madsg.com

شبکه آموزشی پژوهشی ایران - مادسیج

2

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

نخستین ماشینی که با باد به حرکت درآمدچرخ بادی هرون

نخستین آسیاب بادی

نخستین توربین بادی باکاربرد تولید برق

کیلووات5-25نخستین توربین بادی باکالس

نخستین توربین بادی باکالس مگاوات

مقدمه:

در سده هفت میالدی در سیستان

ماشین شارژ باطری،جیمز 1887بایث،

در ورمونت

در آمریکا

6

اولیه بادی آسیاب یک نمونه

7

تغییردما سرعتبیشتر درخشکی

انرژی خورشید نقاط مختلف زمین رایکسان گرم نمیکند

تفاوت دما باعث به وجودآمدن یک سیستم تبادل حرارتی از سطح

km/h 160زمین تاهواکره در سطوح باالی جو سرعت باد به

می رسد. باد در اثر اصطکاک با جو و سطح زمین انرژی خود

را از دست می دهد.

باد:

قطب گرمایی انرژیاستوایی مناطق کمتراز

8

9

آسمان نزوالت بارش

:انرژی منابع شدید کاهش حد از بیش استفاده کالیدن

باد انرژی از وسیع مقیاس استفاده تاثیر بادی :اولین مزارع

میابد کاهش شدت زمین انژی منابع شدن مصرف علت به تولیدیشان انرژی

آیا انرژی باد تجدیدپذیر است؟

پرتوخورشید مقدار کاهشزمین به رسیده

جوی اغتشاشات

10

در هر صورت ما با فرض تجدیدپذیر بودن انرژی بادمطالب 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 سیاالت

عدم نیاز به زمینهای بزرگ و ساختمانهای مربوط به بخش کنترل

ظرفیت کل سایتهای بادی نصب شده در دنیا

2011تا سال

12

چالش وزد : مهمترین نمی پایدار و پیوسته صورت به باد

ذخیره برای هایی باطری از اینکه مگر کرد ذخیره نمیتوان را باد انرژی

کرد استفاده آن

کرد جمع نمیتوان را وزش درحال باد همه

دورند انرژی نیازمند شهرهای از خوب بادخیز مکانهای

بصری نامتبوع واثرات ها پره توسط شده ایجاد بلند صدای

معایب انرژی باد:

13

استفاده از برای مشخص کردن فراوانی سرعت باد در یک منطقه

ضریب توزیع مدل رایلی

بیشتر توان تولیدی در بازه های کوتاه در سرعت باالی باد اتفاق می

% از زمان کارکرد 15افتد. طبق الگوی لی رنچ نصف تولید در

اتفاق می افتد لذا نیروگاه بادی دارای تولید ناپایدار است از

ژنراتور پشتیبان در سرعت کم باد استفاده میشود

توزیع سرعت باد:

14

(max ظرفیت تولیدی نیروگاه(/)میزان توان حقیقی تولید شده ضریب ظرفیتنیروگاه(=

% 35اگر نیروگاه در محل مناسبی نصب شده باشد ضریب ظرفیت سالیانه است

ضریب ظرفیت به شدت به خصوصیات ذاتی باد وابسته است

:وات برمترمربع نشانگر چقدر انرژی برای تبدیل شدن چگالی باد توسط یک توربین

بادی در مکان وجود دارد

سرعت باد با افزایش از سطح طمین افزایش میابد

ضریب ظرفیت و چگالی باد:

15

ای لحظه زمانی مقیاس

ساعت به ساعت به وابسته بادی نیروگاه توسط تولیدشده الکتریکی انرژی روزانه میزان

فصلی

بیشتری تعداد باید شبکه در ثبات ایجاد برای است ناپایدار بادی برق تولید چونکرد نصب بادی توربین

باالتر درسطوح اندازی راه و تنظیم هزینه افزایش باعث باد طبیعی بودن ادواریسازی ذخیره یا و انرژی تقاضای مدیریت اصول

محدودیت ادواری و نفوذ:

16

انرژی ذخیره روشهای از یکی از استفادهموجب

دایم% 25افزایش های هزینه

شبکه در تعادل ایجاد برای

مصرف برای زمانی متفاوت های تعرفه ایجادها کننده

روشهای به تعادل رساندن دوبازه زمانی کم مصرف و پر مصرف:

17

1 : یک. نوک زمین سطح خطوط

مناسبتری مکان یاپرتگاه قلهازسراشیبی

میدهد قرار تاثیر تحت را باد سرعت مشخصات عامل دو

زمین. 2 سطح ناهمواریهایمثل

شهرها و جنگلها

مشخصات زمین های بادخیز:

18

19

20

نزد مشخص فواصل با منطقه مکانی شکل توجه با بادی های توربیناوقات اغلب در که شوند می نصب طوری متقارن شکل در و یکدیگر

بگیرند باد از را انرژی بیشترین و باشند منطقه غالب باد وزش درجهت. نباشد توربین دماغه مکرر چرخش به هم چندانی نیاز و

که است معلوم شود می نصب توربین ردیف یک از بیش که مواردی درمقدار و وزد می دیگری توربین به توربین ازیک عبور از بعد باد جریانشکل ) شود می کم باد وزش سرعت و یافته کاهش اندکی آن انرژی

1)

فواصل بهینه بین توربین ها:

21

22

سرعت خود و توربینها بین باد اغتشاش اثر بر باد سرعت کاهش

درحدود آن جهت و حوالی% 5-10باد در رتور 10و قطر برابر

است از لذا توربین بیش روتور 10فاصله قطر برابر

دهد می کاهش را برای مشکل اغتشاش بیشتر هزینه ایجاد

برای کشی کابل هزینه و ها توربین بین ارتباطی های راه و زمین

برق انتقال

فواصل بهینه بین توربین ها:

23

جهت یک از همواره باد آل ایده حالت یک در کنیم فرض اگرمطابق) منطقه غالب باد جهت شماره ) مشخص با(( 2شکل و

یک در که یکسان های توربین مجموعه یک بر معلومی سرعتفاصله آنگاه بوزد اند شده نصب روتور 4تا 2ردیف قطر برابر

و تداخل تا کند می مجاور،کفایت های توربین بین در توربینبرسد حداقل به اغتشاش

فواصل بهینه بین توربین ها:

24

25

بازدهی باالترتوربینهای با محور افقی- ۱ داریوس

( vawt)توربینهای با محور عمودی- ۲ ساوونیوس

انواع توربین های بادی:

26

روتور اصلی به صورت عمودی قرار می گیرد

مهمترین مزیت:نیازی به نتطیم جهت قرارگیری نسبت به مزایا وزش باد ندارد

مکانهای با تغییر جهت وزش باد زیاد

نزدیک بودن ژنراتور و جعبه دنده به زمین

کم بودن سرعت دوران زیاد بودن گشتاور و هزینه معایب بیشتر سیستم انتقال،بارگذاری دینامیکی بیشتر پره ه،پیچیدگی زیاد

طراحی و تحلیل ایروفیل پیش از ساخت پیش نمونه

توربین بادی با محور عمودی:

27

به : ،رتور میچرخاند را روتور دور های پره باد جنبشی انرژی کار اساسالکتریسیته میچرخاند را ژنراتور و است متصل مرکزی شفت

میشود تولید

انرژی بیشترین تا میشوند نصب بلندی برجهای روی بادی توربینهایبه ها برج این کنند،بلندی دریافت را میرسد 30-40جنبشی متر

توربینهای بادی چگونه کار میکنند؟

28

ارتفاع بهینهءبرج سیستم کنترلیشبیه سازی های آیرودینامیکی جهت تعیین

تعداد و شکل پره ها

%قیمت،شامل 20 رتور،پرههای تبدیل کننده انرژی

%، 34ژنراتور،قسمتهای مختلف توربین های با محور افقی مولدالکتریکی، تجهیزات کنترلی،جعبه دنده

شامل %،15 بخش تکیه گاهی،برج و مکانیزم جهت دهی

روتور نسبت به جهت وزش باد

طراحی و ساخت توربینهای بادی

29

Cut-in حداقل سرعت باد که از آن پس توربین بادی شروع به تولید : ( متر در ثانیه 3-4)برق می کند .

Cut-Out حداکثر سرعتی که از آن پس برای حفاظت سالمت توربین : 25)و جلوگیری از واژگونی آن حرکت توربین بادی متوقف می شود .

(متر در ثانیه Rated Wind Speed مقدار متوسط سرعت باد که چنانچه با آن :

سرعت ، باد به توربین بوزد معادل توان نامی توربین برق تولید می ( متر در ثانیه 15)شود .

طراحی و ساخت توربینهای بادی

30

باد از پره ها عبور کرده و یک نیروی چرخش دهنده، ایجاد می کند:( پره های چرخان1

( پروانه داخل موتور که به جعبه دنده می رود را می چرخاند. 2( جعبه دنده سرعت چرخش برای ژنراتور را افزایش می دهد. 3( ژنراتور از میدان مغناطیسی برای تبدیل انرژی چرخشی به انرژی 4

الکتریکی استفاده می کند. نیروی خروجی تولید شده به یک ترانسفورماتور می رود.

ولت است 700( ترانسفورماتور انرژی حاصل از ژنراتور که حدود 5 ولت 33000را به ولتاژ مناسب برای سیستم توزیع، که معموال

کیلو ولت( است، تبدیل می کند.33)( شبکه های توزیع برق منطقه ای یا شبکه ملی الکتریسیته را به 6

سرتا سر کشور انتقال می دهند.

طراحی و ساخت توربینهای بادی

31

32

اندازه های متفاوت = ظرفیت متفاوت

33

اجزای مختلف توربین های بادی:

34

آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر وزارت انرژی آمریکا:توربین های کیلووات را توربین بادی کوچک تعریف ۱۰۰بادی با توان کمتر از

می کنددر

این توربینها

ژنراتور به صورت مستقیم )بدون جعبه دنده( به روتور متصلشده و خروجی جریان مستقیم ایجاد می کند

بیشتر در قایق ها مورد استفاده قرار می گیرند

توربین های بادی کوچک:

35

( جهان بادی توربین تولید( : SWT-6.0-154بلندترین ۲۵ظرفیتنیاز = مورد انرژی دارند را برق انرژی ساعت کیلووات ۶،۰۰۰میلیون

خانوار

پروفیل جنس از تیغه flatbackسه ارتفاع ۲۰۰حدود متر های آن B75تیغه در رفته کار و ۷۵به طول دارند ۱۵۴متر قطر متر تن وزن دارند۲۵تیغه ها در مجموع ( :بزرگ ترین توربین بادی با محور عمودیÉole :) ،مگاوات توان دارد.۳٫۸ متر ارتفاع و ۱۱۰در ک�بک کانادا

توربین های بادی بزرگ:

36

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

ژنراتورهاي به كار رفته در اين توربين ها از نوع القایی مزایا واغلب آسنكرون هستند

افزایش و بهبود كيفيت توان كاهش استرس مكانيكي وارد شده بر توربين

افت توان در مدارات الكترونيك قدرت معایب

افزایش هزینه

توربین های بادی سرعت متغییر تغذیه دوبل:

37

انواع اتصاالت 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

ب�ا ژنرات�ور کن�ترل گش�تاور امک�ان در س�اختارهای دوم و س�وم ولتاژ و فرکانس وجود دارد.

38

نحوه تست توربینهای واقعی در آزمایشگاهها

39

در تست تنش: برای خم کردن یک پره، مهندسان آن را به روی یک دیوار بتنی

مجهز به یک صفحه فوالدی سوراخ دار باال می کشند، و انتهای آن را همانند یک دوشاخه برقی عظیم که داخل پریز قرار

می گیرد، به درون این صفحه سوراخ دار چفت می کنند. سپس به مدت یک هفته، مهندسان قالب هایی را به انتهای دیگر آن

وصل می کنند و با استفاده از جرثقیل های کوچک به آن گشتاور یکی از دو مرکز واقع در ASCCاعمال می کنند. تاسیسات

ایاالت متحده است که پره هایی با ابعاد حقیقی را تحت آزمایش تنش قرار می دهد، و تنها آزمایشگاهی است که ساخت و آزمایش پره های توربین های بادی در یک مرکز واحد انجام

مترمربع وسعت دارد و به 3400می شود. این آزمایشگاه راحتی می تواند یک زمین بیسبال استاندارد را در خود جا دهد

نحوه تست توربینهای واقعی در آزمایشگاهها

40

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:( هزینه های ساختمانی شامل : هزینه احداث فنداسیونها که معموال از 1

نوع بتنی هستند ، هزینه احداث جاده های دسترسی به سایت ) در صورت نبود جاده دسترسی ( جهت انتقال توربین و پایه مربوط به

محل سایت.( هزینه تبدیل شامل تهیه یک واحد ترانسفورماتوری جهت تبدیل 2

ولت ( تولیدی توربین بادی به جریان 690جریان ولتاژ پایین ) معموال کیلو ولت ( به منظور اتصال به شبکه 30 الی 10ولتاژ باال ) معموال

محلی.

( هزینه احداث تجهیزات مخابراتی ) تلفن ( چنانچه کنترل و 3� هزینه کابل کشی از نظارت از راه دور مدنظر باشد و نهایتا

30 تا 11محل توربین به خط انتقال انرژی محلی ) معموال کیلو ولت جهت انتقال قدرت.

( هزینه خرید و یا اجاره زمین4

هزینه نصب توربین های بادی:

41

پتانسیل منابع انرژی باد در ایران:

42

منجیل شهر انرژی گیالن شمرده می شود. باد منجیل یکی از عواملمعروفیت این شهر می باشد که اغلب در بهار و تابستان با شدت

بیش تری و در پاییز و زمستان با شدت کم تری می وزد. 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 می کند.   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 پروانه های بادی در کشور تولید و در

نیروگاه بادی منجیل نصب می گردد و این نیروگاه روز بروز بزرگ تر و مؤثرتر می گردد.

درصد روز های سال، باد وجود دارد که در کل 87در سایت رودبار میلیون کیلو وات ساعت برای یک توربین می توان بدست آورد. 2/4

نیروگاه بادی منجیل:

43

stall توربینهای(قدیمی تر(

توربین های به کار رفته در نیروگاه بادی منجیل )وزن توربین دوتن (

پیچ کنترل)وزن

(1400kgتوربین

متر بر ثانیه رسید توان توربین 25نوع استال: وقتی سرعت باد به بیش از 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.

:با افزایش سرعت باد با پیچش در پره،توان توربین کم نوع پیچ کنترل نشده و ثابت خواهد ماند

44

عدد توربین بادی در سایت های 51 ، 1383تا اواخر سال مختلف بادی در اطراف شهر منجیل و رودبار نصب شده بود

کیلو وات بوده ولی هم 580هزار 21که ظرفیت مجموع آن توربین بادی نصب 123اکنون در نیروگاه بادی منجیل حدود

میلیون کیلووات ساعت برق 300است که می تواند ساالنه تولید کند

45

madsg.com

مرجع فایل های علمی آموزشی