کد خبر: ۸۴۰۳
تاریخ انتشار : ۱۱:۰۹ - ۰۱ تير ۱۳۹۴
معرفی مقاله علمی
در این مقاله ضمن معرفی و تشریح سیستم نیروگاه تولید برق از انرژی امواج، عملکرد توربین برق بادی با در نظر گرفتن پارامتر‌های تجربی آن مورد بررسی قرار می‎گیرد. مولد مدل مربوطه یک ژنراتور القایی ۱۵۰ کیلوواتی متصل به شبکه محلی می‎باشد.

سرویس صفحه نخست برق نیوز: در این مقاله ضمن معرفی و تشریح سیستم نیروگاه تولید برق از انرژی امواج، عملکرد توربین برق بادی با در نظر گرفتن پارامتر‌های تجربی آن مورد بررسی قرار می‎گیرد. مولد مدل مربوطه یک ژنراتور القایی ۱۵۰ کیلوواتی متصل به شبکه محلی می‎باشد.

تغییرات در توان ژنراتور مزبور متأثر از طول موج و نوسانات فصلی در امواج دریا می‎باشد که موجب نوسانات زودگذر ولی قابل توجهی در بازدهی ژنراتور می‎گردد. نوسانات مزبور تحت عنوان حالت ترانزیت تواتری، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است و منحنی مختصات هر یک تشریح شده است. نتایج این مقاله در طراحی بهینه توربین‎های تولید برق از انرژی امواج مؤثر می‌باشند.

امواج در اثر انتقال انرژی از باد به دریا به وجود می‎آیند. نرخ این انتقال انرژی بستگی به سرعت باد و مسافتی دارد که در طول آن باد با سطح آب در تماس است. قدرت موج بر حسب کیلوولت بر متر می‎باشد که بیانگر نرخ انتقال انرژی از عرض یک مسیر معینی به طول یک متر و موازی با جبهه موج می‎باشد.

 بالاترین دانسیته انرژی امواج در سواحلی که در معرض میدان وزش باد‌های طولانی و مستمر قرار دارند به وجود می‎آید. علی‎رغم پوشش بیش از دو سوم کره زمین توسط دریا‌ها و وجود سواحل گسترده و مساعد جهت استحصال انرژی کلان نهفته در امواج نیرومند دریا‌ها متأسفانه بشر نتوانسته است به صورت بایسته‎ای از این منبع عظیم انرژی بهره‎برداری نماید.

در طی قرن اخیر، ایده استحصال انرژی از امواج کماکان به صورت پراکنده مطرح بوده است ولی عملاً در راستای این امر در دهه ۱۹۷۰ تعدادی از کشور‌ها از جمله انگلستان، آمریکا، هندوستان، ژاپن، ایرلند و کانادا پروژه‎هایی غالباً در سطوح آزمایشی و تحقیقاتی راه‎اندازی نموده‎اند. آنچه باعث تفکیک سیستم‌های تبدیل انرژی امواج می‎گردد مبتنی بر روشی است که توربین امواج را به حرکت در می‎آورد [۲ ـ ۱]. این روش‌ها عبارتند از: بالا و پایین رفتن (Heaving)، بالا و پایین رفـــتــن و غــلتیــــدن (Heaving & Pitching)، غلــتیـــدن و نوســـان ستــــون آب (Osciallating Water Column) و پس‎زنی (Surge).

یک سیستم تبدیل انرژی امواج را می‎توان به سه بخش ایجاد حرکت، توربین و بخش ژنراتور الکتریکی تفکیک نمود. بخش تحرک که موجب حرکت توربین می‎شود متناسب با روش‌های چهارگانه فوق‎الذکر دارای اشکال و سازه‎های مختلفی می‎باشد ولی عموماً روش ستون نوسانگر آب یا OWC روشی است که در اغلب پروژه‎های بهره‎برداری از انرژی امواج عمل جذب انرژی امواج، جهت انتقال به توربین را عهده‎دار می‎باشد.

از جمله نیروگاه‎های برق امواج از نوع OWC، نیروگاه‎های ۷۵، ۱۵۰ و ۵۰ کیلوواتی می‎باشند که به ترتیب در کشور‌های انگلیس، هند و ژاپن به عنوان پروژه‎های تحقیقاتی و آزمایشی احداث و راه اندازی شده‎اند. در این مقاله نیروگاه ۱۵۰ کیلوواتی مستقر در بندر ویزینجام واقع در استان کرلا کشور هندوستان که نگارنده در تحقیقات و طراحی بخش الکتریکی آن مشارکت داشته است به عنوان مدل پروژه این کار تحقیقاتی مورد بررسی و تحلیل قرار می‎گیرد.

۲ ـ مدل پروژه توربین برق امواج
این پروژه تحقیقاتی توسط بخش بهره‎برداری و توسعه اقیانوس‌های هندوستان اجرا شده است. بخش‌های الکتریکی پروژه توسط گروه ماشین‌های الکتریکی دانشکده برق و الکتریک " IIT ” دهلی برنامه‎ریزی و طراحی شده است. اولین ژنراتور القایی جهت تبدیل نیروی امواج با ظرفیت ۱۵۰ کیلووات توسط گروه مزبور و با تحقیق نگارنده در سال ۱۹۹۴ طراحی گردید و متعاقباً این ژنراتور طبق مشخصات طراحی شده توسط کمپانی کیلسکر هندوستان ساخته شد. در حال حاضر نیروگاه مزبور با موفقیت کامل تحت بهره‎برداری می‎باشد. شکل شماره (۲) اسکلت این واحد نیروگاه برق امواج را نشان می‎دهد. مشخصات بخش‌های مختلف این نیروگاه به شرح زیر می‎باشند:

۱ ـ ۲ ـ محرک و توربین پروژه
توربین به کار گرفته در این پروژه از نوع توربین ”ولز"  می‎باشد. این توربین به روش OWC به حرکت در می‎آید.

 در اینجا حفره‎ای که از قسمت پایین باز است، در مسیر حرکت موج قرار می‎گیرد. نیروی امواج که به صورت تواتری به حداکثر و حداقل می‎رسد باعث انقباض و انبساط (رفت و برگشت) هوا در محفظه قسمت بالای حفره شده و جریان هوا با حرکت تواتری مشابهی از دهانه بالایی حفره عبور می‎نماید. سپس جریان دوطرفه وارد توربین ولز شده و آن را به حرکت در می‎آورد. توربین ولز به عنوان توربین یکسو کننده جریان هوا عمل می‎نماید و تحت جریان ورودی دوطرفه چرخش توربین کماکان در یک جهت باقی می‎ماند. تیغه‎های توربین ولز نسبت به صفحه دوران دارای پروفیل قرینه و متقارن بوده و در طول شعاع بدون پیچش می‎باشند. بنابراین طول وتر در سرتاسر تیغه ثابت است و سطح جاروب تیغه‎ها حدوداً ۶۰% سطح حلقوی توربین می‎باشد. حداکثر راندمان توربین ۶۰ درصد است و تأمین این راندمان تحت زاویه حمله بسیار کوچک حدود ۱۰ الی ۱۵ درجه امکان پذیر می‎باشد.

۲ ـ ۲ ـ  ژنراتور پروژه
در کنار گزینه‎ای که آیا ژنراتور پروژه متصل به شبکه و یا مستقل از شبکه باشد، انتخاب ژنراتور از نوع جریان متناوب و جریان مستقیم و یا حتی در حالت متناوب نوع آسنکرون و سنکرون آن از جمله مباحث مطرح در این گونه پروژه‎ها می‎باشند. ژنراتور جریان مستقیم هرچند از پایداری خوبی برخوردار می‎باشد ولی به علت قیمت بالا و هزینه سرویس و نگهداری بالاتر از رده انتخاب خارج است. با توجه به اینکه توربین و محرک ژنراتور به علت نیروی متغیر امواج دارای سرعتی متواتر و متغیر می‎باشد لذا کاربری ژنراتور سنکرون باعث تولید فرکانس متغیر می‎شود که جهت رفع آن بایستی یک مبدل تنظیم فرکانس (Frequency Convertor) و یا وارونگر سرعت متغیر و فرکانس ثابت (VSCF) به مدار اضافه گردد.

مضافاً اینکه به کار گرفتن روش اتوماتیک جهت سنکرون نمودن خروجی ژنراتور به شبکه و نیز یک منبع جریان مستقیم برای تأمین جریان میدان مغناطیسی لازم می‎باشد. وجود حلقه‎های اصطکاک و جاروبک‎ها در ژنراتور سنکرون، قطعات مضاعفی هستند که مستلزم سرویس و نگهداری می‎باشند. در صورتی که ژنراتور آسنکرون، ضمن عاری بودن از مسائل فوق‎الذکر الکتریسته تبدیل شده را مستقیماً به شبکه تزریق می‎نماید و دارای بدنه‎ای مقاوم و مساعد برای محیط‎های دارای شرایط سخت نظیر سواحل دریایی می‎باشد. شبکه متصل به ژنراتور القایی ضمن تأمین ولتاژ و فرکانس، نیروی رآکتیو مورد نیاز ژنراتور را نیز تأمین می‎نماید و تخلیه نیروی رآکتیو از شبکه به خصوص در نیروگاه‎های برق امواج متمرکز نبوده و در مساحت وسیعی به موازات ساحل گسترده می‎باشند و لذا برای شبکه مشکل‎ساز نخواهند گردید.

 به خصوص در مورد نیروگاه‎هایی در ظرفیت مدل پروژه، تخلیه نیروی رآکتیو زیاد مؤثر نبوده ولی به هر حال بکار گرفتن خازن مهارکننده تخلیه توان رآکتیو امری است پیش‎گیرنده و اجتناب‎ناپذیر که غالباً به همراه ژنراتور‌های القایی کاربرد دارد. مع‎الوصف، ژنراتور القایی مورد استفاده در نیروگاه برق امواج نمی‎تواند از نوع الکتروموتور‌های معمول باشد و باید برخوردار از شرایط خاصی به شرح زیر باشد:

-     در شرایط قطع شبکه نیروی سیستم به صفر می‎رسد در حالی که توربین شتاب داشته و امکان وقوع حالت سرعت مضاعف و تا حد دو برابر سرعت سنکرون بعید نمی‎باشد. بنابراین ژنراتور بایستی طوری طراحی گردد که روتور آن قادر به تحمل سرعتی درحد دو برابر سرعت سنکرون باشد.

-  بدنه ژنراتور باید طوری طراحی گردد (طبق استاندارد IP-۵۵) که قادر به محافظت بخش‌های داخلی از رطوبت بالای حاکم بر محیط‌های دریایی و حتی مقاوم در برابر ریزش آب باشد.

-   با توجه به اینکه توربین نیروگاه برق امواج دارای شافت عمودی می‎باشد بنابراین فلانچ شافت عمودی لازم است.

-   به علت شرایط کاری نامساعد، احتمال گرم شدن ژنراتور از حد مجاز زیاد است لذا ژنراتور باید در کلاس F و حرارت محیط ۴۵ درجه سانتیگراد باشد.

-  عموماً عملکرد ژنراتور القایی در محدوده تعریش منفی  (Slip) صفر الی ۱۰% پایدار می‎ماند ولی در ژنراتور نیروگاه برق امواج به دلیل تغییرات زیاد در سرعت توربین باید برخوردار از محدوده بالاتری از تعریش باشد. برای مثال محدوده توان خروجی پایدار برای ژنراتور مدل پروژه باید در حد ۲۰ الی ۱۵۰ کیلووات کارآیی داشته باشد.

-  ژنراتور بایستی متناسب با مشخصات توربین امواج طراحی و ساخته شود.

برای دانلود فایل کامل لینک زیر را کلیک نمایید



توجه: برق نیوز اقدام انتشار مقالات علمی برق نموده است. ممکن است آمار‌ها و مطالب ارائه شده قدیمی باشد.
ارسال نظر قوانین ارسال نظر
لطفا از نوشتن با حروف لاتین (فینگلیش) خودداری نمایید.
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.
نتیجه عبارت زیر را وارد کنید
captcha =
وضعیت انتشار و پاسخ به ایمیل شما اطلاع رسانی میشود.
پربازدیدها
برق در شبکه های اجتماعی
اخبار عمومی برق نیوز
عکس و فیلم
پربحث ترین ها
آخرین اخبار