คู่มือการเลือกเครื่องผลิตพลังงานลม: จะเลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เหมาะสมที่สุดได้อย่างไร?

หัวใจสำคัญของการผลิตพลังงานลมคือการแปลงพลังงานลมเป็นพลังงานไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ และการเลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและต้นทุนของระบบ ประเภทกระแสหลักของกังหันลมในปัจจุบัน ได้แก่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำป้อนไฟฟ้าสองทาง และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร โดยแต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง ซึ่งจะต้องได้รับการจับคู่ตามสถานการณ์การใช้งาน

1、เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส: ตัวเลือกสำหรับผู้เริ่มต้นที่มีต้นทุนต่ำ

หลักการ: โดยการผลิตไฟฟ้าผ่านการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ความเร็วโรเตอร์จะสูงกว่าความเร็วซิงโครนัสเล็กน้อย และจำเป็นต้องดูดซับพลังงานปฏิกิริยาจากกริดไฟฟ้า
ข้อดี:

โครงสร้างเรียบง่าย: ไร้แปรงถ่านและแหวนสลิป ต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำ เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

ราคาต่ำ: เทคโนโลยีที่สมบูรณ์แบบ การลงทุนเริ่มต้นต่ำ

ข้อเสีย:

ประสิทธิภาพอยู่ในระดับเฉลี่ย: การสูญเสียจากการกระตุ้นส่งผลให้มีประสิทธิภาพประมาณ 85% -90%

จำเป็นต้องมีการชดเชยกำลังปฏิกิริยา: จำเป็นต้องกำหนดค่าตัวเก็บประจุเพิ่มเติมหรืออุปกรณ์ชดเชย มิฉะนั้น จะส่งผลกระทบต่อแรงดันไฟฟ้าของกริด

สถานการณ์ที่ใช้ได้: ระบบพลังงานลมขนาดเล็กและขนาดกลาง พื้นที่ที่มีเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้าสูง (เช่น พลังงานลมแบบกระจายในชนบท)

2. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำแบบป้อนคู่ (DFIG): การสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน

หลักการ: สเตเตอร์เชื่อมต่อกับกริดโดยตรง และโรเตอร์เชื่อมต่อกับกริดผ่านอินเวอร์เตอร์เพื่อให้ทำงานด้วยความถี่คงที่ความเร็วแปรผัน
ข้อดี:

การทำงานความเร็วแปรผัน: สามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพภายในช่วงความเร็วลม 3-25 ม./วินาที ขยายช่วงการใช้พลังงานลม

การแปลงพลังงานบางส่วน: จำเป็นต้องประมวลผลพลังงานที่ด้านโรเตอร์เพียง 25% -30% เท่านั้น และต้นทุนของตัวแปลงก็ต่ำ

การรองรับกำลังไฟฟ้าปฏิกิริยา: จัดให้มีการชดเชยกำลังไฟฟ้าปฏิกิริยาผ่านอินเวอร์เตอร์เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของกริด
ข้อเสีย:

โครงสร้างที่ซับซ้อน: ต้องใช้กล่องเกียร์และแหวนสลิป ซึ่งมีอัตราความล้มเหลวทางกลสูง

สถานการณ์ที่สามารถใช้ได้: ฟาร์มกังหันลมบนบกขนาดใหญ่ พื้นที่ที่มีความเร็วลมผันผวนสูง (เช่น พื้นที่ภูเขาและบริเวณชายฝั่งทะเล)

3. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSG): อนาคตที่มีประสิทธิภาพและการบำรุงรักษาต่ำ

หลักการ: การใช้แม่เหล็กถาวรในการสร้างสนามแม่เหล็ก ไม่จำเป็นต้องมีการกระตุ้นจากภายนอก ส่งผลให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น
ข้อดี:

ประสิทธิภาพสูง: ไม่มีการสูญเสียการกระตุ้น ประสิทธิภาพสามารถเข้าถึงมากกว่า 95% เหมาะอย่างยิ่งสำหรับพื้นที่ที่มีความเร็วลมต่ำ

โครงสร้างกะทัดรัด: ละเว้นแปรงไฟฟ้าและแหวนลื่น อัตราความล้มเหลวต่ำ และลดต้นทุนการบำรุงรักษาได้มากกว่า 30%

ข้อดีของระบบขับเคลื่อนตรง: เชื่อมต่อกับใบพัดโดยตรง (ไม่มีชุดเกียร์) ช่วยลดเสียงรบกวนได้ 10-15 เดซิเบล

ข้อเสีย:

ต้นทุนสูง: ราคาของวัสดุแม่เหล็กถาวร (เช่น นีโอดิเมียมเหล็กโบรอน) มีความผันผวนอย่างมาก และการลงทุนเริ่มต้นก็สูง

สถานการณ์ที่สามารถใช้ได้: พลังงานลมนอกชายฝั่ง พื้นที่ภายในประเทศที่มีความเร็วลมต่ำ และสภาพแวดล้อมที่ไวต่อเสียง (เช่น ใกล้พื้นที่อยู่อาศัย)

4、จะเลือกอย่างไร? สิ่งสำคัญคือต้องเน้นสามประเด็นนี้

สภาพความเร็วลม:

เขตความเร็วลมต่ำ (ความเร็วลมเฉลี่ยรายปี<6ม./วินาที): เลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า)

โซนความเร็วลมสูง: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบป้อนไฟฟ้าคู่หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส (ต้นทุนต่ำกว่า)

ข้อกำหนดของกริด:

เครือข่ายกระแสไฟฟ้าอ่อนอาจต้องใช้การรองรับกำลังไฟฟ้าปฏิกิริยา: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบป้อนไฟฟ้าสองทาง (พร้อมการปรับค่ากำลังไฟฟ้าแบบยืดหยุ่น)

โครงข่ายไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรและแบบอะซิงโครนัสล้วนเหมาะสม

ค่าใช้จ่ายและการบำรุงรักษา:

งบประมาณเริ่มต้นจำกัด: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส (ราคาถูกกว่า 20% -30%)

ความไวในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาในระยะยาว: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (ลดต้นทุนการบำรุงรักษาลง 40% ในระยะเวลา 10 ปี)

5、 แนวโน้ม: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรแบบขับเคลื่อนตรงกลายเป็นกระแสหลัก

ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรขับเคลื่อนตรง (ไม่มีกล่องเกียร์) กำลังกลายเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับพลังงานลมนอกชายฝั่งและพื้นที่ที่มีความเร็วลมต่ำ ข้อดีของมันได้แก่:

การปรับปรุงความน่าเชื่อถือ: ลดจุดล้มเหลวทางกลไกลง 50% และยืดอายุการใช้งานได้มากกว่า 25 ปี

การเพิ่มประสิทธิภาพ: ตัวแปลงไฟฟ้าเต็มรูปแบบสามารถทนต่อไฟฟ้าลัดวงจร (LVRT) และปรับให้เข้ากับไฟฟ้าที่อ่อนได้

การปรับตัวต่อสิ่งแวดล้อม: เสียงรบกวนต่ำ ไม่มีมลพิษจากน้ำมัน เหมาะสำหรับความต้องการการปกป้องระบบนิเวศทางทะเล

กรณี

กังหันลมนอกชายฝั่ง Danish Vestas V236-15.0 MW ที่ใช้เทคโนโลยีแม่เหล็กถาวรแบบขับเคลื่อนตรง โดยสามารถผลิตไฟฟ้าต่อปีได้มากกว่า 80GWh ต่อหน่วย

กังหันลมบนบก GW82-1.8MW ของ China Goldwind Technology: การออกแบบขับเคลื่อนตรงแม่เหล็กถาวร สามารถเริ่มผลิตไฟฟ้าได้ที่ความเร็วลม 3 เมตรต่อวินาที

บทสรุป

การเลือกกังหันลมต้องอาศัยความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพ ต้นทุน และความน่าเชื่อถือ สำหรับโครงการส่วนใหญ่:

พลังงานลมบนบก: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบป้อนคู่ (ประสิทธิภาพและราคาสมดุล)

พลังงานลมนอกชายฝั่ง: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรขับเคลื่อนตรง (ความน่าเชื่อถือสูง การบำรุงรักษาต่ำ)

พลังงานลมแบบกระจาย: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส (ต้นทุนต่ำ) หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (ประสิทธิภาพสูง)

ด้วยต้นทุนของวัสดุแม่เหล็กถาวรที่ลดลงและเทคโนโลยีขับเคลื่อนตรงที่ครบครันมากขึ้น การผลิตพลังงานลมจะมีประสิทธิภาพมากขึ้น เงียบขึ้น และยั่งยืนมากขึ้นในอนาคต