Hiệu suất phát điện của tuabin gió ở những khu vực có tốc độ gió thấp hoặc không ổn định là bao nhiêu?

Đây là một câu hỏi rất hay và là một trong những thách thức cốt lõi mà ngành công nghiệp điện gió phải đối mặt trong việc mở rộng thị trường. Nói một cách đơn giản, ở những khu vực có tốc độ gió thấp hoặc không ổn định, hiệu suất phát điện của các tuabin gió truyền thống thực sự giảm đáng kể, nhưng thông qua một loạt các đổi mới công nghệ có mục tiêu và các giải pháp tổng thể, việc phát triển khả thi về mặt kinh tế đã có thể đạt được.

Dưới đây là một số giải thích chi tiết:
1. Câu hỏi: Tại sao hiệu suất lại giảm?

Mối quan hệ bậc ba giữa tốc độ gió và công suất: Công suất đầu ra của tuabin gió tỷ lệ thuận với lập phương của tốc độ gió. Điều này có nghĩa là nếu tốc độ gió giảm đi một nửa, về mặt lý thuyết, sản lượng điện sẽ giảm xuống còn 1/8 so với ban đầu. Do đó, tốc độ gió thấp gây ảnh hưởng xấu đến việc sản xuất điện.

Giới hạn tốc độ gió tối đa: Các tuabin gió truyền thống có "giới hạn tốc độ gió" (thường là 3-4 mét/giây), dưới mức đó tuabin không thể bắt đầu tạo ra điện.

Tốc độ gió không ổn định: Sự dao động thường xuyên của tốc độ gió có thể dẫn đến việc tuabin gió khởi động, dừng, thay đổi hướng quay và góc nghiêng thường xuyên, điều này không chỉ làm tăng tổn thất cơ học mà còn khiến tuabin không thể hoạt động ổn định trên đường cong công suất tối ưu, dẫn đến hiệu suất sử dụng công suất tổng thể thấp.

Cường độ nhiễu loạn cao: Gió không ổn định thường đi kèm với nhiễu loạn cao, làm tăng tải trọng lên quạt. Để đảm bảo an toàn, đôi khi cần phải giảm công suất hoạt động hoặc tắt máy.

2. Giải pháp: Làm thế nào để nâng cao hiệu quả phát điện ở những khu vực có tốc độ gió thấp/gió không ổn định?

Để giải quyết những thách thức này, công nghệ điện gió hiện đại, đặc biệt là các tuabin gió tốc độ thấp, đã phát triển các giải pháp hoàn thiện:

1. Tăng diện tích quét:

Kéo dài cánh quạt: Đây là phương pháp trực tiếp và hiệu quả nhất. Cánh quạt dài hơn có thể thu được nhiều năng lượng gió hơn và tạo ra đủ mô-men xoắn để vận hành máy phát điện ngay cả ở tốc độ gió thấp. Đường kính cánh quạt của các quạt tốc độ thấp hiện đại ngày càng lớn hơn.

Tối ưu hóa thiết kế khí động học: áp dụng các hình dạng cánh và biên dạng cánh tiên tiến hơn để nâng cao hiệu quả thu năng lượng gió.

2. Giảm mức giảm tốc độ gió và tốc độ gió định mức:

Bằng cách cải tiến chiến lược điều khiển và thiết kế máy phát điện, tốc độ gió giảm có thể xuống còn 2-2,5 mét mỗi giây hoặc thậm chí thấp hơn.

Giảm "tốc độ gió định mức" (tốc độ gió giúp tuabin gió đạt công suất tối đa) để cho phép tuabin gió đạt công suất định mức ở tốc độ gió thấp hơn.

3. Nâng cao chiều cao của tháp:

Tốc độ gió tăng theo độ cao (hiệu ứng gió đứt). Bằng cách sử dụng tháp cao hơn, trục quay có thể được đặt ở độ cao cao hơn và ổn định hơn với tốc độ gió lớn hơn, giúp tăng đáng kể sản lượng điện.

4. Công nghệ điều khiển thông minh tiên tiến:

Điều khiển góc nghiêng và mô-men xoắn thông minh: Điều chỉnh chính xác góc nghiêng cánh quạt và mô-men xoắn máy phát điện dựa trên tốc độ gió tức thời, tối đa hóa khả năng thu năng lượng và giảm tải do gió không ổn định gây ra.

Điều khiển dự đoán: kết hợp với LiDAR để đo tốc độ gió trước, điều chỉnh trạng thái quạt trước, làm mượt công suất đầu ra và giảm rung động cơ học.

Điều khiển phối hợp các trang trại điện gió: Tối ưu hóa chiến lược vận hành của các tuabin gió trên toàn bộ trang trại, giảm thiểu tác động của luồng gió xoáy và tăng tổng sản lượng điện của toàn bộ khu vực.

5. Thiết kế mô hình phù hợp với điều kiện gió cụ thể:

Thiết kế các tuabin gió cải tiến dành cho các cánh đồng gió có độ nhiễu loạn cao và địa hình phức tạp (như vùng núi) có khả năng chịu được tải trọng phức tạp hơn và duy trì hoạt động hiệu quả.

3. Hiệu quả tổng thể và các chỉ số đo lường

Sau quá trình tối ưu hóa nêu trên, số giờ hoạt động toàn thời gian tương đương hàng năm của các tuabin gió tốc độ thấp hiện đại có thể đạt trên 2000 giờ ở những khu vực có tốc độ gió thấp hơn (chẳng hạn như tốc độ gió trung bình hàng năm từ 5,5-6,5 mét/giây), điều này mang lại giá trị phát triển kinh tế. Ở những khu vực có tốc độ gió cao truyền thống (với tốc độ gió trung bình hàng năm trên 8 mét/giây), con số này có thể nằm trong khoảng từ 3000-4000 giờ.

Chỉ số đo lường chính - Chi phí điện năng bình quân (LCOE):
Tiêu chí đánh giá cuối cùng không chỉ đơn thuần là "hiệu quả", mà là chi phí sản xuất điện. Thông qua công nghệ nêu trên, mặc dù chi phí của một đơn vị (đặc biệt là cánh quạt và tháp) có thể tăng lên, nhưng nó làm tăng đáng kể sản lượng điện ở những khu vực có tốc độ gió thấp, từ đó giảm chi phí điện năng bình quân trên mỗi kilowatt giờ, giúp toàn bộ dự án thu hồi vốn đầu tư.

4. Xu hướng tương lai

Lớn hơn và được tùy chỉnh: Các tuabin gió tiếp tục phát triển theo hướng đường kính cánh quạt lớn hơn và cấu trúc tháp cao hơn, cung cấp các giải pháp được tùy chỉnh cao cho các khu vực có nguồn gió khác nhau.

Kết hợp với hệ thống lưu trữ năng lượng: Đối với các khu vực có tốc độ gió không ổn định, cấu hình "điện gió + lưu trữ năng lượng" (như lưu trữ năng lượng bằng pin) sẽ trở thành cấu hình tiêu chuẩn để làm ổn định sản lượng, tham gia điều chỉnh tần số lưới điện, nâng cao chất lượng điện năng và đạt được kết nối lưới điện thân thiện hơn.

Điện gió phân tán và cộng đồng: Tại các khu vực có tốc độ gió thấp nhưng gần các điểm tiêu thụ điện (như khu vực miền Trung và Đông Nam Trung Quốc), việc lắp đặt một hoặc nhiều tuabin gió tốc độ gió thấp có thể cung cấp điện trực tiếp cho công viên hoặc cộng đồng, giảm tổn thất truyền tải, và lợi ích kinh tế của nó đang ngày càng rõ rệt.

bản tóm tắt

Tại những khu vực có tốc độ gió thấp hoặc không ổn định, hiệu suất phát điện của các tuabin gió tiêu chuẩn truyền thống thực sự không lý tưởng. Tuy nhiên, các tuabin gió tốc độ gió thấp hiện đại được thiết kế đặc biệt đã có thể thu năng lượng gió hiệu quả thông qua một loạt các công nghệ như tối ưu hóa khí động học, điều khiển thông minh, và tăng kích thước và chiều cao, chuyển đổi các nguồn gió trước đây không có giá trị để phát triển thành điện năng khả thi về mặt kinh tế. Do đó, "hiệu suất phát điện" ở những khu vực này đã chuyển từ một thách thức kỹ thuật thành một vấn đề tối ưu hóa thông qua các giải pháp kỹ thuật toàn diện, và đã trở thành một thị trường tăng trưởng quan trọng cho sự phát triển điện gió toàn cầu.