شبیه سازی توربین بادی نسل پنجم در سیمولینک متلب همراه مقاله - انجام پروژه متلب |پروژه متلب | انجام پروژه متلب برق | شبیه سازی با متلب

شبیه سازی توربین بادی نسل پنجم در سیمولینک متلب همراه مقاله

شبیه سازی توربین بادی نسل پنجم در سیمولینک متلب همراه مقاله :پروژه متلب

پروژه متلب : در این پروژه توربین های نسل جدید یا نسل پنجم را در سیمولینک داریم.

اجزاء اصلی توربینهای بادی محور افقی

• روتور: روتور توربین باد شامل پره، هاب، دماغه و یاتاقانهای پره می باشد. روتور یک توربین بادی محور افقی بطور خلاصه متشکل از تعدادی پره می باشد که بطور شعاعی در اطراف یک شفت که موازی باد قرار می گیرد نصب شده اند و بدین ترتیب روتوری را تشکیل می دهند که عمود بر جهت باد دوران می کند.معمولا روتور توسط بک برج در ارتفاع مناسبی نسبت به زمین قرار می گیرد و البته پیش بینی های لازم برای هم جهت شدن امتداد شفت با جهات مختلف باد و همچنین برای کنترل سرعت آن صورت می گیرد و قدرت جذب شده توسط این روتور مستقیما و یا توسط یک سیستم مکانیکی به ماشینی که قرار است رانده شود منتقل می گردد. تعداد پره ها معمولا متغیر بوده و پهنای پره (کورد) ممکن است در تمام طول پره ها ثابت و یا آنکه متغیر باشد و پره از هاب به سمت نوک باریک شود.ضمنا پره ممکن است در امتداد محور طولی تاب داشته باشد یا اصطلاحا پیچیده باشد و بالاخره گام پره ممکن است ثابت و یا متغیر باشد.

• پره: یکی از مهمترین بخشهای توربین بادی بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شفت اصلی توربین باد است. پره به گونه ای ساخته می شود که استحکام و استقامت بسیار بالا در برابر نیروهای دینامیکی و آیرودینامیکی داشته باشد.

• برج: سازه های مشبک فولادی- برجهای استوانه ای فولادی یا بتنی و همچنین ستونهای مهار شده توسط کابل از رایج ترین برجهای نگهدارنده محسوب می شوند. ارتفاع برج معمولا بین یک تا یک ونیم برابر قطر روتور در نظر گرفته می شود. انتخاب نوع برج وابستگی به شرایط سایت دارد. همچنین سفتی برج فاکتور مهمی در دینامیک سازه توربین باد محسوب می گردد چرا که احتمال کوپل شدن ارتعاشات بین برج و روتور که منجر به خطر رزونانس می گردد وجود دارد.

• ناسل: شامل پوشش خارجی مجموعه توربین، شاسی و سیستم دوران حول محور برج می باشد که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد.بعضی پروژه متلب از ناسل ها آنقدر بزرگند که تکنسین ها می توانند داخل آن باستند.

• سیستم انتقال قدرت: سیستم انتقال قدرت شامل اجزاء گردنده توربین باد است. این اجزاء عمدتاً شامل محور کم سرعت (سمت روتور)، گیربکس و محور سرعت بالا ( در سمت ژنراتور) می باشد. سایر اجزاء این سیستم شامل یاتاقانها، یک یا چند کوپلینگ، ترمز مکانیکی و اجزاء دوار ژنراتور می باشد. در این مجموعه وظیفه گیربکس افزایش سرعت نامی روتور از یک مقدار کم (در حد چند ده دور در دقیقه) به یک مقدار بالا (در حد چند صد یا چند هزار دور در دقیقه) که مناسب برای تحریک یک ژنراتور استاندارد است، می‌باشد. عمدتاً دو نوع گیربکس در توربین‌های بادی مورد استفاده قرارمی‌گیرد: گیربکس‌های با شفت‌های موازی و گیربکس‌های سیاره‌ای. برای توربین‌های سایز متوسط به بالا (بزرگتر از KW 500) مزیت وزن و سایز در گیربکس‌های سیاره‌ای نسبت به نوع دیگر یعنی گیربکس‌های با شفت موازی کاملاً بارزتراست. بعضی از توربین‌های باد از یک طرح خاص برای ژنراتور استفاده می کند (ژنراتور با تعداد قطب بالا ) که در آن نیازی به استفاده از گیربکس نمی‌باشد.

• ژنراتور:  پره های توربین بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی دورانی درسیستم انتقال تبدیل می کنند و در قدم بعدی ژنراتور، انرژی توربین را به شبکه برق منتقل می نماید. بطور معمول از سه نوع ژنراتور در توربینهای بادی استفاده می شود. – ژنراتور جریان مستقیم – آلترناتور یا ژنراتور سنکرون – ژنراتور القایی یا آسنکرون

• گیربکس(جعبه دنده) : از آنجائی که محور توربین دارای دور کم و گشتاور بالا و بر عکس آن محور ژنراتور دارای دور بالا و گشتاور کم است، سیستم انتقال قدرت پروژه متلب باید به نحوی این دو محور را به یکدیگر متصل نماید.

• ترمز:  در توربینهای بادی با ظرفیت بسیار پایین ( ۱ الی ۵ کیلووات) معمولا از سیستم های ترمز کفشکی استفاده می شود، زیرا جهت متوقف نمودن پره ها، نیروی زیادی مورد نیاز نیست. در توربینهای بادی با ظرفیت بالا، از ترمزهای دیسکی استفاده می شود.

• سیستم کنترل:  برای بدست آوردن حداکثر راندمان از یک توربین بادی، باید بتوان همواره صفحه دوران توربین را عمود بر جهت وزش باد قرار داد. برای این منظور از سیستم هایی برای تغیر جهت توربین بادی و قرار دادن سیستم در مسیر باد استفاده می شود. این سیستم (yaw system) یک سیستم ترکیبی الکتریکی- مکانیکی است که هدایت آن توسط واحد کنترل انجام میشود. در توربین های بادی سایز کوچک به جای چرخ انحراف (yaw system) از بالچه استفاده می کنند. همچنین سیستم هایی جهت کنترل و تنظیم سرعت دورانی در توربین بادی مورد استفاده قرار می گیرند. چنین سیستمهایی علاوه بر کنترل دور روتور، مقدار قدرت تولیدی و نیروهای وارده بر روتور در بادهای شدید را نیز محدود می کنند.

• سیستم هیدرولیک:  سیستم های هیدرولیک به مجموعه جک و یونیت هیدرولیکی و اتصالات جانبی آنها اطلاق می شود. جک هیدرولیکی از یک سیلندر و پیستون دو طرفه تشکیل شده است و با انتقال سیال به هر ناحیه از آن، جک به سمت مخالف حرکت می کند. یونیت هیدرولیکی از الکتروموتور، پمپ، مخزن تامین فشار اولیه، شیرهای هیدرولیکی، شیلنگهای انتقال سیال به دو ناحیه داخل سیلندر جک، مخزن روغن، روغن مخصوص و تجهیزات جنبی تشکیل شده است. پس از دریافت فرمان، پمپ مقداری روغن را از داخل مخزن به محفظه جلو یا عقب سیلندر جک پمپ می کند تا جک بتواند به مقدار مورد نیاز محور تراورس را در جهت مورد نیاز حرکت دهد. محور تراورس محوری است که از سوراخ داخل شفت اصلی عبور می کند و یک سمت آن با جک هیدرولیکی و طرف دیگر آن با مکانیزم مثلثی واقع درون هاب مرتبط است. وظیفه این محور انتقال حرکت جک هیدرولیکی و در واقع فرمان کنترلر به مکانیزم مثلثی است که باعث چرخش پره ها می گردد. مکانیزم مثلثی درون هاب باعث تبدیل حرکت انتقالی محور تراورس به حرکت چرخشی و نتیجتا چرخش پره ها به دور محورشان می گردد.

زيباترين توربين هاي بادي جهان

برج آپارتماني كه در بالاي آن توربين ها قرار دارند.

معماران هميشه تمايل دارند بهترين قسمت ساختمان را در بالاي برج خود قرار دهند. زيرا مشتري هاي آنها معمولاً از بالا به مدل آنها نگاه مي كنند.

يك تونل بادي بر روي پل عابر پياده

پروژه متلب اين هم روياي مايكل جانتزن طراح است، تا روي پل هاي عابر پياده توربين بادي نصب شود كه توليد كننده انرژي الكتريكي باشد.

توربين هاي بادي در اتوبان

اين توربين بر اساس يك پروژه دانشجويي اجرا شده است. اين توربين ها بر اساس توربين دور آرام طراحي شده است و اين توربين ها ( دور آرام) معمولاً از نوع عمودي هستند. هر چند نوع افقي آنهم به خوبي كار مي كند.

لامپ هاي خياباني كه با توربين بادي كار مي كنند.

هلند خانه سنتي توربين هاي بادي است، چون سرزمين مسطح آن محل خوبي براي وزيدن بادهاي ساحلي است. اين هم يك نمونه كاربردي پروانه اي شكل از توربين هاي بادي است، كه براي تامين روشنايي حيابان استفاده مي شود.

در اين مورد هم خود قضاوت كنيد.

توربینهای بادی چگونه کار می کنند ؟

توربین های بادی انرژی جنبشی باد را به توان مکانیکی تبدیل می نمایند و این توان مکانیکی از طریق شفت به ژنراتور انتقال پیدا کرده و در نهایت انرژی الکتریکی تولید می شود. توربین های بادی بر اساس یک اصل ساده کار می کنند. انرژی باد دو یا سه پره ای را که بدور روتور توربین بادی قرار گرفته اند را بچرخش در می آورد. روتور به یک شفت مرکزی متصل می باشد که با چرخش آن ژنراتور نیز به چرخش در آمده و الکتریسیته تولید می شود.

توربین های بادی بر روی برج های بلندی نصب شده اند تا بیشترین انرژی ممکن را دریافت کنند بلندی این برج ها به ۳۰ تا ۴۰ متر بالاتر از سطح زمین می رسند. توربین های بادی در باد هایی با سرعت کم یا زیاد و در طوفان ها کاملا مفید می باشند

توربینهای بادی مدرن به دو شاخه اصلی می‌شوند :

الف- توربینهای بادی با محور چرخش عمودی VAWT

پروژه متلب این توربینها از دو بخش اصلی تشکیل شده اند: یک میله اصلی که رو به باد قرار می گیرد و میله های عمودی دیگر که عمود بر جهت باد کار گذاشته می شوند. این توربینها شامل قطعاتی با اشکال گوناگون بوه که باد را در خود جمع کرده و باعث چرخش محور اصلی می گردد. ساخت این توربینها بسیار ساده بوده و همچنین بازده پایین نیز دارند. عمده ترین توربین های بادی محور عمودی عبارتند (ساوینیوس داریوس، صفحه ای و کاسه ای). در این نوع توربینها در یک طرف توربین، باد بیشتر از طرف دیگر جذب می شود و باعث می گردد که سیستم لنگر پیدا کرده و بچرخد. یکی از مزایای این سیستم وابسته نبودن آن به جهت وزش بادمی باشد.

ب – توربینهای بادی با محور چرخش افقیHAWT

این توربینها نسبت به مدل محور عمودی رایج تر بوده همچنین از لحاظ تکنولوژیک پیچیده تر و گرانتر نیز می باشند. ساخت آنها مشکلتر از نوع محور عمودی بوده ولی راندمان بسیار بالایی دارند. در سرعتهای پایین نیز توانایی تولید انرژی الکتریکی را داشته و توانایی تنظیم جهت در مسیر وزش باد را نیز دارند. این توربینها ۳ یا در مواردی ۲ پره می باشند که روی یک برج بلند نصب می شوند. این پره ها همواره در جهت وزش باد قرار می گیرند.

می‌توان از توربینهای بادی با کارکردهای مستقل استفاده نمود، و یا می‌توان آنها را به یک ” شبکه قدرت تسهیلاتی “ وصل کرد یا حتی می‌توان با یک سیستم سلول خورشیدی یا فتوولتائیک ترکیب کرد. عموماً از توربینهای مستقل برای پمپاژ آب یا ارتباطات استفاده می‌کنند ، هرچند که در مناطق بادخیز مالکین خانه‌ها و کشاورزان نیز می‌توانند از توربینها برای تولید برق استفاده نمایند مقیاس کاربردی انرژی باد، معمولا ً‌تعداد زیادی توربین را نزدیک به یکدیگر می‌سازند که بدین ترتیب یک مزرعه بادگیر را تشکیل می‌دهند.

داخل توربین بادی به چه صورت می باشد:

۱- باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به کنترل کننده ها انتقال می دهد.

۲- پره ها (Blades) : بیشتر توربین ها دارای دو یا سه پره می باشند. وزش باد بر روی پره ها باعث بلند کردن و چرخش پره ها می شود.

۳- ترمز (Brake) : از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفاده می شود. عمل ترمز کردن می تواند بصورت مکانیکی ٬ الکتریکی یا هیدرولیکی انجام گیرد.

۴- کنترولر (Controller) : کنترولر ها وقتی که سرعت باد به ۸ تا ۱۶ mph میرسد ما شین را٬ راه اندازی می کنند و وقتی سرعت از ۶۵ mph بیشتر می شود دستور خاموش شدن ماشین را می دهند. این عمل از آن جهت صورت میگیرد که توربین ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به ۶۵ mph می رسد حرکت کنند زیرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.

۵- گیربکس (Gear box) : چرخ دنده ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و آنها از طرف دیگر همانطور که در شکل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل می باشند و افزایش سرعت چرخش از ۳۰ تا ۶۰ rpm به سرعتی حدود ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ rpm را ایجاد می کنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامیست.

هزینه ساخت گیربکس ها بالاست درضمن گیر بکس ها بسیار سنگین هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده ای می باشند تا درایو های مستقیمی کشف نماید و ژنراتورها را با سرعت کمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربکس نداشته باشند.

۶- ژنراتور (Generator) : که وظیفه آن تولید برق متناوب می باشد.

۷- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft) : که وظیفه آن به حرکت در اوردن ژنراتور می باشد.

۸- شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft) : رتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن ۳۰ تا ۶۰ دور در دقیقه می باشد.

۹- روتور (Rotor) : بال ها و هاب به روتور متصل هستند.

۱۰- برج (Tower) : برج ها از فولاد هایی که به شکل لوله درآمده اند ساخته می شوند. توربین هایی که بر روی برج هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده اند انرژی بیشتری دریافت می کنند.

۱۱- جهت باد (Wind direction) : توربین هایی که از این فن آوری استفاده می کنند در خلاف جهت باد نیز کار می کنند در حالی که توربین های معمولی فقط جهت وزش باد به پره های آن باید از روبرو باشد.

۱۲- باد نما (Wind vane) : وسیله ای است که جهت وزش باد را اندازه گیری می کند و کمک می کند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشته باشد.

۱۳- درایو انحراف (Yaw drive) : وسیله ایست که وضعیت توربین را هنگامیکه باد در خلاف جهت می وزد کنترل می کند و زمانی استفاده می شود که قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گیرد اما زمانی که باد در جهت توربین می وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی باشد.

۱۴- موتور انحراف (Yaw motor) : برای به حرکت در آوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می گیرد.

انواع توربین های بادی بر اساس محور چرخش پره ها :‌

الف- توربینهای بادی با محور چرخش عمودی VAWT

این توربینها از دو بخش اصلی تشکیل شده اند: یک میله اصلی که رو به باد قرار می گیرد و میله های عمودی دیگر که عمود بر جهت باد کار گذاشته می شوند. این توربینها شامل قطعاتی با اشکال گوناگون بوه که باد را در خود جمع کرده و باعث چرخش محور اصلی می گردد. ساخت این توربینها بسیار ساده بوده وهمچنین بازده پایین نیز دارند. عمده ترین توربین های بادی محور عمودی عبارتند (ساوینیوس داریوس، صفحه ای و کاسه ای). در این نوع توربینها در یک طرف توربین، باد بیشتر از طرف دیگر جذب می شود و باعث می گردد که سیستم لنگر پیدا کرده و بچرخد. یکی از مزایای این سیستم وابسته نبودن آن به جهت وزش بادمی باشد.

ب – توربینهای بادی با محور چرخش افقیHAWT

پروژه متلب این توربینها نسبت به مدل محور عمودی رایج تر بوده همچنین از لحاظ تکنولوژیک پیچیده تر و گرانتر نیز می باشند. ساخت آنها مشکلتر از نوع محور عمودی بوده ولی راندمان بسیار بالایی دارند. در سرعتهای پایین نیز توانایی تولید انرژی الکتریکی را داشته و توانایی تنظیم جهت در مسیر وزش باد را نیز دارند. این توربینها ۳ یا در مواردی ۲ پره می باشند که روی یک برج بلند نصب می شوند. این پره ها همواره در جهت وزش باد قرار می گیرند.

تکنولوژی انرژی بادی در سالهای اخیربسرعت رشد کرده است و اروپا در راس این صنعت دارای تکنولوژی رفیع قرارگرفته است. توربین ها در حال ارزانتر و قدرتمندتر شدن هستند، با طول پره بیشتر که قادر است از مقدار باد زیادتری استفاده کند و بنابراین الکتریسیته بیشتری تولید نماید و هزینه تولید برق از منابع قابل تجدید را کاهش دهد.
اولین مزرعه بادی تجاری در انگلستان در سال ۱۹۹۱ در دلابول واقع در کرن وال ساخته شد که از توربین های ۴۰۰ کیلو واتی استفاده می کرد، در حالی که آخرین دستاوردها در بردارنده توربین هایی است که ده برابر از توربین های ۴۰۰ کیلوواتی قدرتمندترند.
حتی بعد از این که بطور متوسط ۲۵-۲۰ سال از عمر کاری توربین های بادی گذشت، این ارزش را دارند که بصورت آهن قراضه می توانند فروخته شوند.

شکل ۱ : افزایش اندازه توربین های بادی تجاری که براساس انرژی بادی انجمن انرژی بادی اروپا طراحی شده اند.

– نگاه تحقیقاتی به عملکرد توربین های بادی

پروژه متلب ژنراتورهای توربین بادی می توانند برای تولید الکتریسته مورد استفاده قرار گیرند. باد باعث می شود 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 می کند.
اصول اساسی ارزیابی منبع بادی
ارزیابی منبع بادی یک عامل حساس و مهم در طرح ریزی سطح کارائی توربین در یک مکان معین می باشد. 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 می دهد. 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 می یابد. مکان مناسب در جاهای بادخیز و دور از موانع بزرگ و قابل ملاحظه، میزان کارائی یک توربین بادی را افزایش می دهد.
بطور کلی متوسط سرعت باد سالانه ۵ متر در ثانیه (۱۱ مایل در ساعت) برای مواردی که به شبکه اتصال دارند، لازم می باشد. 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 سرعت ها موجود است.
چگالی انرژی بادی
– روشی سودمند برای ارزیابی منبع بادی موجود در یک مکان بالقوه می باشد. چگالی انرژی بادی که به صورت وات در هر مترمربع اندازه گیری می شود، نشانگر این است که چقدر انرژی برای تبدیل شدن توسط یک توربین بادی، در مکان موجود می باشد. رده های 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 می یابد.
رده های چگالی انرژی بادی در ۱۰ متر و ۵۰ متر (الف)

الف ) برآورد قائم سرعت بادبراساس قانون توانی ۷/۱
ب‌) متوسط سرعت باد براساس جدول توزیع سرعت رایلی چگالی انرژی بادی می باشد. سرعت باد برای شرایط استاندارد سطح دریا می باشد. برای حفظ همان چگالی پروژه متلب انرژی، سرعت ۳% /۱۰۰۰ متر (۵% /۵۰۰۰ فوت) ارتفاع افزایش می یابد.
(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 می شوند. 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 آرام تر می باشند.
شکل ۲: اجزا یک توربین بادی معمولی

چگونه یک توربین بادی کار می کند؟
توربین های بادی، با استفاده از نیروی طبیعی باد برای به حرکت درآوردن ژنراتور، الکتریسیته تولید می کنند. باد یک منبع سوخت پاک و پایدار است که مواد دفعی ندارد و هرگز تمام نخواهد شد چون دائما توسط انرژی خورشید تجدید می شود.
از بسیاری جهات، توربین های بادی تکامل طبیعی آسیابهای بادی سنتی می باشند، اما اکنون معمولا سه پره دارند که حول یک حلقه مرکزی افقی می چرخند 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 می باشد، شروع به تولید برق می نمایند و حداکثر مجاز برق را در حدود ۱۵ متر در ثانیه تولید می کنند و برای جلوگیری از خسارات حاصل از توفان در ۲۵ متر در ثانیه و یا بیشتر متوقف شده و از کار می افتند.
باد از پره ها عبور کرده و یک نیروی چرخش دهنده، ایجاد می کند:
۱) پره های چرخان
۲) پروانه داخل موتور که به جعبه دنده می رود را می چرخاند.
۳) جعبه دنده سرعت چرخش برای ژنراتور را افزایش می دهد.
۴) ژنراتور از میدان مغناطیسی برای تبدیل انرژی چرخشی به انرژی الکتریکی استفاده می کند. نیروی خروجی تولید شده به یک ترانسفورماتور می رود.
۵) ترانسفورماتور انرژی حاصل از ژنراتور که حدود ۷۰۰ ولت است را به ولتاژ مناسب برای سیستم توزیع، که معمولا ۳۳۰۰۰ ولت (۳۳کیلو ولت) است، تبدیل می کند.
۶) شبکه های توزیع برق منطقه ای یا شبکه ملی الکتریسیته را به سرتا سر کشور انتقال می دهند.

شکل ۳: چگونه یک توربین بادی، انرژی جنبشی باد را به انرژی

الکتریکی برای شبکه توزیع تبدیل می کند

یک توربین بادی چیست و چگونه کار می کند؟
دو مدل اصلی از توربین های 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) می باشد که تقریبا کل توربین های در مقیاس مصارف عمومی و همگانی را در سطح بازار جهانی تشکیل می دهد(ظرفیت ۱۰۰ کیلو وات و بیشتر).

ترتیب اجزا اصلی توربین بادی

توربین های بادی از نظر اندازه متفاوت می باشند. این شکل اندازه های گوناگون توربین ها و مقدار الکتریسیته ای که هر کدام از آنها قادرند تولید کنند را نمایش دهد(ظرفیت توربین یا سنجش توان).

پروژه متلب معمولا الکتریسیته ای که توسط یک توربین بادی تولید می شود، 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 می شود.
کارکرد و نگهداری و تعمیرات
همه توربین های 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 می کنند. زمانی که باد تغییر جهت می دهد، موتورها، قسمت موتورخانه و پره ها را می چرخانند تا به سمت باد قرار گیرند. تمام این اطلاعات توسط کامپیوترها ثبت گردیده و به مرکز کنترل ارسال می شوند که این مرکز می تواند کیلومترها دورتر باشد، بدین معنا که توربین های بادی به طور فیزیکی توسط نیروی انسانی (کارگران) اداره نمی شوند، هر چند بطور دوره ای بررسی های مکانیکی بر روی آنها صورت می گیرد که این بررسی ها اغلب توسط کمپانی های محلی انجام می شود. همچنین کامپیوترهای روی عرشه بر عملکرد هر یک از اجزای توربین بخصوص پره ها 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 می باشد. در واقع برای بسیاری از توربین های بادی، ولتاژهای بیشتر، انواع مختلف ژنراتورها و سیستم های امنیتی، وضعیت پیچیده تر می باشد اما این راهنمای خوبی برای اصول اولیه و مقدمات است.
مقدار الکتریسیته تولید شده از یک توربین بادی به سه عامل بستگی دارد:
v باد خیزی مکان:
نیروی برق حاصل از باد تابعی از مکعب سرعت باد می باشد. بنابراین اگر سرعت باد دو برابر شود، حجم انرژی آن هشت برابر افزایش خواهد یافت. توربین های واقع در محل هایی که سرعت متوسط باد ۸ متر در ثانیه است به نسبت جاهایی که سرعت متوسط باد ۶ متر در ثانیه می باشد، حدود ۱۰۰- ۷۵درصد بیشتر الکتریسیته تولید می کند چون همه انرژی اضافی قابل ذخیره نمی باشد.
v میزان دسترسی به توربین های بادی:
این به معنای توانایی بهره برداری در زمان وزش باد می باشد بعبارت دیگر در دسترس بودن توربین برای عمل کردن .که این معمولا برای دستگاه های مدرن اروپایی ۹۸% یا بیشتر می باشد.
v شیوه قرار دادن توربین ها:
توربین ها در مزارع بادی به ترتیبی قرار می گیرند 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 می وزد، می باشد.
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. توربین های بادی می توانند 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 پروانه های توربین های بادی مدرن از سه پره تشکیل شده اند که سرعت و قدرت آنها به وسیله تنظیم Stall یا Pitch کنترل می شود. تنظیمStall شامل کنترل چرخش مکانیکی پره ها بوده و تنظیم Pitch (که هم اکنون استفاده از آن متداول تر است) شامل تغییر زاویه خود پره ها می باشد. پره های چرخ گردان از مواد مرکب ساخته می شوند که از فایبرگلاس و پلی استر و اپوکسی استفاده می شود و گاهی اوقات با چوب و کربن هم ترکیب می شود.
انرژی بدست آمده از چرخش پیوسته پره ها، از طریق یک گیربکس و سیستم انتقال توان به یک ژنراتور الکتریکی منتقل می شود. متناوبا ژنراتور می تواند مستقیما با روش “رانش مستقیم ” به چرخ گردان وصل شود. توربین هایی که قادرند در سرعت های مختلف کار کنند، بیش از پیش رایج هستند که این ویژگی سازش پذیری با شبکه الکتریسیته را بهبود می بخشد.
گیربکس، ژنراتور و دیگر تجهیزات کنترل، درون یک موتورخانه محافظ قرار گرفته اند. برجهای لوله ای شکلی که موتورخانه و چرخ گردان را پشتیبانی می کنند معمولا از فولاد ساخته شده اند و از پایه به طرف نوک مخروطی شکل می شوند. 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”.

پروژه متلب ساخت توربین های بادی تجاری با جدیت و تلاش بیشتر در سالهای ۱۹۸۰ با رهبریت تکنولوژی دانمارک آغاز شد. ظرفیت ژنراتورهای توربین بادی از دستگاههای ۶۰-۲۰ کیلو واتی با قطر پروانه حدود ۲۰ متربه دو مگاوات و بالاتر با قطر پروانه ۹۰-۶۰ متر افزایش یافته است. اکنون بزرگترین ماشینی که ساخته شده است دارای ظرفیت ۴۵۰۰ کیلو وات و قطر پروانه ۱۱۲ متر می باشد. حتی بعضی از طرحهای آزمایشی توربین های دریایی،ژنراتورها و چرخ گردانهای بزرگتری دارند.
بهسازی مداوم در زمینه قدرت توربین های بادی صورت می پذیرد تا بیشترین میزان ممکنه انرژی را از باد بدست آورند. از جمله آنها پروانه های قدرتمند تر، پره های بزرگتر، الکترونیک انرژی پیشرفته، استفاده بهتر از مواد مرکب و برجهای بلندتر، می باشد. یکی از نتایج این است که توربین های بسیار کمتری برای کسب همان میزان بازده انرژی، مورد نیاز است و صرفه جویی در استفاده از زمین. بسته به مکان آن، یک توربین ۱ مگاواتی می تواند الکتریسیته کافی برای ۶۵۰ خانه را تولید کند.
بعد از آغاز سالهای ۱۹۸۰، برق یک توربین بادی با ضریبی بیش از ۲۰۰ افزایش یافته است .
توربین های بادی بسیار قابل اطمینان هستند، و قابلیت عملکرد آنها ۹۸% می باشد. و هیچ تکنولوژی تولید برق دیگری قابلیت استفاده بالاتری ندارد.

خروجی متلب :