نگاه تحقیقاتی به عملکرد توربینهای بادی
ژنراتورهای توربین بادی می‌توانند برای تولید الکتریسته مورد استفاده قرار گیرند. باد باعث می‌شود توربین و پروانه آن بچرخد. یک باد نما جهت اطمینان از این که توریبن همیشه به سمت باد باشد، مورد استفاده قرارمی گیرد. پروانه توریبن به آلترناتوری وصل است که برق تولید می‌کند.
سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: ژنراتورهای توربین بادی می‌توانند برای تولید الکتریسته مورد استفاده قرار گیرند. باد باعث می‌شود توربین و پروانه آن بچرخد. یک باد نما جهت اطمینان از این که توریبن همیشه به سمت باد باشد، مورد استفاده قرارمی گیرد. پروانه توریبن به آلترناتوری وصل است که برق تولید می‌کند.
اصول اساسی ارزیابی منبع بادی
ارزیابی منبع بادی یک عامل حساس و مهم در طرح ریزی سطح کارائی توربین در یک مکان معین می‌باشد. انرژی موجود در جریان باد، نسبتی است از مکعب سرعت آن، که بدین معناست که دو برابر شدن سرعت باد، انرژی قابل دسترس را به صورت فاکتوری از هشت، افزایش می‌دهد. علاوه بر این، خود منبع باد بندرت یک جریان مداوم و پایدار است و بسته به زمان روز، فصل، ارتفاع از سطح زمین و نوع سرزمین تغییر می‌یابد. مکان مناسب در جاهای بادخیز و دور از موانع بزرگ و قابل ملاحظه، میزان کارائی یک توربین بادی را افزایش می‌دهد.
بطور کلی متوسط سرعت باد سالانه ۵ متر در ثانیه (۱۱ مایل در ساعت) برای مواردی که به شبکه اتصال دارند، لازم می‌باشد. متوسط سرعت باد سالانه ۳ تا ۴ متر در ثانیه (۷ - ۹ مایل در ساعت) ممکن است برای موارد استعمال الکتریکی و مکانیکی غیر متصل نظیر شارژ باتری و پمپ آب مناسب باشد. در بسیاری از نقاط جهان منابع بادی با بیش از این سرعت‌ها موجود است.
چگالی انرژی بادی
- روشی سودمند برای ارزیابی منبع بادی موجود در یک مکان بالقوه می‌باشد. چگالی انرژی بادی که به صورت وات در هر مترمربع اندازه گیری می‌شود، نشانگر این است که چقدر انرژی برای تبدیل شدن توسط یک توربین بادی، در مکان موجود می‌باشد. رده‌های چگالی انرژی بادی برای دو ارتفاع استاندارد سنجش باد در جدول زیر آمده است. معمولا سرعت باد با بیشتر شدن ارتفاع از سطح زمین افزایش می‌یابد.
رده‌های چگالی انرژی بادی در ۱۰ متر و ۵۰ متر (الف)
الف.) برآورد قائم سرعت بادبراساس قانون توانی 7/1
ب) متوسط سرعت باد براساس جدول توزیع سرعت رایلی چگالی انرژی بادی می‌باشد. سرعت باد برای شرایط استاندارد سطح دریا می‌باشد. برای حفظ همان چگالی انرژی، سرعت ۳ % / ۱۰۰۰ متر (۵ % / ۵۰۰۰ فوت) ارتفاع افزایش می‌یابد.
(برگرفته از اطلس منبع انرژی بادی باتل.)
بطور کلی اکنون مکانهایی با نرخ رده انرژی بادی ۴ و بالاتر برای نیروگاههای بادی مقیاس بزرگ ترجیح داده می‌شوند. تحقیقات انجام شده توسط صنایع و دولت آمریکا در حال بسط دادن موارد استعمال تکنولوژی بادی متصل به شبکه به نواحی دارای باد محدودتر و آرام‌تر می‌باشند.
شکل ۲: اجزا یک توربین بادی معمولی
چگونه یک توربین بادی کار می‌کند؟
توربینهای بادی، با استفاده از نیروی طبیعی باد برای به حرکت درآوردن ژنراتور، الکتریسیته تولید می‌کنند. باد یک منبع سوخت پاک و پایدار است که مواد دفعی ندارد و هرگز تمام نخواهد شد، چون دائما توسط انرژی خورشید تجدید می‌شود.
از بسیاری جهات، توربینهای بادی تکامل طبیعی آسیابهای بادی سنتی می‌باشند، اما اکنون معمولا سه پره دارند که حول یک حلقه مرکزی افقی می‌چرخند که به نیروی الکترونیکی واقع در موتورخانه که در نوک برج فولادی قراردارد، اتصال دارند.
بیشتر توربینهای بادی زمانی که سرعت باد حدود ۴ - ۳ متر در ثانیه می‌باشد، شروع به تولید برق می‌نمایند و حداکثر مجاز برق را در حدود ۱۵ متر در ثانیه تولید می‌کنند و برای جلوگیری از خسارات حاصل از توفان در ۲۵ متر در ثانیه و یا بیشتر متوقف شده و از کار می‌افتند.
باد از پره‌ها عبور کرده و یک نیروی چرخش دهنده، ایجاد می‌کند:
۱) پره‌های چرخان
۲) پروانه داخل موتور که به جعبه دنده می‌رود را می‌چرخاند.
۳) جعبه دنده سرعت چرخش برای ژنراتور را افزایش می‌دهد.
۴) ژنراتور از میدان مغناطیسی برای تبدیل انرژی چرخشی به انرژی الکتریکی استفاده می‌کند. نیروی خروجی تولید شده به یک ترانسفورماتور می‌رود.
۵) ترانسفورماتور انرژی حاصل از ژنراتور که حدود ۷۰۰ ولت است را به ولتاژ مناسب برای سیستم توزیع، که معمولا ۳۳۰۰۰ ولت (۳۳ کیلو ولت) است، تبدیل می‌کند.
۶) شبکه‌های توزیع برق منطقه‌ای یا شبکه ملی الکتریسیته را به سرتا سر کشور انتقال می‌دهند.
شکل ۳: چگونه یک توربین بادی، انرژی جنبشی باد را به انرژی الکتریکی برای شبکه توزیع تبدیل می‌کند
یک توربین بادی چیست و چگونه کار می‌کند؟
دو مدل اصلی از توربینهای الکتریکی بادی وجود دارد: توربین بادی محور عمودی یا egg-beater و توربین افقی با محور بادی (Propeller-style). امروزه متداولترین آن توربین افقی با محور بادی (Horizontal-axis) می‌باشد که تقریبا کل توربینهای در مقیاس مصارف عمومی و همگانی را در سطح بازار جهانی تشکیل می‌دهد (ظرفیت ۱۰۰ کیلو وات و بیشتر).
ترتیب اجزا اصلی توربین بادی
توربینهای بادی از نظر اندازه متفاوت می‌باشند. این شکل اندازه‌های گوناگون توربین‌ها و مقدار الکتریسیته‌ای که هر کدام از آنها قادرند تولید کنند را نمایش دهد (ظرفیت توربین یا سنجش توان).
معمولا الکتریسیته‌ای که توسط یک توربین بادی تولید می‌شود، جمع آوری شده و به خطوط فشار قوی وارد گردیده و در آنجا با الکتریسیته حاصل از نیروگاههای دیگر ترکیب شده و به مصرف کنندگان تحویل می‌شود.
کارکرد و نگهداری و تعمیرات
همه توربینهای بادی روی خشکی و داخل دریا، ابزارآلاتی در بالای موتورخانه دارند، یک باد سنج و یک بادنما که بترتیب سرعت باد را اندازه گرفته و جهت آن را تعیین می‌کنند. زمانی که باد تغییر جهت می‌دهد، موتورها، قسمت موتورخانه و پره‌ها را می‌چرخانند تا به سمت باد قرار گیرند. تمام این اطلاعات توسط کامپیوتر‌ها ثبت گردیده و به مرکز کنترل ارسال می‌شوند که این مرکز می‌تواند کیلومتر‌ها دورتر باشد، بدین معنا که توربینهای بادی به طور فیزیکی توسط نیروی انسانی (کارگران) اداره نمی‌شوند، هر چند بطور دوره‌ای بررسی‌های مکانیکی بر روی آنها صورت می‌گیرد که این بررسی‌ها اغلب توسط کمپانی‌های محلی انجام می‌شود. همچنین کامپیوترهای روی عرشه بر عملکرد هر یک از اجزای توربین بخصوص پره‌ها نظارت دارند و در صورتی که هرگونه مشکلی دیده شود، توربین را بطور اتوماتیک خاموش خواهد ساخت و به یک مهندس اعلام خواهد کرد که به یک بررسی در محل نیاز می‌باشد. در واقع برای بسیاری از توربینهای بادی، ولتاژهای بیشتر، انواع مختلف ژنراتور‌ها و سیستم‌های امنیتی، وضعیت پیچیده‌تر می‌باشد، اما این راهنمای خوبی برای اصول اولیه و مقدمات است.
مقدار الکتریسیته تولید شده از یک توربین بادی به سه عامل بستگی دارد:
1. باد خیزی مکان:
نیروی برق حاصل از باد تابعی از مکعب سرعت باد می‌باشد؛ بنابراین اگر سرعت باد دو برابر شود، حجم انرژی آن هشت برابر افزایش خواهد یافت. توربینهای واقع در محل هایی که سرعت متوسط باد ۸ متر در ثانیه است به نسبت جاهایی که سرعت متوسط باد ۶ متر در ثانیه می‌باشد، حدود ۱۰۰ - ۷۵ درصد بیشتر الکتریسیته تولید می‌کند، چون همه انرژی اضافی قابل ذخیره نمی‌باشد.
2. میزان دسترسی به توربینهای بادی:
این به معنای توانایی بهره برداری در زمان وزش باد می‌باشد بعبارت دیگر در دسترس بودن توربین برای عمل کردن؛ که این معمولا برای دستگاه‌های مدرن اروپایی ۹۸ % یا بیشتر می‌باشد.
3. شیوه قرار دادن توربین ها:
توربین‌ها در مزارع بادی به ترتیبی قرار می‌گیرند که یک توربین مانع رسیدن باد به توربین دیگر نشود. موضوعات مربوط به نمای زمین (زمین آرایی) نیز باید مورد ملاحظه قرارگیرد. بطور کلی توافق براین است که محل ایده آل برای یک ژنراتور توربین بادی، نوک یک تپه صاف درسطحی صاف و شفاف حداقل در جهتی که باد بیشتر می‌وزد، می‌باشد.
برخلاف آسیابهای بادی که در قرن نوزدهم رواج داشتند، یک توربین بادی مدرن تولید کننده برق طوری طراحی شده است که هر زمان باد به اندازه کافی وجود داشته باشد، برق فرکانس شبکه با کیفیت بالا را تولید کند. توربینهای بادی می‌توانند بطور مداوم و خودکار و با میزان تعمیرات پایین با حدود ۱۲۰۰۰۰ ساعت عملکرد فعالانه برای طول عمر طرح شده حدود ۲۰ سال، کارکنند. در مقایسه، یک موتور ماشین معمولی یک طول عمر طرح شده در حدود ۶۰۰۰ ساعت دارد.
معمولا پروانه‌های توربینهای بادی مدرن از سه پره تشکیل شده اند که سرعت و قدرت آنها به وسیله تنظیم Stall یا Pitch کنترل می‌شود. تنظیم Stall شامل کنترل چرخش مکانیکی پره‌ها بوده و تنظیم Pitch (که هم اکنون استفاده از آن متداول‌تر است) شامل تغییر زاویه خود پره‌ها می‌باشد. پره‌های چرخ گردان از مواد مرکب ساخته می‌شوند که از فایبرگلاس و پلی استر و اپوکسی استفاده می‌شود و گاهی اوقات با چوب و کربن هم ترکیب می‌شود.
انرژی بدست آمده از چرخش پیوسته پره ها، از طریق یک گیربکس و سیستم انتقال توان به یک ژنراتور الکتریکی منتقل می‌شود. متناوبا ژنراتور می‌تواند مستقیما با روش "رانش مستقیم " به چرخ گردان وصل شود. توربین هایی که قادرند در سرعت‌های مختلف کار کنند، بیش از پیش رایج هستند که این ویژگی سازش پذیری با شبکه الکتریسیته را بهبود می‌بخشد.
گیربکس، ژنراتور و دیگر تجهیزات کنترل، درون یک موتورخانه محافظ قرار گرفته اند. برجهای لوله‌ای شکلی که موتورخانه و چرخ گردان را پشتیبانی می‌کنند معمولا از فولاد ساخته شده اند و از پایه به طرف نوک مخروطی شکل می‌شوند. تمام موتورخانه و چرخ گردان به منظور رویارویی با باد شدید طوری طراحی شده اند که دایره وار حرکت کنند یا" دوران حول محور قائم".
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.