ประสิทธิภาพการผลิตพลังงานของกังหันลมในพื้นที่ที่มีความเร็วลมต่ำหรือไม่คงที่นั้นเป็นอย่างไร?

นี่เป็นคำถามที่ดีมาก และเป็นหนึ่งในความท้าทายหลักที่อุตสาหกรรมพลังงานลมเผชิญในการขยายตลาด กล่าวโดยสรุป ในพื้นที่ที่มีความเร็วลมต่ำหรือไม่คงที่ ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของกังหันลมแบบดั้งเดิมจะลดลงอย่างมาก แต่ด้วยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและโซลูชันโดยรวมที่เหมาะสม การพัฒนาที่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจก็สามารถทำได้แล้ว

ด้านล่างนี้คือคำอธิบายโดยละเอียดหลายประการ:
1. ความท้าทาย: เหตุใดประสิทธิภาพจึงลดลง?

ความสัมพันธ์แบบลูกบาศก์ระหว่างความเร็วลมและกำลังไฟฟ้า: กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้จากกังหันลมแปรผันตรงกับกำลังสามของความเร็วลม นั่นหมายความว่า หากความเร็วลมลดลงครึ่งหนึ่ง กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้จะลดลงเหลือ 1/8 ของกำลังไฟฟ้าเดิมในทางทฤษฎี ดังนั้น ความเร็วลมต่ำจึงเป็นอุปสรรคต่อการผลิตพลังงาน

ข้อจำกัดความเร็วลม: กังหันลมแบบดั้งเดิมจะมี "ข้อจำกัดความเร็วลม" (โดยปกติ 3-4 เมตร/วินาที) ซึ่งหากความเร็วลมต่ำกว่านี้ กังหันจะไม่สามารถเริ่มผลิตกระแสไฟฟ้าได้

ความเร็วลมไม่คงที่: การเปลี่ยนแปลงความเร็วลมบ่อยครั้งอาจทำให้กังหันลมต้องเริ่มหยุดทำงาน หมุน และปรับมุมใบพัดบ่อยครั้ง ซึ่งไม่เพียงแต่จะเพิ่มการสูญเสียทางกลเท่านั้น แต่ยังทำให้ไม่สามารถทำงานได้อย่างเสถียรบนเส้นโค้งกำลังไฟฟ้าที่เหมาะสม ส่งผลให้การใช้กำลังการผลิตโดยรวมต่ำลง

ความปั่นป่วนของลมสูง: ลมที่ไม่เสถียรมักมาพร้อมกับความปั่นป่วนของลมสูง ซึ่งจะเพิ่มภาระให้กับพัดลม เพื่อความปลอดภัย บางครั้งจึงจำเป็นต้องลดกำลังการทำงานหรือปิดเครื่อง

2. แนวทางแก้ไข: จะเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าในพื้นที่ที่มีความเร็วลมต่ำ/สภาพอากาศไม่คงที่ได้อย่างไร?

เพื่อรับมือกับความท้าทายเหล่านี้ เทคโนโลยีพลังงานลมสมัยใหม่ โดยเฉพาะกังหันลมความเร็วต่ำ ได้พัฒนาโซลูชันที่ครบวงจรแล้ว:

1. เพิ่มพื้นที่การกวาด:

การเพิ่มความยาวของใบพัด: นี่เป็นวิธีที่ตรงและมีประสิทธิภาพที่สุด ใบพัดที่ยาวขึ้นสามารถดักจับพลังงานลมได้มากขึ้นและสร้างแรงบิดได้มากพอที่จะขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้แม้ในความเร็วลมต่ำ เส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดของพัดลมความเร็วต่ำสมัยใหม่มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ

ปรับปรุงการออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์: นำรูปทรงปีกและใบพัดที่ทันสมัยยิ่งขึ้นมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการดักจับพลังงานลม

2. ลดความเร็วลมที่ถูกตัดและความเร็วลมที่กำหนดไว้:

ด้วยการปรับปรุงกลยุทธ์การควบคุมและการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ความเร็วลมที่ลดลงสามารถลดลงเหลือ 2-2.5 เมตรต่อวินาที หรือต่ำกว่านั้นได้

ลด "ความเร็วลมที่กำหนด" (ความเร็วลมที่ทำให้ได้กำลังสูงสุด) เพื่อให้กังหันลมสามารถผลิตกำลังสูงสุดได้ที่ความเร็วลมต่ำลง

3. เพิ่มความสูงของหอคอย:

ความเร็วลมจะเพิ่มขึ้นตามความสูง (ปรากฏการณ์ลมเฉือน) การใช้เสาที่สูงขึ้นจะช่วยให้สามารถวางจุดศูนย์กลางไว้ที่ความสูงที่สูงขึ้นและมีความเสถียรมากขึ้น ส่งผลให้การผลิตพลังงานเพิ่มขึ้นอย่างมาก

4. เทคโนโลยีควบคุมอัจฉริยะขั้นสูง:

การควบคุมมุมใบพัดและแรงบิดอัจฉริยะ: ปรับมุมใบพัดและแรงบิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างแม่นยำตามความเร็วลม ณ ขณะนั้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการดักจับพลังงานและลดภาระที่เกิดจากลมที่ไม่คงที่

การควบคุมเชิงคาดการณ์: การผสานรวมกับ LiDAR เพื่อวัดความเร็วลมล่วงหน้า ปรับสถานะพัดลมล่วงหน้า ปรับกำลังไฟฟ้าให้ราบรื่น และลดแรงกระแทกทางกล

การควบคุมฟาร์มกังหันลมแบบร่วมมือกัน: ปรับกลยุทธ์การทำงานของกังหันลมทั่วทั้งฟาร์มให้เหมาะสม ลดผลกระทบจากกระแสลมที่เกิดจากกังหันลมตัวอื่น และเพิ่มกำลังการผลิตไฟฟ้ารวมของพื้นที่ทั้งหมด

5. การออกแบบโมเดลให้เหมาะสมกับสภาพลมเฉพาะ:

ออกแบบกังหันลมประสิทธิภาพสูงสำหรับพื้นที่ที่มีลมปั่นป่วนสูงและภูมิประเทศซับซ้อน (เช่น พื้นที่ภูเขา) เพื่อให้สามารถทนต่อภาระที่ซับซ้อนมากขึ้นและรักษาการทำงานที่มีประสิทธิภาพได้

3. ผลกระทบโดยรวมและตัวชี้วัดการวัด

หลังจากการปรับปรุงประสิทธิภาพข้างต้นแล้ว ชั่วโมงการทำงานเต็มประสิทธิภาพเทียบเท่าต่อปีของกังหันลมความเร็วต่ำสมัยใหม่สามารถสูงถึงกว่า 2,000 ชั่วโมงในพื้นที่ที่มีความเร็วลมต่ำ (เช่น ความเร็วลมเฉลี่ยต่อปี 5.5-6.5 เมตร/วินาที) ซึ่งมีคุณค่าทางเศรษฐกิจต่อการพัฒนา ในพื้นที่ที่มีความเร็วลมสูงแบบดั้งเดิม (ความเร็วลมเฉลี่ยต่อปีมากกว่า 8 เมตรต่อวินาที) ตัวเลขนี้อาจอยู่ระหว่าง 3,000-4,000 ชั่วโมง

ตัวชี้วัดหลัก - ต้นทุนค่าไฟฟ้าเฉลี่ยตลอดอายุการใช้งาน (LCOE):
เกณฑ์การประเมินขั้นสุดท้ายไม่ใช่เพียงแค่ 'ประสิทธิภาพ' แต่คือต้นทุนการผลิตไฟฟ้า ด้วยเทคโนโลยีข้างต้น แม้ว่าต้นทุนต่อหน่วย (โดยเฉพาะใบพัดและเสา) อาจเพิ่มขึ้น แต่ก็ช่วยเพิ่มกำลังการผลิตไฟฟ้าในพื้นที่ที่มีความเร็วลมต่ำได้อย่างมาก ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนค่าไฟฟ้าเฉลี่ยต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง ทำให้โครงการโดยรวมคุ้มค่ากับการลงทุน

4. แนวโน้มในอนาคต

ใหญ่ขึ้นและปรับแต่งได้ตามต้องการ: กังหันลมยังคงพัฒนาไปสู่ขนาดใบพัดที่ใหญ่ขึ้นและโครงสร้างเสาที่สูงขึ้น และนำเสนอโซลูชันที่ปรับแต่งได้สูงสำหรับพื้นที่ที่มีทรัพยากรลมแตกต่างกัน

เมื่อผนวกรวมกับระบบกักเก็บพลังงาน: สำหรับพื้นที่ที่มีความเร็วลมไม่คงที่ "พลังงานลม + ระบบกักเก็บพลังงาน" (เช่น ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่) จะกลายเป็นรูปแบบมาตรฐานเพื่อช่วยให้การผลิตพลังงานมีความสม่ำเสมอมากขึ้น มีส่วนร่วมในการควบคุมความถี่ของระบบไฟฟ้า ปรับปรุงคุณภาพพลังงาน และเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

พลังงานลมแบบกระจายและแบบชุมชน: ในพื้นที่ที่มีความเร็วลมต่ำแต่ใกล้กับแหล่งใช้ไฟฟ้า (เช่น ภาคกลางและภาคตะวันออกเฉียงใต้ของจีน) การติดตั้งกังหันลมความเร็วลมต่ำเพียงตัวเดียวหรือหลายตัวสามารถจ่ายไฟให้กับสวนกังหันลมหรือชุมชนได้โดยตรง ช่วยลดการสูญเสียระหว่างการส่ง และผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจก็เริ่มปรากฏชัดเจนขึ้น

สรุป

ในพื้นที่ที่มีความเร็วลมต่ำหรือไม่คงที่ ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของกังหันลมมาตรฐานแบบดั้งเดิมนั้นไม่เหมาะสมนัก อย่างไรก็ตาม กังหันลมสมัยใหม่ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับพื้นที่ความเร็วลมต่ำ สามารถดักจับพลังงานลมได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านเทคโนโลยีต่างๆ เช่น การปรับหลักการทางอากาศพลศาสตร์ การควบคุมอัจฉริยะ และการเพิ่มขนาดและความสูง ทำให้ทรัพยากรลมที่ก่อนหน้านี้ไม่มีคุณค่าสำหรับการพัฒนา กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าที่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ ดังนั้น "ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า" ในภูมิภาคเหล่านี้จึงเปลี่ยนจากความท้าทายทางเทคนิคไปเป็นปัญหาการปรับให้เหมาะสมผ่านโซลูชันทางเทคนิคแบบครบวงจร และกลายเป็นตลาดการเติบโตที่สำคัญสำหรับการพัฒนาพลังงานลมทั่วโลก