Вырабатывает ли ветряная турбина больше электроэнергии, чем быстрее она вращается?

Проще говоря, ветряная турбина не вырабатывает больше электроэнергии по мере увеличения скорости вращения. У нее есть оптимальный диапазон скоростей, за пределами которого она может перестать вырабатывать электроэнергию или снизить свою эффективность.

Ниже приведено подробное объяснение:

1. При номинальной скорости ветра: чем выше скорость, тем больше (в определенном диапазоне).

Когда скорость ветра увеличивается от нуля, лопасти генератора начинают вращаться, и чем выше скорость (скорость на концах лопастей), тем больше вырабатываемая мощность. Этот процесс соответствует нашей интуиции.

2. После достижения номинальной скорости ветра: постоянная мощность, дальнейшее увеличение не требуется.

Это самый важный момент. Каждая ветряная турбина имеет расчетную номинальную мощность (например, 2 мегаватта) и номинальную скорость ветра (обычно около 12-15 метров в секунду).

Когда скорость ветра достигнет номинальной, система управления будет активно ограничивать скорость вращения лопастей и количество улавливаемой ветровой энергии путем регулировки угла наклона лопастей (шага) и другими методами, чтобы стабилизировать выработку электроэнергии на номинальном уровне и предотвратить ее дальнейшее увеличение.

Зачем это делается? Чтобы защитить ключевые компоненты, такие как генераторы и редукторы, от чрезмерного механического воздействия и перегорания электрической энергии. Неограниченное ускорение может серьезно повредить оборудование.

3. Превышение предельной скорости ветра: безопасное отключение, прекращение выработки электроэнергии.

Когда скорость ветра становится слишком высокой и достигает предельной скорости (обычно около 25 метров в секунду, что эквивалентно штормовому ветру силой 10 баллов), чтобы предотвратить повреждение конструкции из-за экстремальных ветровых нагрузок, система управления полностью поворачивает лопасти (параллельно направлению ветра, как крыло самолета), в результате чего вентилятор останавливается и тормозит, а выработка электроэнергии прекращается.

Ключевое дополнение: эффективность и «соотношение скорости на кончике лопасти».

Целью ветроэнергетики является достижение оптимальной аэродинамической эффективности, а не просто высокой скорости. Эта эффективность измеряется параметром, называемым «коэффициентом быстроходности» (отношение скорости на конце лопасти к скорости ветра). Для каждой конструкции лопасти существует оптимальное значение коэффициента быстроходности, и система управления стремится обеспечить работу ветротурбины в этой оптимальной точке, чтобы гарантировать максимальное преобразование энергии ветра в механическую энергию.

Слишком высокая скорость, помимо проблем с безопасностью оборудования, может также привести к снижению эффективности из-за усиления турбулентности и сопротивления.

Образная метафора

Можно представить ветряную турбину как автомобиль с интеллектуальным круиз-контролем:

Начальный этап (легкий ветерок): чем сильнее подача газа (ветер), тем выше скорость движения транспортного средства (обороты в минуту) и тем больше дорог (для выработки электроэнергии) может быть проложено естественным образом.

Движение по трассе (номинальная скорость ветра): Даже при резком нажатии на педаль акселератора электронная система ограничит скорость до 120 километров в час (номинальная мощность) для защиты двигателя и соблюдения правил безопасности.

Экстремальные погодные условия (шторм): система заставит вас остановиться (скрыть парковку) и подождать, пока погода улучшится, прежде чем ехать дальше.

В заключение:
Мощность ветряной турбины увеличивается с ростом скорости ветра до достижения номинальной мощности. После этого скорость и мощность активно регулируются для обеспечения безопасности оборудования и поддержания стабильной и эффективной работы. Поэтому принцип «чем быстрее, тем больше» применим только при низких скоростях ветра, тогда как при высоких скоростях ветра необходимо обеспечивать стабильность и безопасность.