mad sg . com

1. madsg.com شبکه آموزشی پژوهشی ایران - مادسیج

3. نیروگاه بادی

4. فهرست مطالب • مقدمه • مزایا و معایب انرژی بادی • توزیع سرعت باد،ضریب ظرفیت و چگالی باد،محدودیت ادواری موجود • انواع توربین بادی و نحوه عملکرد • طراحی و ساخت توربین بادی • اجزای توربین بادی • نحوه تست توربین بادی • نیروگاه منجیل

5. مقدمه: چرخ بادی هرون در سده هفت میلادی در سیستان ماشین شارژ باطری،جیمز بایث،1887 در آمریکا در ورمونت نخستین ماشینی که با باد به حرکت درآمد نخستین آسیاب بادی نخستین توربین بادی باکاربرد تولید برق نخستین توربین بادی باکلاس 25-5 کیلووات نخستین توربین بادی باکلاس مگاوات

6. نمونه یک آسیاب بادی اولیه

7. باد: سرعت تغییردما درخشکی بیشتر انرژی گرمایی قطب کمتراز مناطق استوایی • انرژی خورشید نقاط مختلف زمین رایکسان گرم نمیکند • تفاوت دما باعث به وجودآمدن یک سیستم تبادل حرارتی از سطح زمین تاهواکره در سطوح بالای جو سرعت باد به 160 km/h می رسد. باد در اثر اصطکاک با جو و سطح زمین انرژی خود را از دست می دهد.

9. آیا انرژی باد تجدیدپذیر است؟ بارش نزولات آسمان اغتشاشات جوی کاهش مقدار پرتوخورشید رسیده به زمین • کلایدن:استفاده بیش از حد کاهش شدید منابع انرژی • اولین تاثیر استفاده مقیاس وسیع از انرژی باد : مزارع بادی انرژی تولیدیشان به علت مصرف شدن منابع انژی زمین شدت کاهش میابد

10. در هر صورت ما با فرض تجدیدپذیر بودن انرژی باد مطالب را ادامه میدهیم

11. چرا انرژی باد؟ • کمبود منابع سوخت فسیلی • تولید انرژی بدون آلودگی • تجدید پذیر بودن • دسترسی راحت در روی کره زمین • قابلیت ساخت سایتهای باظرفیتهای مختلف باتغییر قطر روتور • پایین بودن هزینه برق تولیدی • عدم نیاز به آب و دیگر سیالات • عدم نیاز به زمینهای بزرگ و ساختمانهای مربوط به بخش کنترل ظرفیت کل سایتهای بادی نصب شده در دنیا تا سال 2011

12. معایب انرژی باد: • مهمترین چالش : باد به صورت پیوسته و پایدار نمی وزد • انرژی باد را نمیتوان ذخیره کرد مگر اینکه از باطری هایی برای ذخیره آن استفاده کرد • همه باد درحال وزش را نمیتوان جمع کرد • مکانهای بادخیز خوب از شهرهای نیازمند انرژی دورند • صدای بلند ایجاد شده توسط پره ها واثرات نامتبوع بصری

13. توزیع سرعت باد: • برای مشخص کردن فراوانی سرعت باد در یک منطقه استفاده از ضریب توزیع مدل رایلی • بیشتر توان تولیدی در بازه های کوتاه در سرعت بالای باد اتفاق می افتد. طبق الگوی لی رنچ نصف تولید در 15% از زمان کارکرد اتفاق می افتد لذا نیروگاه بادی دارای تولید ناپایدار است از ژنراتور پشتیبان در سرعت کم باد استفاده میشود

14. ضریب ظرفیت و چگالی باد: (max ظرفیت تولیدی نیروگاه)/(میزان توان حقیقی تولید شده نیروگاه)=ضریب ظرفیت اگر نیروگاه در محل مناسبی نصب شده باشد ضریب ظرفیت سالیانه 35% است ضریب ظرفیت به شدت به خصوصیات ذاتی باد وابسته است چگالی باد :وات برمترمربع نشانگر چقدر انرژی برای تبدیل شدن توسط یک توربین بادی در مکان وجود دارد سرعت باد با افزایش از سطح طمین افزایش میابد

15. محدودیت ادواری و نفوذ: مقیاس زمانی لحظه ای ساعت به ساعت • میزان انرژی الکتریکی تولیدشده توسط نیروگاه بادی وابسته به روزانه فصلی • چون تولید برق بادی ناپایدار است برای ایجاد ثبات در شبکه باید تعداد بیشتری توربین بادی نصب کرد • ادواری بودن طبیعی باد باعث افزایش هزینه تنظیم و راه اندازی درسطوح بالاتر اصول مدیریت تقاضای انرژی و یا ذخیره سازی

16. روشهای به تعادل رساندن دوبازه زمانی کم مصرف و پر مصرف: استفاده از یکی از روشهای ذخیره انرژی موجب افزایش25% هزینه های دایم • برای ایجاد تعادل در شبکه ایجاد تعرفه های متفاوت زمانی برای مصرف کننده ها

17. مشخصات زمین های بادخیز: 1.خطوط سطح زمین:نوک یک قله یاپرتگاه مکان مناسبتری ازسراشیبی • دو عامل مشخصات سرعت باد را تحت تاثیر قرار میدهد 2.ناهمواریهای سطح زمین مثل جنگلها و شهرها

20. فواصل بهینه بین توربین ها: توربین های بادی با توجه شکل مکانی منطقه با فواصل مشخص نزد یکدیگر و در شکل متقارن طوری نصب می شوند که در اغلب اوقات درجهت وزش باد غالب منطقه باشند و بیشترین انرژی را از باد بگیرند و نیاز چندانی هم به چرخش مکرر دماغه توربین نباشد. در مواردی که بیش از یک ردیف توربین نصب می شود معلوم است که جریان باد بعد از عبور ازیک توربین به توربین دیگری می وزد و مقدار انرژی آن اندکی کاهش یافته و سرعت وزش باد کم می شود (شکل 1)

22. فواصل بهینه بین توربین ها: • کاهش سرعت باد بر اثر اغتشاش باد بین توربینها و خود سرعت باد و جهت آن درحدود 10-5% و در حوالی 10 برابر قطر رتور توربین است لذا فاصله بیش از 10 برابر قطر روتور اغتشاش را کاهش می دهد مشکل ایجاد هزینه بیشتر برای زمین و راه های ارتباطی بین توربین ها و هزینه کابل کشی برای انتقال برق

23. فواصل بهینه بین توربین ها: • اگر فرض کنیم در یک حالت ایده آل باد همواره از یک جهت مشخص(جهت باد غالب منطقه مطابقشکل شماره ( 2)) و با سرعت معلومی بر یک مجموعه توربین های یکسان که در یک ردیف نصبشده اند بوزد آنگاه فاصله 2 تا 4 برابر قطر روتور توربین در بین توربین های مجاور،کفایت می کند تاتداخل و اغتشاش به حداقل برسد

25. انواع توربین های بادی: ۱- توربینهای با محور افقی بازدهی بالاتر داریوس ۲- توربینهای با محور عمودی(vawt) ساوونیوس

26. توربین بادی با محور عمودی: • روتور اصلی به‌صورت عمودی قرار می‌گیرد مزایا مهمترین مزیت:نیازی به نتطیم جهت قرارگیری نسبت به وزش باد ندارد مکانهای با تغییر جهت وزش باد زیاد نزدیک بودن ژنراتور و جعبه دنده به زمین معایب کم بودن سرعت دوران زیاد بودن گشتاور و هزینه بیشتر سیستم انتقال،بارگذاری دینامیکی بیشتر پره ه،پیچیدگی زیاد طراحی و تحلیل ایروفیل پیش از ساخت پیش نمونه

27. توربینهای بادی چگونه کار میکنند؟ اساس کار :انرژی جنبشی باد پره های دور روتور را میچرخاند ،رتور به شفت مرکزی متصل است و ژنراتور را میچرخاند الکتریسیته تولید میشود توربینهای بادی روی برجهای بلندی نصب میشوند تا بیشترین انرژی جنبشی را دریافت کنند،بلندی این برج ها به 40-30 متر میرسد

28. طراحی و ساخت توربینهای بادی ارتفاع بهینهءبرج • شبیه‌سازی‌های آیرودینامیکی جهت تعیین سیستم کنترلی تعداد و شکل پره‌ها رتور،20%قیمت،شامل پرههای تبدیل کننده انرژی قسمتهای مختلف توربین‌های با محور افقی ژنراتور،34%، مولدالکتریکی، تجهیزات کنترلی،جعبه‌دنده بخش تکیه‌گاهی،15%،شامل برج و مکانیزم جهت‌دهی روتور نسبت به جهت وزش باد

29. طراحی و ساخت توربینهای بادی Cut-in : حداقل سرعت باد که از آن پس توربین بادی شروع به تولید برق می کند .(4-3 متر در ثانیه ) Cut-Out : حداکثر سرعتی که از آن پس برای حفاظت سلامت توربین و جلوگیری از واژگونی آن حرکت توربین بادی متوقف می شود .(25 متر در ثانیه ) RatedWindSpeed : مقدار متوسط سرعت باد که چنانچه با آن سرعت ، باد به توربین بوزد معادل توان نامی توربین برق تولید می شود .(15 متر در ثانیه )

30. طراحی و ساخت توربینهای بادی باد از پره ها عبور کرده و یک نیروی چرخش دهنده، ایجاد می کند: 1) پره های چرخان2) پروانه داخل موتور که به جعبه دنده می رود را می چرخاند. 3) جعبه دنده سرعت چرخش برای ژنراتور را افزایش می دهد. 4) ژنراتور از میدان مغناطیسی برای تبدیل انرژی چرخشی به انرژی الکتریکی استفاده می کند. نیروی خروجی تولید شده به یک ترانسفورماتور می رود. 5) ترانسفورماتور انرژی حاصل از ژنراتور که حدود 700 ولت است را به ولتاژ مناسب برای سیستم توزیع، که معمولا 33000 ولت (33کیلو ولت) است، تبدیل می کند.6) شبکه های توزیع برق منطقه ای یا شبکه ملی الکتریسیته را به سرتا سر کشور انتقال می دهند.

32. اندازه های متفاوت = ظرفیت متفاوت

33. اجزای مختلف توربین های بادی:

34. توربین های بادی کوچک: • آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر وزارت انرژی آمریکا:توربین‌های بادی با توان کمتر از ۱۰۰ کیلووات را توربین بادی کوچک تعریف می‌کند در این توربینها • ژنراتور به‌صورت مستقیم (بدون جعبه‌دنده) به روتور متصل شده و خروجی جریان مستقیم ایجاد می‌کند بیشتر در قایق‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند

35. توربین های بادی بزرگ: • بلندترین توربین بادی جهان(SWT-6.0-154) : ظرفیت تولید ۲۵ میلیون کیلووات ساعت انرژی برق را دارند = انرژی مورد نیاز ۶،۰۰۰ خانوار • سه تیغه از جنس پروفیل flatback • حدود ۲۰۰ متر ارتفاع • تیغه های B75 به کار رفته در آن۷۵ متر طول و ۱۵۴ متر قطر دارند • تیغه ها در مجموع ۲۵ تن وزن دارند • بزرگ‌ترین توربین بادی با محور عمودی: (Éole): • در کِبک کانادا، ۱۱۰ متر ارتفاع و ۳٫۸ مگاوات توان دارد.

36. توربین های بادی سرعت متغییر تغذیه دوبل: توربين در محدوده وسيع تري از وزش باد در راندمان ماكزيمم خود قرار دارد نوسانات باد با تغيير سرعت چرخش روتور جذب شده و به شبكه منتقل نمي شود مزایا ژنراتورهاي به كار رفته در اين توربين ها از نوع القایی واغلب آسنكرون هستند افزایش و بهبود كيفيت توان كاهش استرس مكانيكي وارد شده بر توربين افت توان در مدارات الكترونيك قدرت معایب افزایش هزینه

37. انواع اتصالات ژنراتور به شبکه ژنراتور القائی قفس سنجابی با کوپل مستقیم ژنراتور القائی قفس سنجابی با استاتور کنترل شده ژنراتور القائی تغذیه دوبل با روتور کنترل شده در ساختارهای دوم و سوم امکان کنترل گشتاور ژنراتور با ولتاژ و فرکانس وجود دارد.

38. نحوه تست توربینهای واقعی در آزمایشگاهها

39. نحوه تست توربینهای واقعی در آزمایشگاهها در تست تنش: • برای خم کردن یک پره، مهندسان آن را به روی یک دیوار بتنی مجهز به یک صفحه فولادی سوراخ‌دار بالا می‌کشند، و انتهای آن را همانند یک دوشاخه برقی عظیم که داخل پریز قرار می‌گیرد، به درون این صفحه سوراخ‌دار چفت می‌کنند. سپس به مدت یک هفته، مهندسان قلاب‌هایی را به انتهای دیگر آن وصل می‌کنند و با استفاده از جرثقیل‌های کوچک به آن گشتاور اعمال می‌کنند. تاسیسات ASCC یکی از دو مرکز واقع در ایالات متحده است که پره‌هایی با ابعاد حقیقی را تحت آزمایش تنش قرار می‌دهد، و تنها آزمایشگاهی است که ساخت و آزمایش پره‌های توربین‌های بادی در یک مرکز واحد انجام می‌شود. این آزمایشگاه 3400 مترمربع وسعت دارد و به راحتی می‌تواند یک زمین بیسبال استاندارد را در خود جا دهد

40. هزینه نصب توربین های بادی: این هزینه بطور کلی شامل هزینه های ساختمانی ، حمل و ترابری ، نصب، تبدیل و انتقال انرژی برق و هزینه های مربوط به تجهیزات کنترل جانبی است. هر یک از این هزینه ها خود به چند زیر شاخه تقسیم می شود. از جمله: 1) هزینه های ساختمانی شامل : هزینه احداث فنداسیونها که معمولا از نوع بتنی هستند ، هزینه احداث جاده های دسترسی به سایت ( در صورت نبود جاده دسترسی ) جهت انتقال توربین و پایه مربوط به محل سایت. 2) هزینه تبدیل شامل تهیه یک واحد ترانسفورماتوری جهت تبدیل جریان ولتاژ پایین ( معمولا 690 ولت ) تولیدی توربین بادی به جریان ولتاژ بالا ( معمولا 10 الی 30 کیلو ولت ) به منظور اتصال به شبکه محلی. 3) هزینه احداث تجهیزات مخابراتی ( تلفن ) چنانچه کنترل و نظارت از راه دور مدنظر باشد و نهایتاً هزینه کابل کشی از محل توربین به خط انتقال انرژی محلی ( معمولا 11 تا 30 کیلو ولت جهت انتقال قدرت. 4) هزینه خرید و یا اجاره زمین

41. پتانسیل منابع انرژی باد در ایران:

42. نیروگاه بادی منجیل: • منجیل شهر انرژی گیلان شمرده می‌شود. باد منجیل یکی از عوامل معروفیت این شهر می‌باشد که اغلب در بهار و تابستان با شدت بیش تری و در پاییز و زمستان با شدت کم تری می‌وزد. این باد از قدیم معروف به هفت باد منجیل بوده و شدت آن به قدری است که درختان زیتون را اغلب به یک سمت خم می‌کند.   • اوایل دهه هفتاد ، دولت اقدام به خرید و نصب نیروگاه بادی از کشور دانمارک کرد و پس از گذشت چند سال و فراگیری متخصصان داخلی، امروزه پروانه‌های بادی در کشور تولید و در نیروگاه بادی منجیل نصب می‌گردد و این نیروگاه روز بروز بزرگ تر و مؤثرتر می‌گردد. • در سایت رودبار 87 درصد روز های سال، باد وجود دارد که در کل 2/4میلیون کیلو وات ساعت برای یک توربین می توان بدست آورد.

43. stall(توربینهای قدیمی تر) • توربین های به کار رفته در نیروگاه بادی منجیل (وزن توربین دو تن ) پیچ کنترل(وزن توربین1400kg ) • نوع استال: وقتی سرعت باد به بیش از 25 متر بر ثانیه رسید توان توربین های استال کم می شود در این شرایط فلپ موجود در نوک پره های توربین در اثر نیروی گریز از مرکز بیرون می زند تا پره بایستد و توربین با چرخش از مسیر باد خارج شود. • نوع پیچ کنترل: با افزایش سرعت باد با پیچش در پره،توان توربین کم نشده و ثابت خواهد ماند

44. تا اواخر سال 1383 ، 51 عدد توربین بادی در سایت های مختلف بادی در اطراف شهر منجیل و رودبار نصب شده بود که ظرفیت مجموع آن 21هزار 580 کیلو وات بوده ولی هم اکنون در نیروگاه بادی منجیل حدود 123 توربین بادی نصب است که می تواند سالانه 300 میلیون کیلووات ساعت برق تولید کند

46. madsg.com مرجع فایل های علمی آموزشی