Mit der zunehmenden globalen Energiewende läutet die Kombination aus Windkrafterzeugung und Smart Grid eine neue Ära kohlenstoffarmer Energie ein. Windressourcen sind reichlich vorhanden, grün und erneuerbar, während Smart Grids die Vorteile flexibler Planung und effizienter Verteilung bieten. Beide ergänzen sich, speisen mehr erneuerbare Energien in das Stromnetz ein und fördern die nachhaltige Entwicklung von Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt.
Ⅰ. Windkrafterzeugung: Effiziente Nutzung der Naturkräfte
1. Erneuerbare Eigenschaften der Windenergie
Als unerschöpfliche natürliche Ressource sind die Sauberkeit und Erneuerbarkeit der Windenergie seit langem weltweit anerkannt. Ob Küstenwindpark oder Hochebene im Landesinneren – Windkrafterzeugung kann eine stabile und emissionsarme Stromquelle für die Region darstellen.
2. Das Grundprinzip der Windkrafterzeugung
Bei der Windkrafterzeugung wird Windkraft genutzt, um Windturbinen anzutreiben und mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Große Windparks befinden sich meist in Gebieten mit reichlich Windressourcen. Durch die Clusteranordnung erzeugen sie einen großflächigen Stromerzeugungseffekt, um den Energiebedarf großer Stromnetze zu decken.
3. Komplementäre Entwicklung von Onshore- und Offshore-Windenergie
Onshore-Windenergie bietet die Vorteile einer kurzen Bauzeit und geringer Kosten, während Offshore-Windenergie aufgrund höherer und stabilerer Windgeschwindigkeiten eine höhere Stromerzeugungseffizienz aufweist. Beide Arten entwickeln sich parallel, um gemeinsam ein diversifiziertes Windenergiesystem aufzubauen.
Ⅱ. Smart Grid: Die Revolution des digitalen Energiesystems
1. Das Kernkonzept von Smart Grid
Smart Grid ist ein hochgradig digitales, informationsbasiertes und automatisiertes Stromnetz. Durch fortschrittliche Sensor-, Kommunikations- und Steuerungstechnologien werden Echtzeit-Dateninteraktion und intelligente Anpassung auf der Stromerzeugungs-, Übertragungs- und Verbraucherseite realisiert.
2. Funktionen und Vorteile
Smart Grids können nicht nur dezentrale Energie wie Windkraft und Photovoltaik flexibel aufnehmen, sondern auch Angebot und Nachfrage ausgleichen und die Sicherheit des Stromnetzes verbessern. Ihre Hauptvorteile sind hohe Effizienz, Zuverlässigkeit und Flexibilität zur Deckung des diversifizierten Strombedarfs.
3. Zentrale technische Unterstützung
Dazu gehören intelligente Sensoren, dezentrales Energiemanagement, Mikronetzsteuerung, Energiespeichersysteme und Big-Data-Analyse. Diese Technologien arbeiten zusammen, um die Selbstheilungsfähigkeit des Stromnetzes und die effiziente Integration erneuerbarer Energien zu ermöglichen.
III. Tiefe Integration von Windkraft und Smart Grid
1. Volatilität der Windkraft und Regulierung von Smart Grids
Windkraft ist intermittierend und instabil, und die Stromerzeugung schwankt häufig aufgrund von Schwankungen der Windgeschwindigkeit. Die Echtzeitüberwachung und -steuerung von Smart Grids kann den dynamischen Bedarf von Erzeugung und Verbrauch ausgleichen und die Auswirkungen des Windkraftzugangs auf das Stromnetz reduzieren.
2. Flexibler Zugang zu dezentraler Windkraft
Smart Grids bieten kleinen und mittelgroßen dezentralen Windkraftprojekten einen komfortablen Zugang. Durch das dezentrale Energiemanagementsystem können verteilte Windparks schnell an das Netz angeschlossen werden, um den lokalen Strombedarf zu decken und den lokalen Verbrauch sauberer Energie zu ermöglichen.
3. Synergie von Windenergienutzung und Energiespeichertechnologie
Smart Grids werden üblicherweise mit Energiespeichern kombiniert, um die Schwankungen der Windenergieerzeugung auszugleichen und die Stabilität der Stromversorgung zu verbessern. Bei einem Überschuss an Windenergie steuern Smart Grids die Energiespeicher, um überschüssigen Strom aufzunehmen. Bei Spitzenlasten im Stromverbrauch wird die gespeicherte Energie freigegeben, um die Lücke zu schließen und so eine flexible Abstimmung von Angebot und Nachfrage zu erreichen.
IV. Technische Durchbrüche und Herausforderungen der Windenergieerzeugung
1. Iterative Modernisierung von Windkraftanlagen mit großer Kapazität
Die Leistung von Windkraftanlagen wurde kontinuierlich verbessert, von anfänglich Hunderten von Kilowatt bis hin zu großen Windkraftanlagen mit mehreren Megawatt heute. Größere Anlagen bedeuten einen höheren Wirkungsgrad der Einzelmaschinenstromerzeugung und niedrigere Stromkosten.
2. Tiefseetrend der Offshore-Windenergie
Die Ressourcen von Flachwasser-Windparks werden schrittweise erschlossen, und schwimmende Windkraft wird zu einem wichtigen Zukunftstrend. Schwimmende Plattformen ermöglichen den Einsatz von Windkraftanlagen in tiefen Gewässern. So können die starken Windressourcen der Tiefsee optimal genutzt und neue blaue Ozeane für die Stromerzeugung erschlossen werden.
3. Intelligenter Betrieb und Wartung von Windkraftanlagen
Durch Drohneninspektionen, intelligente Überwachungssysteme, Ferndiagnose und andere Maßnahmen werden Betrieb und Wartung von Windparks sicherer und effizienter. Dies senkt die Arbeitskosten und verbessert die Zuverlässigkeit der Anlagen sowie die Verfügbarkeit der Stromerzeugung.
V. Digitale Weiterentwicklung intelligenter Netze
1. Verbreitung intelligenter Zähler
Intelligente Zähler sind zu den zentralen Elementen intelligenter Netze geworden. Sie ermöglichen die hochfrequente Erfassung und Echtzeit-Rückmeldung von Stromverbrauchsdaten und bieten eine zuverlässige Datenbasis für Nutzer und die Netzsteuerung.
2. Anwendung künstlicher Intelligenz in der Netzsteuerung
Künstliche Intelligenz prognostiziert Veränderungen der Stromlast durch Big-Data-Analysen und maschinelles Lernen, optimiert die Zugangsstrategien für erneuerbare Energien wie Windkraft, reduziert die Windabschaltungsrate und verbessert die Gesamtbetriebseffizienz.
3. Interaktion zwischen Elektrofahrzeugen und intelligenten Netzen
Als mobile Energiespeicher können Elektrofahrzeuge tagsüber überschüssigen Windstrom aufnehmen, nachts Strom erzeugen und nachts Strom in das Stromnetz zurückspeisen. Dadurch entsteht ein wechselseitiges Interaktionsmodell, das die Flexibilität des Stromnetzes anpasst.
VI. Wirtschaftliche und soziale Vorteile von Windkraft und intelligenten Netzen
1. Mehrstufige Darstellung der wirtschaftlichen Vorteile
Der Ausbau der Windkraft bringt nicht nur grünen Strom, sondern fördert auch vor- und nachgelagerte Industrieketten wie Fertigung, Betrieb und Wartung sowie wissenschaftliche Forschung und fördert so Beschäftigung und lokale Wirtschaftsentwicklung. Intelligente Netze helfen der Gesellschaft, Energie zu sparen, den Verbrauch zu senken und die Energieeffizienz durch effiziente Stromnutzung und Nachfragesteuerung zu verbessern.
2. Umwelt- und Nachhaltigkeitsbeiträge
Die Windenergieerzeugung ist durchgängig emissionsfrei, ersetzt die Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen und reduziert die CO2-Emissionen erheblich. Intelligente Netze fördern den breiten Zugang zur Windenergie, tragen zur Erreichung der Ziele „CO2-Peak“ und „CO2-Neutralität“ bei und tragen zum Aufbau einer grünen und kohlenstoffarmen Gesellschaft bei.
3. Die Zukunft des sozialisierten Energiemanagements
Intelligente Netze ermöglichen aktives Strommanagement auf Nutzerseite, ermöglichen Energieautonomie für Einwohner, Unternehmen und sogar die gesamte Stadt und fördern die Umstellung des Energieverbrauchs auf intelligente und umweltfreundliche Energie.
Ⅶ. Neue Blaupause für kohlenstoffarmen Strom der Zukunft
1. Enge Kopplung von Windkraft und intelligenten Netzen
Die grünen Eigenschaften der Windkraft und die Flexibilität und Effizienz intelligenter Netze ergänzen sich perfekt und bilden die Grundlage für kohlenstoffarmen Strom der Zukunft. Die Integration beider Systeme wird die Struktur des Stromsystems weiter optimieren und die umfassende Entwicklung erneuerbarer Energien fördern.
2. Komplementarität verschiedener Energien und intelligente Energie
In der zukünftigen Energiestruktur wird die komplementäre Nutzung erneuerbarer Energien wie Windkraft, Photovoltaik und Biomasse, ergänzt durch die intelligente Steuerung intelligenter Netze, ein flexibles, zuverlässiges und nachhaltiges Energieökosystem schaffen.
3. Einen grünen Lebensstil führen
Mit der zunehmenden Verbreitung von Windkraft und intelligenten Netzen wird grüner Strom zum Alltag gehören. Er fördert die grüne Transformation der Verbraucher und führt die CO2-arme Transformation der gesamten Kette von der Produktion bis zum Verbrauch voran.
Die Integration von Windenergieerzeugung und intelligenten Netzen schlägt ein neues Kapitel im kohlenstoffarmen Zeitalter auf. Vom Wind bis hin zu den Lichtern Tausender Haushalte tragen Windkraft und intelligente Netze gemeinsam zu einer grünen Zukunft bei. Mit Blick auf die Zukunft sind Windkraft und intelligente Netze nicht nur der „grüne Motor“ des Stromsystems, sondern auch eine solide Grundlage für eine qualitativ hochwertige soziale und wirtschaftliche Entwicklung.
