kubik antara kecepatan angin dan daya: Daya keluaran turbin angin berbanding lurus dengan pangkat tiga kecepatan angin. Ini berarti bahwa jika kecepatan angin berkurang setengahnya, secara teoritis pembangkitan daya akan berkurang menjadi 1/8 dari semula. Oleh karena itu, kecepatan angin yang rendah merusak pembangkitan daya.

Batas kecepatan angin minimum: Turbin angin tradisional memiliki "batas kecepatan angin minimum" (biasanya 3-4 meter/detik), di bawah kecepatan tersebut turbin tidak dapat mulai menghasilkan listrik.

Kecepatan angin yang tidak stabil: Fluktuasi kecepatan angin yang sering terjadi dapat menyebabkan seringnya perubahan start-stop, yaw, dan pitch pada turbin angin, yang tidak hanya meningkatkan kerugian mekanis tetapi juga menyebabkan turbin tidak dapat beroperasi secara stabil pada kurva daya optimal, sehingga mengakibatkan pemanfaatan kapasitas keseluruhan yang rendah.

Intensitas turbulensi tinggi: Angin yang tidak stabil sering disertai turbulensi tinggi, sehingga meningkatkan beban pada kipas. Untuk memastikan keamanan, terkadang perlu mengurangi daya operasi atau mematikan kipas.

2. Solusi: Bagaimana cara meningkatkan efisiensi pembangkitan listrik di daerah dengan kecepatan angin rendah/tidak stabil?

Sebagai respons terhadap tantangan-tantangan ini, teknologi tenaga angin modern, khususnya turbin angin berkecepatan rendah, telah mengembangkan solusi-solusi yang matang:

1. Perluas area penyapuan:

Memperpanjang bilah: Ini adalah metode yang paling langsung dan efektif. Bilah yang lebih panjang dapat menangkap lebih banyak energi angin dan menghasilkan torsi yang cukup untuk menggerakkan generator bahkan pada kecepatan angin rendah. Diameter impeler kipas berkecepatan rendah modern semakin besar.

Optimalkan desain aerodinamis: adopsi bentuk airfoil dan bilah yang lebih canggih untuk meningkatkan efisiensi penangkapan energi angin.

2. Kurangi batas kecepatan angin dan kecepatan angin nominal:

Dengan meningkatkan strategi kontrol dan desain generator, pengurangan kecepatan angin dapat dikurangi menjadi 2-2,5 meter per detik atau bahkan lebih rendah.

Kurangi 'kecepatan angin nominal' (kecepatan angin yang mencapai daya penuh) agar turbin angin dapat mencapai daya nominal pada kecepatan angin yang lebih rendah.

3. Tingkatkan ketinggian menara:

Kecepatan angin meningkat seiring dengan ketinggian (efek geser angin). Dengan menggunakan menara yang lebih tinggi, hub dapat ditempatkan pada ketinggian yang lebih tinggi dan lebih stabil dengan kecepatan angin yang lebih tinggi, sehingga secara signifikan meningkatkan pembangkitan daya.

4. Teknologi kontrol cerdas tingkat lanjut:

Kontrol pitch dan torsi yang cerdas: Menyesuaikan sudut bilah dan torsi generator secara akurat berdasarkan kecepatan angin sesaat, memaksimalkan penangkapan energi, dan mengurangi beban yang disebabkan oleh angin yang tidak stabil.

Kontrol prediktif: menggabungkan dengan LiDAR untuk mengukur kecepatan angin secara prospektif, menyesuaikan status kipas terlebih dahulu, menghaluskan keluaran daya, dan mengurangi guncangan mekanis.

Pengendalian kolaboratif ladang angin: Mengoptimalkan strategi pengoperasian turbin angin di seluruh ladang angin, mengurangi dampak turbulensi, dan meningkatkan total pembangkitan daya di seluruh lokasi.

5. Desain model yang sesuai untuk kondisi angin tertentu:

Merancang turbin angin yang disempurnakan untuk medan angin dengan turbulensi tinggi dan medan yang kompleks (seperti daerah pegunungan) yang dapat menahan beban yang lebih kompleks dan mempertahankan operasi yang efisien.

3. Dampak komprehensif dan indikator pengukuran

Setelah optimasi di atas, jam operasi penuh tahunan setara dari turbin angin berkecepatan rendah modern dapat mencapai lebih dari 2000 jam di daerah dengan kecepatan angin yang lebih rendah (seperti kecepatan angin rata-rata tahunan 5,5-6,5 meter/detik), yang memiliki nilai pengembangan ekonomi. Di daerah dengan kecepatan angin tinggi tradisional (dengan kecepatan angin rata-rata tahunan lebih dari 8 meter per detik), angka ini mungkin antara 3000-4000 jam.

Indikator pengukuran utama - Biaya Listrik yang Dirata-ratakan (Levelized Cost of Electricity/LCOE):
Kriteria evaluasi utama bukanlah sekadar 'efisiensi', tetapi biaya pembangkitan listrik. Melalui teknologi di atas, meskipun biaya satu unit (terutama bilah dan menara) mungkin meningkat, hal ini secara signifikan meningkatkan pembangkitan listrik di daerah dengan kecepatan angin rendah, sehingga mengurangi biaya listrik per kilowatt jam, dan membuat proyek secara keseluruhan memiliki pengembalian investasi.

4. Tren Masa Depan

Lebih besar dan disesuaikan: Turbin angin terus berkembang menuju diameter bilah yang lebih besar dan struktur menara yang lebih tinggi, serta menyediakan solusi yang sangat disesuaikan untuk berbagai area sumber daya angin.

Dikombinasikan dengan penyimpanan energi: Untuk daerah dengan kecepatan angin yang tidak stabil, "tenaga angin + penyimpanan energi" (seperti penyimpanan energi baterai) akan menjadi konfigurasi standar untuk menghaluskan keluaran, berpartisipasi dalam pengaturan frekuensi jaringan, meningkatkan kualitas daya, dan mencapai koneksi jaringan yang lebih ramah.

Pembangkit listrik tenaga angin terdistribusi dan komunitas: Di daerah dengan kecepatan angin rendah tetapi dekat dengan beban listrik (seperti wilayah tengah dan tenggara Tiongkok), pemasangan satu atau beberapa turbin angin berkecepatan rendah dapat langsung memasok listrik ke taman atau komunitas, mengurangi kerugian transmisi, dan manfaat ekonominya semakin terlihat.

ringkasan

Di daerah dengan kecepatan angin rendah atau tidak stabil, efisiensi pembangkitan listrik turbin angin standar tradisional memang tidak ideal. Namun, turbin angin modern berkecepatan rendah yang dirancang khusus telah mampu menangkap energi angin secara efisien melalui serangkaian teknologi seperti optimasi aerodinamis, kontrol cerdas, dan peningkatan ukuran serta ketinggian, mengubah sumber daya angin yang sebelumnya tidak berharga untuk pengembangan menjadi listrik yang layak secara ekonomi. Oleh karena itu, "efisiensi pembangkitan listrik" di wilayah ini telah bergeser dari tantangan teknis menjadi masalah optimasi melalui solusi teknis yang komprehensif, dan telah menjadi pasar pertumbuhan penting bagi pengembangan tenaga angin global.