نیروگاه بادی

همه چیز درباره نیروگاه بادی

نیروگاه بادی چیست؟

نیروگاه بادی به عنوان مزرعه بادی یا توربین بادی نیز شناخته می شود. نیروگاه بادی یک منبع تجدید پذیر انرژی الکتریکی است. توربین بادی برای استفاده از سرعت و قدرت باد و تبدیل آن به انرژی الکتریکی طراحی شده است. نیروگاه بادی به طور گسترده در سراسر جهان استفاده می شود. زیرا باد بهترین منبع طبیعی است که در اکثر نقاط موجود است. توربین بادی می تواند بین سرعت باد 14 تا 90 کیلومتر در ساعت کار کند. ما در وبلاگ آداک، بهترین سازنده تابلو برق در ایران، در قالب 2 مقاله به معرفی کامل این سیستم تولید برق می پردازیم. در ادامه، با بخش اول از این مقالات همراه باشید.

نیروگاه بادی

مزایای نیروگاه بادی

یک نیروگاه بادی برای کاهش کسری برق در یک شبکه استفاده می شود. توان الکتریکی تولید شده از نیروگاه بادی با تغییرات سرعت باد متفاوت است. اما مزیت نیروگاه بادی این است که هزینه بهره برداری این نیروگاه کمتر است و منبع انرژی الکتریکی غیر آلاینده است. یک توربین بادی تنها برای تولید انرژی الکتریکی به مقدار زیاد کافی نیست. بنابراین، بیش از یک توربین بادی در محلی که باد به طور مداوم در دسترس است قرار می گیرد. و آن مکان به مزرعه بادی معروف است. به طور کلی، مزارع بادی در نزدیکی منطقه دریا قرار دارند.

طبقه بندی توربین های بادی

با توجه به جهت محور روتور، توربین های بادی به دو نوع طبقه بندی می شوند.

  • محور افقی
  • محور عمودی
  • محور افقی

توربین های محور افقی به دو نوع طبقه بندی می شوند.

  • نوع پروانه
  • نوع چند تیغه ای

در یک توربین محور افقی، جهت محور در امتداد محور افقی حفظ می شود. در یک توربین پروانه ای، تعدادی پره سه یا کمتر از سه است و در یک توربین چند پره از تعداد پره های بیشتری استفاده می شود.

انواع توربین بادی

توربین بادی پروانه ای

توربین پروانه ای بیشترین استفاده را دارد. توربین های بادی پروانه ای در بالای برج نصب می شوند و تیغه این توربین از قسمت ایرفویل یا ایروفویل تشکیل شده است. شکل زیر انواع توربین های پروانه ای را نشان می دهد.

توربین های دو پره

توربین های دو پره مقرون به صرفه ترین توربین ها هستند. اما در این شرایط، یک سیستم کنترل انحراف برای کاهش لرزش مورد نیاز است. این پیکربندی برای واحدهای بزرگ (2 مگاوات تا 3 مگاوات) با مواد و سیستم های کنترل مناسب استفاده می شود.

توربین های سه پره

طرح سه تیغه پرکاربردترین و ارجح ترین طرح است. زیرا روتور به طور طبیعی با طراحی سه پره متعادل می شود. این پیکربندی برای طیف وسیعی از تولید برق (15 کیلووات تا 3 مگاوات) استفاده می شود.

توربین های چند تیغه ای

توربین های چند تیغه ای از 12 تا 20 پره ساخته شده از پلاستیک تقویت شده با الیاف شیشه استفاده می شود. قطر روتور چند پره از 2 متر تا 5 متر متغیر است. توربین چند پره از پره های فلزی خمیده تشکیل شده است که انتهای داخلی و خارجی آن با رینگ ثابت شده است. نمودار یک توربین چند پره مطابق شکل زیر می باشد.

نیروگاه بادی چند تیغه ای

نیروگاه بادی محور عمودی

توربین های بادی محور عمودی به دو نوع طبقه بندی می شوند.

  • نوع ساوونیوس
  • نوع داریو

در این نوع توربین بادی شفت روتور اصلی جهت عرضی باد و سایر لوازم جانبی در پایه توربین قرار می گیرد.

نیروگاه بادی Savonius

در توربین بادی نوع ساوونیوس یک استوانه بیضوی توخالی به دو تکه قرار می گیرد و هر قطعه نیمی از توربین عمودی را به یک محور عمودی ثابت می کند. شکل این روتور شبیه الفبای S است. بنابراین روتور نوع ساوونیوس به روتور نوع S نیز معروف است. شکل روتور نوع ساوونیوس مطابق شکل زیر می باشد.

همچنین بخوانید: صفر تا صد تابلو برق صنعتی

در توربین بادی نوع دارریوس از دو یا سه پره تشکیل شده است. شکل این تیغه ها منحنی است و شکل این تیغه به تروپوسکین معروف است. تیغه های با سطح مقطع ایروفویل یا ایرفویل به صورت متقارن روی یک محور عمودی قرار می گیرند. توربین بادی از نوع darrieus مطابق شکل زیر می باشد.

Darrieus

نحوه عملکرد توربین های بادی

برای تخمین عملکرد توربین های بادی، باید پارامترهای زیر را در نظر بگیریم.

  • ضریب توان
  • نسبت سرعت نوک
  • استحکام
  • ضریب توان

ضریب توان به عنوان نسبتی از توان ارائه شده توسط روتور به حداکثر توان موجود در توربین بادی تعریف می شود.

نیروگاه بادی

حداکثر توان موجود در توربین (Pmax) است؛

ضریب توان نیروگاه بادی

که در آن:

  • Ci = سرعت باد ورودی
  • A = سطح مقطع جریان باد
  • ρ = چگالی هوا

توان ارائه شده توسط یک توربین (P) با راندمان 59.26٪؛

راندمان واقعی یک توربین بادی ممکن است به دلیل تلفات اصطکاک در روتور، چرخ دنده و تلفات کوپلینگ مکانیکی در ژنراتور کمتر باشد. در یک توربین بادی واقعی، راندمان بین 35 تا 44 درصد است.

نسبت نوک تیغه به سرعت

نسبت سرعت نوک به عنوان نسبت سرعت نوک تیغه به سرعت باد جریان آزاد تعریف می شود.

سرعت نوک تیغه به صورت تعریف شده است.

جایی که؛

  • ω = سرعت زاویه ای روتور
  • R = شعاع نوک روتور

این معادله برای توربین های بادی افقی اعمال می شود و در مورد توربین بادی عمودی، سرعت نوک پره نشان دهنده سرعت محیطی در وسط طول پره است.

استحکام توربین بادی

استحکام به عنوان نسبت سطح پره به ناحیه جلویی توربین تعریف می شود.

جایی که؛

  • C = میانگین طول وتر
  • R = شعاع پره های روتور
  • n = تعداد پره های روتور

معادله فوق برای توربین بادی افقی است. برای یک توربین بادی عمودی، معادله فوق بر 2 تقسیم می شود. نسبت استحکام بالاتر از نیروی کشش استفاده می کند و با سرعت کمتری می چرخد. نسبت استحکام را کم کنید، از نیروی بالابر استفاده کنید و با سرعت های بالاتر بچرخانید.

نحوه انتخاب محل احداث نیروگاه بادی

توان تولید شده توسط توربین بادی به سرعت باد موجود بستگی دارد. بنابراین، توربین‌های بادی در مکانی قرار می‌گیرند که باد مداوم و شدید در آن وجود داشته باشد. باد روزانه متغیر است. بنابراین، ما باید داده ها را برای یک ماه یا سال تجزیه و تحلیل کنیم. برای انتخاب مکان برای یک توربین بادی، موارد ذکر شده در زیر باید در نظر گرفته شود.

  • سرعت باد
  • ساختار شبکه
  • فاصله
  • ارتفاع محل
  • ماهیت زمین
  • هزینه زمین

سرعت باد

توان تولید شده توسط توربین بادی به مقادیر مکعب سرعت باد بستگی دارد. بنابراین، یک تغییر کوچک در سرعت باد، توان تولیدی بیشتری را تغییر می‌دهد. ما باید میانگین سرعت باد موجود برای یک مکان خاص را در نظر بگیریم. برای آن، ما به داده های سرعت باد برای یک سال یا ماه نیاز داشتیم. پس از تجزیه و تحلیل داده ها، باید سرعت باد متوسط را در نظر بگیریم و سایتی با سرعت باد قوی انتخاب کنیم.

ساختار شبکه

نیروی تولید شده توسط توربین بادی از طریق یک شبکه به بار منتقل می شود. توان خروجی توربین بادی به سرعت باد بستگی دارد و با توجه به زمان در نوسان است. بنابراین، توان خروجی نیز با توجه به زمان در نوسان است که کیفیت توان ضعیفی را به همراه دارد. از این رو، اتصال توربین های بادی با شبکه مهم ترین کار است.

فاصله نیروگاه بادی

خط انتقال برای اتصال توربین بادی به پست یا مرکز بار استفاده می شود. اگر فاصله نیروگاه های بادی بیشتر باشد، هزینه انتقال را افزایش می دهد. بنابراین برای کاهش هزینه انتقال باید محل نزدیک به مرکز بار را انتخاب کنیم.

ارتفاع محل

در ارتفاع بالا، چگالی باد زیاد است که باعث افزایش خروجی توربین بادی می شود. در مکانی که ارتفاع در دسترس نیست، اندازه برج افزایش می یابد تا ارتفاع بالایی بدست آید. ارتفاع توربین بادی از سطح دریا محاسبه می شود.

ماهیت زمین

برای رسیدن به باد با چگالی بالا، توربین بادی در ارتفاع ساخته می شود. این نیاز به یک پایه بزرگ و محکم به زمین دارد. پس ماهیت زمین عاری از فرسایش و مکان عاری از مشکلات زمین لغزش است.

هزینه زمین

هزینه اولیه یک توربین بادی بسیار بالا است زیرا از مواد گران قیمت و ساخت بسیار بزرگ پره ها استفاده می کند. هزینه زمین نیز در هزینه سرمایه لحاظ می شود. بنابراین، هزینه زمین باید تا حد امکان پایین باشد تا هزینه سرمایه کاهش یابد. در اغلب موارد توربین های بادی در زمین های غیرقابل استفاده قرار می گیرند.

طرح های تولید برق با نیروگاه بادی

با توجه به سرعت و فرکانس، طرح های مختلفی برای تولید برق توسط توربین بادی وجود دارد. این طرح ها در زیر لیست شده اند.

  • طرح فرکانس ثابت سرعت ثابت
  • طرح فرکانس ثابت سرعت دوگانه
  • طرح فرکانس ثابت سرعت متغیر
  • فرکانس ثابت سرعت متغیر با دو خروجی
  • طرح فرکانس متغیر سرعت متغیر

طرح فرکانس ثابت سرعت ثابت

در این طرح از ژنراتور القایی یا ژنراتور سنکرون استفاده می شود. سرعت ژنراتور برابر یا بیشتر از سرعت سنکرون است. بلوک دیاگرام این طرح در شکل زیر نشان داده شده است.

استارت موتور القایی به شبکه انتقال متصل است. موتور القایی بیش از سرعت سنکرون کار می کند. از این رو، به عنوان یک ژنراتور القایی رفتار می کند. و توان فرکانس ثابت را به شبکه انتقال بدهید. فرکانس ژنراتور القایی به صورت تعریف شده است

لغزش ژنراتور القایی بین 0 تا 0.06 قرار دارد. برای جلوگیری از افزایش زیاد سرعت، موتور القایی باید زیر حداکثر گشتاور کار کند. در مقایسه با ژنراتور سنکرون، عملکرد ژنراتور القایی آسان، ساخت ساده، نگهداری کمتر و مقرون به صرفه است. بنابراین در این طرح از ژنراتور القایی بیشتر استفاده می شود. اما در حین کار با ژنراتور القایی، برای جلوگیری از پشتیبانی توان راکتیو در شبکه انتقال، به یک خازن یا بانک خازن نیاز است.

طرح فرکانس ثابت سرعت دوگانه

در این طرح، توربین بادی دو سرعته با یک ترانسفورماتور دو سیم پیچ مطابق شکل زیر متصل می شود.

ژنراتور القایی با 2 سیم پیچ استاتور متصل می شود. این سیم پیچ ها از تعداد متفاوتی از قطب ها تشکیل شده اند. فرض کنید قطب P1 و P2 (P1>P2). زمانی که سرعت باد کم باشد، سیم پیچی با قطب های P1 به سیستم متصل شده و بر اساس آن برق تولید می شود. زمانی که سرعت باد زیاد باشد، سیم پیچی با قطب P2 به سیستم متصل شده و بر اساس آن برق تولید می شود.

هر دو بار، فرکانس قدرت یکسان باقی می ماند. مشابه طرح فوق، خازن باید به شبکه انتقال متصل شود تا از پشتیبانی توان راکتیو در شبکه انتقال جلوگیری شود.

طرح فرکانس ثابت سرعت متغیر

در این طرح از سیستم انتقال DC استفاده می شود. ژنراتور سنکرون به سیستم متصل شده و خروجی سه دینام یا ژنراتور سنکرون با کمک یکسو کننده به DC تبدیل می شود. نمودار اتصال این طرح در شکل زیر نشان داده شده است.

نیروگاه بادی سرعت متفیر

خروجی DC یکسو کننده پل به خط انتقال DC متصل می شود. و در انتهای گیرنده خط انتقال برق با کمک اینورتر به AC تبدیل می شود. مجدداً این نیرو به شبکه انتقال منتقل می شود.

این نوع طرح در کاربردهای مستقل مانند چراغ خیابان نیز استفاده می شود. برای هر دو سرعت باد کم و زیاد، توان بالایی تولید می کند. این طرح برای توربین های محور عمودی و افقی مناسب است.

فرکانس ثابت سرعت متغیر با دو خروجی

در این طرح از ژنراتور القای حلقه لغزش استفاده می شود. این طرح برای افزایش ظرفیت تولید برق یک توربین بادی استفاده می شود. برق از هر دو استاتور و روتور تولید می شود. توان خروجی تولید شده در فرکانس لغزش با استفاده از یکسو کننده و جفت اینورتر به توان در فرکانس خط تبدیل می شود.

توان خروجی از روتور به لغزش و سرعت بستگی دارد. محدوده سرعت عملکرد بین Ns تا 2Ns و لغزش بین 0 تا 1 است. نمودار اتصال این طرح در شکل زیر نشان داده شده است.

طرح فرکانس متغیر سرعت متغیر

در این طرح از ژنراتور سنکرون برای تولید توان فرکانس متغیر استفاده می شود. برای تحریک ژنراتور سنکرون از یک بانک خازن استفاده می شود. بزرگی و فرکانس ژنراتور سنکرون به سرعت توربین، تحریک یک خازن و امپدانس بار بستگی دارد.

خروجی یک ژنراتور با استفاده از یکسوساز به برق DC تبدیل می شود. برای کنترل و نظارت بر کل سیستم، از یک کنترل کننده بازخورد در حلقه بازخورد استفاده می شود. این نوع طرح در کاربردهایی مفید است که بار به فرکانسی مانند بار گرمایشی حساس نیست. نمودار اتصال این طرح در شکل زیر نشان داده شده است.

در بخش اول از مقاله آشنایی با نیروگاه بادی، با اصول کلی و مفاهیم پایه این نیروگاه آشنا شدیم. بزودی با بخش دوم مقاله با معرفی ژنراتورهای به کار رفته در نیروگاه بادی و مزایا و معایب این سیستم آشنا خواهیم شد.

در این مقاله از وبلاگ آداک، بهترین سازنده تابلو برق در ایران، به معرفی ویژگی ها و کاربردهای این ماده مهم می پردازیم. با ما همراه باشید.

طراحی ایمن و مدرن تابلو برق فشار متوسط

اگر قصد سفارش ساخت تابلو برق فشار ضعیف و تابلو برق فشار متوسط ایمن و کارآمد را دارید، هم اکنون با کارشناسان شرکت آداک بهین نیرو تماس بگیرید. به پشتوانه سال ها تجربه و اجرای صدها پروژه ملی و بین المللی، ما آماده ارائه راه کارهای متنوع برای مجتمع صنعتی یا مسکونی شما هستیم. جهت خرید تابلو برق با ما تماس بگیرید.

تابلو برق آداک

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144491255

ایمیل: sales@adakbn-co.com

کارخانه: شهرک صنعتی صفادشت، بلوار فروردین، خیابان فروردین نهم غربی، پلاک 104

تلفن: 02634156000

5/5 - (4 امتیاز)

روش های تماس با آداک

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144491255

ایمیل: sales@adakbn-co.com

کارخانه: شهرک صنعتی صفادشت، بلوار فروردین، خیابان فروردین نهم غربی، پلاک 104

تلفن: 02634156000