Какова эффективность выработки электроэнергии ветровыми турбинами в районах с низкой или нестабильной скоростью ветра?

Это очень хороший вопрос, и одна из ключевых проблем, стоящих перед ветроэнергетической отраслью при расширении своего рынка. Проще говоря, в районах с низкой или нестабильной скоростью ветра эффективность выработки электроэнергии традиционными ветряными турбинами действительно значительно снижается, но благодаря ряду целенаправленных технологических инноваций и комплексных решений экономически целесообразное развитие уже возможно.

Ниже приведены несколько подробных пояснений:
1. Задача: Почему снижается эффективность?

Кубическая зависимость между скоростью ветра и мощностью: выходная мощность ветряной турбины прямо пропорциональна кубу скорости ветра. Это означает, что если скорость ветра уменьшится вдвое, теоретически выработка электроэнергии снизится до 1/8 от первоначальной. Следовательно, низкая скорость ветра губительна для выработки электроэнергии.

Ограничение по скорости ветра: Традиционные ветротурбины имеют ограничение по скорости ветра (обычно 3-4 метра в секунду), ниже которого турбина не может начать вырабатывать электроэнергию.

Нестабильная скорость ветра: Частые колебания скорости ветра могут приводить к частым запускам и остановкам, а также к изменению угла наклона и тангажа ветряной турбины, что не только увеличивает механические потери, но и препятствует стабильной работе на оптимальной кривой мощности, в результате чего снижается общий коэффициент использования мощности.

Интенсивность турбулентности высока: Нестабильный ветер часто сопровождает сильную турбулентность, увеличивая нагрузку на вентилятор. Для обеспечения безопасности иногда необходимо снизить мощность или остановить работу вентилятора.

2. Решение: Как повысить эффективность выработки электроэнергии в районах с низкой скоростью ветра/нестабильной погодой?

В ответ на эти вызовы современные технологии ветроэнергетики, особенно низкоскоростные ветротурбины, разработали отработанные решения:

1. Увеличьте площадь подметания:

Удлинение лопастей: это самый прямой и эффективный метод. Более длинные лопасти позволяют улавливать больше энергии ветра и создавать достаточный крутящий момент для привода генератора даже при низких скоростях ветра. Диаметр рабочего колеса современных низкоскоростных вентиляторов постоянно увеличивается.

Оптимизация аэродинамической конструкции: использование более совершенных профилей крыла и форм лопастей для повышения эффективности улавливания энергии ветра.

2. Снизить скорость ветра и номинальную скорость ветра:

Благодаря усовершенствованию стратегии управления и конструкции генератора, снижение скорости ветра может быть достигнуто до 2-2,5 метров в секунду или даже ниже.

Снизьте номинальную скорость ветра (скорость ветра, при которой достигается полная мощность), чтобы ветряная турбина могла достигать номинальной мощности при более низких скоростях ветра.

3. Увеличьте высоту башни:

Скорость ветра увеличивается с высотой (эффект сдвига ветра). Использование более высокой башни позволяет разместить центральный узел на большей и более стабильной высоте при более высоких скоростях ветра, что значительно увеличивает выработку электроэнергии.

4. Передовая технология интеллектуального управления:

Интеллектуальное управление углом наклона и крутящим моментом: точная регулировка угла наклона лопастей и крутящего момента генератора в зависимости от мгновенной скорости ветра, максимизация выработки энергии и снижение нагрузки, вызванной нестабильным ветром.

Прогнозирующее управление: в сочетании с LiDAR позволяет прогнозировать скорость ветра, заранее корректировать состояние вентилятора, сглаживать выходную мощность и снижать механические удары.

Совместное управление ветровыми электростанциями: оптимизация стратегии работы ветротурбин на всей территории ветровой электростанции, снижение влияния турбулентного следа и увеличение общей выработки электроэнергии на всей площадке.

5. Конструкция модели, подходящая для конкретных ветровых условий:

Разрабатывать усовершенствованные ветротурбины для ветровых электростанций с высокой турбулентностью и сложным рельефом (например, горными районами), способные выдерживать более сложные нагрузки и обеспечивать эффективную работу.

3. Комплексные показатели эффективности и измерения

После вышеуказанной оптимизации эквивалентное годовое количество часов полной работы современных низкоскоростных ветротурбин может достигать более 2000 часов в районах с низкой скоростью ветра (например, со среднегодовой скоростью ветра 5,5-6,5 метров в секунду), что имеет экономическую ценность для развития. В традиционных районах с высокой скоростью ветра (со среднегодовой скоростью ветра более 8 метров в секунду) это число может составлять от 3000 до 4000 часов.

Ключевой показатель измерения — приведенная стоимость электроэнергии (LCOE):
Главным критерием оценки является не просто «эффективность», а стоимость выработки электроэнергии. Благодаря описанной выше технологии, хотя стоимость отдельного блока (особенно лопастей и башни) может увеличиться, значительно повышается выработка электроэнергии в районах с низкой скоростью ветра, что снижает удельную стоимость электроэнергии за киловатт-час и обеспечивает окупаемость инвестиций в проект в целом.

4. Будущие тенденции

Более крупные и индивидуальные решения: Ветротурбины продолжают развиваться в направлении увеличения диаметра лопастей и высоты башен, предлагая высокоиндивидуализированные решения для различных ветроэнергетических зон.

В сочетании с накопителями энергии: для районов с нестабильной скоростью ветра "ветровая энергия + накопители энергии" (например, аккумуляторные батареи) станут стандартной конфигурацией для сглаживания выходной мощности, участия в регулировании частоты сети, улучшения качества электроэнергии и обеспечения более эффективного подключения к сети.

Распределенная и коммунальная ветроэнергетика: в районах с низкой скоростью ветра, но вблизи источников электроэнергии (например, в центральных и юго-восточных регионах Китая), установка одной или нескольких ветротурбин, работающих при низкой скорости ветра, может напрямую поставлять электроэнергию в парк или населенный пункт, снижая потери при передаче, и ее экономические преимущества становятся очевидными.

краткое содержание

В районах с низкой или нестабильной скоростью ветра эффективность выработки электроэнергии традиционными стандартными ветротурбинами действительно не идеальна. Однако специально разработанные современные ветротурбины для низких скоростей ветра смогли эффективно использовать энергию ветра благодаря ряду технологий, таких как аэродинамическая оптимизация, интеллектуальное управление, а также увеличение размеров и высоты, преобразуя ранее не представляющие ценности для развития ветровые ресурсы в экономически выгодную электроэнергию. Таким образом, «эффективность выработки электроэнергии» в этих регионах перешла из разряда технических проблем в разряд задач оптимизации за счет комплексных технических решений и стала важным рынком роста для развития мировой ветроэнергетики.