محاسبه قدرت توربین بادی با استفاده از تعداد و طول پره توربین با فازی - انجام پروژه متلب |پروژه متلب | انجام پروژه متلب برق | شبیه سازی با متلب

محاسبه قدرت توربین بادی با استفاده از تعداد و طول پره توربین با فازی

محاسبه قدرت توربین بادی با استفاده از تعداد و طول پره توربین با فازی:پروژه متلب برق

این پروژه با متلب ۲۰۱۷ فقط ران میشود با بقیه ورژن های متلب ناسازگار می باشد:

پروژه متلب برق:توربین بادی به توربینی گفته می‌شود که برای تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی به کار می‌رود که توان بادی نام دارد. توربین‌های بادی در دو نوع با محور افقی و با محور عمودی ساخته می‌شوند.

توربین‌های بادی کوچک برای کاربردهایی مانند شارژکردن باتریها یا توان کمکی در قایق‌های بادبانی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالی که توربین‌های بادی بزرگ‌تر با چرخاندن ژنراتور، و تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی، به عنوان یک منبع تولید انرژی الکتریکی به‌شمار می‌روند. انواع دیگری از توربین‌های بادی وجود دارد که برای پمپ کردن آب استفاده می‌شود که به آن پمپ بادی می‌گویند یا برای آسیاب گندم به کار می‌رود که آسیاب بادی نام دارد و موارد دیگر به کار می‌رود

انواع توربین‌های بادی

یک توربین ساوونیوس که دارای محور عمودی است.

سه نوع اصلی توربین بادی

پروژه متلب برق:پرهٔ توربین‌های بادی می‌تواند به دور محور افقی یا عمودی دوران کند. توربین بادی با محور افقی، پیشینهٔ بیشتری داشته و امروزه هم بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مقابل، مزیت توربین بادی با محور عمودی، عدم حساسیت نسبت به جهت وزش باد و عدم نیاز به یک پایهٔ مرتفع است.

توربین بادی با محور افقی

توربین‌های بادی در منجیل، ایران با محور افقی

در توربین‌های بادی با محور افقی (به انگلیسی: Horizontal Axis Wind Turbine) که به اختصار HAWT هم نامیده می‌شوند، روتور و ژنراتور الکتریکی در بالای یک برج بلند قرار گرفته و باید در راستای باد قرار گیرند. توربین‌های بادی کوچک برای تعیین جهت وزش باد از یک بادنمای ساده استفاده می‌کنند، ولی توربین‌های بزرگ‌تر معمولاً از یک سنسور باد که با یک سرووموتور در ارتباط است، استفاده می‌کنند. بیشتر این توربین‌های بادی، با استفاده از یک جعبه‌دنده، سرعت چرخش کُند پره‌ها را به سرعت بیشتری برای ژنراتور تبدیل می‌کنند.

توربین‌های بادی امروزی

توربین‌های بادی که امروزه در نیروگاه‌های بادی برای تولید تجاری برق مورد استفاده قرار می‌گیرند، معمولاً سه-پره بوده و با استفاده از سامانه‌های کنترل رایانه‌ای در جهت وزش باد قرار می‌گیرند. البته توربین‌های باد با دو پره و حتی یک پره هم استفاده می‌شوند.^[۱۴] پره‌های این توربین‌ها، معمولاً طولی بین ۲۰ تا ۴۰ متر و حتی بیشتر و سرعت دورانی حدود ۱۰ تا ۲۲ دور بر دقیقه دارند. اگر طول پرهٔ یک توربین بادی، ۴۰ متر بوده و با سرعت ۲۰ دور بر دقیقه دوران کند، سرعت خطی نوک پره‌های آن، حدود ۸۴ متر بر ثانیه (۳۰۲ کیلومتر بر ساعت) خواهد بود. برجی که پره‌ها بر بالای آن نصب می‌شوند، به صورت لولهٔ فولادی و به ارتفاع ۶۰ تا ۹۰ متر است. معمولاً با استفاده از جعبه‌دنده، سرعت چرخش محور افزایش داده می‌شود، ولی در برخی از طراحی‌ها، محور با همان سرعت یک ژنراتور حلقوی را می‌چرخاند. برخی از مدل‌های توربین بادی، در سرعت ثابت کار می‌کنند ولی توربین‌های با سرعت متغیر انرژی بیشتری می‌توانند تولید کنند؛ که به واسطه نیروی لیفت و دراگ پره‌ها به حرکت در می‌آیند.

توربین بادی با محور عمودی

یک توربین بادی با محور عمودی از نوع داریوس در جزایر مگدانل، کانادا

در توربین‌های بادی با محور عمودی (به انگلیسی: Vertical Axis Wind Turbine) که به اختصار VAWT نامیده می‌شود، روتور اصلی به‌صورت عمودی قرار می‌گیرد. مهم‌ترین برتری این نوع از توربین‌های بادی آن است که نیازی به تنظیم جهت قرارگیری نسبت به جهت وزش باد ندارند. این نکته در مکان‌هایی که جهت وزش باد خیلی متغیر است، مثلاً در بالای ساختمان‌های مسکونی، یک امتیاز به‌شمار می‌رود. مهم‌ترین عیب این نوع توربین‌ها، کم‌بودن سرعت دورانی آنها و درنتیجه زیادبودن گشتاور و هزینهٔ بیشتر سیستم انتقال قدرت، بارگذاری دینامیکی زیاد پره‌ها و همچنین پیچیدگی زیاد طراحی و تحلیل ایرفویل پره‌ها پیش از ساخت پیش‌نمونه (پروتوتایپ) است. با توجه به عمودی بودن محور، جعبه‌دنده و ژنراتور می‌توانند در نزدیکی زمین قرار گیرند که این موضوع دسترسی به این تجهیزات را برای نگهداری و تعمیر آسان‌تر می‌کند.

توربین‌های بادی با محور عمودی به شکل‌های مختلفی ساخته می‌شوند. دو نوع عمدهٔ آنها، توربین‌های داریوس وساوونیوس هستند.

توربینهای بادی چگونه کار می‌کنند؟

توربین‌های بادی انرژی جنبشی باد را به توان مکانیکی تبدیل می‌نمایند و این توان مکانیکی از طریق شفت به ژنراتور انتقال پیدا کرده و در نهایت انرژی الکتریکی تولید می‌شود. توربین‌های بادی بر اساس یک اصل ساده کار می‌کنند. انرژی باد دو یا سه پره‌ای را که بدور روتور توربین بادی قرار گرفته‌اند را بچرخش درمی‌آورد. روتور به یک شفت مرکزی متصل می‌باشد که با چرخش آن ژنراتور نیز به چرخش درآمده و الکتریسیته تولید می‌شود. توربین‌های بادی بر روی برج‌های بلندی نصب شده‌اند تا بیشترین انرژی ممکن را دریافت کنند بلندی این برج‌ها به ۳۰ تا ۴۰ متر بالاتر از سطح زمین می‌رسند. توربین‌های بادی در بادهایی با سرعت کم یا زیاد و در طوفان‌ها کاملاً مفید می‌باشند

طراحی و ساخت توربین‌های بادی

برای تعیین ارتفاع بهینهٔ برج، سیستم کنترلی، تعداد و شکل پره‌ها از شبیه‌سازی‌های آیرودینامیکی استفاده می‌شود.

توربین‌های با محور افقی متداول، به سه بخش اصلی تقسیم می‌شوند:

1. بخش روتور، که تقریباً ۲۰٪ قیمت توربین باد را به خود اختصاص داده و شامل پره‌های تبدیل‌کنندهٔ انرژی باد به انرژی جنبشی دورانی با سرعت کم می‌شود.
2. بخش ژنراتور که حدوداً ۳۴٪ هزینهٔ توربین باد بوده و شامل مولد الکتریکی، تجهیزات کنترلی و جعبه‌دنده برای افزایش سرعت دورانی محور توربین می‌شود.
3. بخش تکیه‌گاهی که در بر گیرندهٔ ۱۵٪ قیمت توربین بوده و شامل برج و مکانیزم جهت‌دهی روتور نسبت به جهت وزش باد می‌شود.

اجزای مختلف یک توربین بادی مدرن با محور افقی

اجزای تشکیل دهنده توربین بادی

1. باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به کنترل‌کننده‌ها انتقال می‌دهد.
2. پره‌ها (Blades): بیشتر توربین‌ها دارای دو یا سه پره می‌باشند. وزش باد بر روی پره‌ها باعث بلند کردن و چرخش پره‌ها می‌شود.
3. ترمز (Brake): از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفاده می‌شود. عمل ترمز کردن می‌تواند بصورت مکانیکی، الکتریکی یا هیدرولیکی انجام گیرد.
4. کنترلر (Controller): کنترولرها وقتی که سرعت باد به ۸ تا ۱۶ mph می‌رسد ما شین را، راه‌اندازی می‌کنند و وقتی سرعت از ۶۵ mph بیشتر می‌شود دستور خاموش شدن ماشین را می‌دهند. این عمل از آن جهت صورت می‌گیرد که توربین‌ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به ۶۵ mph می‌رسد حرکت کنند زیرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.
5. گیربکس (Gear box): چرخ دنده‌ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و آنها از طرف دیگر همان‌طور که در شکل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل می‌باشند و افزایش سرعت چرخش از ۳۰ تا ۶۰ rpm به سرعتی حدود ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ rpm را ایجاد می‌کنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامیست. هزینه ساخت گیربکس‌ها بالاست درضمن گیربکس‌ها بسیار سنگین هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده‌ای می‌باشند تا درایوهای مستقیمی کشف نماید و ژنراتورها را با سرعت کمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربکس نداشته باشند.
6. ژنراتور (Generator): که وظیفه آن تولید برق متناوب می باشدو بیشتر از نوع ژنراتور‌های القایی می‌باشد.
7. شفت با سرعت بالا (High-speed shaft): که وظیفه آن به حرکت درآوردن ژنراتور می‌باشد.
8. شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft): رتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن ۳۰ تا ۶۰ دور در دقیقه می‌باشد.
9. روتور (Rotor): بال‌ها و هاب به روتور متصل هستند.
10. برج (Tower): برج‌ها از فولادهایی که به شکل لوله درآمده‌اند ساخته می‌شوند. توربین‌هایی که بر روی برج‌هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده‌اند انرژی بیشتری دریافت می‌کنند.
11. جهت باد(Wind direction): توربین‌هایی که از این فناوری استفاده می‌کنند در خلاف جهت باد نیز کار می‌کنند در حالی که توربین‌های معمولی فقط جهت وزش باد به پره‌های آن باید از روبرو باشد.
12. باد نما (Wind vane): وسیله‌ای است که جهت وزش باد را اندازه‌گیری می‌کند و کمک می‌کند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشته باشد.
13. درایو انحراف (Yaw drive): وسیله ایست که وضعیت توربین را هنگامیکه باد در خلاف جهت می‌وزد کنترول می‌کند و زمانی استفاده می‌شود که قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گیرد اما زمانی که باد در جهت توربین می‌وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی‌باشد.
14. موتور انحراف (Yaw motor): برای به حرکت درآوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می‌گیرد.

خروجی متلب: