بررسی توربین های بادی و انرژی باد

بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی توربین های بادی و انرژی باد

فصل اول

مقدمه

۱-۱- مقدمه

۲-۱- تاریخچه انرژی باد در جهان

۳-۱- تلاش برای تسخیر دریا

۴-۱- وضعیت کنونی بهره برداری از انرژی باد در جهان

۱-۴-۱ نداشتن هزینه اجتماعی

۲-۴-۱ اثرات زیست محیطی

۳-۴-۱- اثرات گلخانه ای

۵-۱ اهمیت و لزوم بکارگیری انرژی باد از بعد اقتصادی

۶-۱ بحران انرژی

فصل دوم

استفاده از انرژی باد

۱-۲ استفاده از انرژی باد

۲-۲ سرعت وصل

۳-۲ سرعت اسمی

۴-۲ سرعت قطع

۵-۲ – حد بتز

۶-۲ –  بررسی کمی سیستمهای مبدل باد

فصل سوم

معرفی انواع توربین های بادی- ساختار الکتریکی مکانیکی

۱-۳- سیستم های انرژی باد

۲-۳- طرح های اصلی توربین های بادی

۱-۲-۳-  توربین نوع محور افقی

۲-۲-۳- توربین نوع محور عمودی

۳-۲-۳- توربین های تکمیل شده

۳-۳- اجزای اصلی یک نیروگاه بادی

۱-۳-۳- پره های توربین

۲-۳-۳- طراحی کششی

۴-۳-۳- نسبت سرعت نوک پره

۵-۳-۳- طراحی کششی

۶-۳-۳- طراحی بر اساس نیروی بالا برنده

۷-۳-۳-شفت سرعت پایین

۸-۳-۳- جعبه دنده

۹-۳-۳- شفت سرعت بالا

۱۰-۳-۳- ژنراتورها

۱۱-۳-۳- کنترل کننده مکانیکی

۱۲-۳-۳- سیستم هیدرولیک

۱۳-۳-۳-قسمت خنک کننده

۱۴-۳-۳- تنظیم کننده گام و زاویه پره

۱۵-۳-۳- دستگاه جهت یاب

۱۶-۳-۳- محفظه توربین

۱۷-۳-۳- مکانیزم چرخش

۱۸-۳-۳-باد سنج و بادنما

۱-۱۸-۳-۳- کنترل شیب توربین های بادی

۲-۱۸-۳-۳- سیستم ایستایی کنترل توربین های بادی

۱۹-۳-۳- سیستم کنترل ایستایی فعال توربین های بادی

۲۰-۳-۳- سیستم کنترل و فرمان

۲۱-۳-۳-سیستم سنکرونیزاسیون

۲۲-۳-۳-دستگاه هیدرولیکی مبدل فرکانس

۲۳-۳-۳- سیستم توزیع الکتریکی

۲۴-۳-۳- سیستم ارتباطات و کنترل

۲۵-۳-۳- سازه های نگهدارنده توربین بادی

۱-۲۵-۳-۳- توربین های بادی کوچک

۴-۳- سازه نگهدارنده توربین بادی

۱-۴-۳- سازه های خودایستا

۲-۴-۳- سازه های به صورت خرپایی

۳-۴-۳- سازه های به صورت پوسته فلزی

۴-۴-۳-سازه های بتنی

۵-۴-۳- سازه های مهار بندی شده

۵-۳- ضوابط طراحی ساده

۶-۳- سیستم های کنترل دور در توربین های بادی

۲-۶-۳- کنترل توسط پره (ترمز هوایی)

۱-۲-۶-۳-توربین های محور افقی

۲-۲-۶-۳-کنترل توسط تغییر زاویه گام

۳-۲-۶-۳-کمک به ایجاد استال

۴-۲-۶-۳- استال تنظیم شده

۷-۳- ترمز های مکانیکی

۱-۷-۳- ترمز های دیسکی

۲-۷-۳- مزایای استفاده از ترمزهای دیسکی در توربین های بادی

۸-۳- نتیجه گیری

فصل چهارم

ژنراتور نیروگاه بادی

۱-۴- ژنراتور مغناطیس دائم با اینورتر منبع جریان برای توربین های سرعت متغیر

۳-۴- ژنراتور با قطب برنامه ریزی شده برای توربین های سرعت متغیر

فصل پنجم

بررسی سیستم های مبدل باد به انرژی الکتریکی

۱-۵- مقدمه

۲-۵ سیستم انتقال

۳-۵ مبدل الکتریکی

فصل ششم

سیستم آسنکرون

۱-۶- سیستم های آسنکرون

۲-۶- ژنراتور DC شنت با بار باتری

۳-۶-  ژنراتور کمپوند اضافی

مقاومت تنظیم کننده مشخصه خروجی

۲-۴-۶- پایداری ژنراتور سنکرون

۳-۴-۶- مشخصه خروجی ژنراتور سنکرون

۴-۴-۶- تغییر قطبهای ژنراتور سنکرون

۵-۶- ژنراتورهای Ac

۶-۶- ژنراتور القایی خود تحریک

۷-۶- ژنراتور مدولاسیون میدان

۸-۶-ژنراتور راسل

فصل هفتم

مبدلهای الکتریکی

۱-۷- مبدلهای الکترونیکی

۲-۷-مبدل DC/AC

۴-۷- مبدلهای AC/DC

۲-۶-۷- سیستمهای غیرمتصل به شبکه سراسری

۳-۶-۷- طراحی سیستمهای خارج از شبکه سراسری

مقدمه
استفاده از منابع انرژی فسیلی و هسته ای، مستلزم هزینه زیاد و افزایش آلودگی محیط زیست و عوارض مخرب ناشی از آن است، از این رو با بروز پدیده بحران انرژی در دنیا و از طرف دیگر پیشرفت تکنولوژی تبدیل انرژی باد، به انرژی الکتریکی که به کاهش قیمت آنها منجر شده، استفاده از انرژی باد اجتناب ناپذیر شده است. سیستم های مبدل انرژی باد، به انرژی الکتریکی از سال ۱۹۷۵ به شکل تجاری و در سطح وسیع در دنیا مورد استفاده قرار گرفته اند. هم اکنون با پیشرفت تکنولوژی میکروکامپیوترها و نیمه هادیهای قدرت امکان استفاده از سیستم کنترلی مدرن و در نتیجه تولید قدرت الکتریکی با کیفیت بالا از نیروی باد ایجاد شده است. تجربه نصب و راه اندازی نیروگاههای بادی در کشورهای صنعتی، به خصوص آمریکا و دانمارک نشان داده است که هزینه این سیستم ها قابل مقایسه با هزینه روش های سنتی و متداول تولید انرژی الکتریکی می باشد.
تامین انرژی الکتریکی برای بارهای شبکه با کیفیت بالا و تولید وقفه نیروی برق هدف اصلی یک سیستم قدرت می باشد. برای بالا بردن کیفیت انرژی الکتریکی نیاز است. کمیت های مختلف سیستم قدرت مانند راه اندازی از مدار خارج نمودن، بهره برداری در شرایط توان ثابت و…. کنترل شود. با توجه به ماهیت تغییرات سرعت باد در زمان های مختلف ایجاد شرایط کنترل برای سیستم های قدرت شامل مبدل های انرژی باد به الکتریکی حائز اهمیت می گردد. اجزاء مختلف یک سیستم قدرت بادی شامل: توربین بادی، ژنراتور، کنترل کننده زاویه گام پره و سیستم تحریک می باشد. که هر یک از این اجزاء انواع مختلف داشته و در مدل های مختلف براساس نیاز ساخته می شوند. لذا با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران و اهمیت انرژی‌های تجدیدپذیر به این موضوع پرداخته می شود.
باد رایگان است بشر از عهد باستان این نکته را به خوبی دریافته است و آسیاب بادی را ساخته است تا آب چاهها را بیرون بکشد و غلات را آرد کند. امروزه آسیابهای بادی دیگر منسوخ شده اند و جای خود را به مولدهای بادی داده اند که الکتریسته تولید می کنند. بهترین جا برای تاسیس مولدهای بادی سواحل دریا و تپه ها هستند. در این نقاط باد شدیدتر و منظم تر از نقاط دیگر می‌وزد. (برای تولید الکتریسته سرعت باد باید به طور متوسط ۵ متر بر ثانیه، یعنی ۱۸ کیلومتر در ساعت باشد.) اما باد این عیب بزرگ را دارد که فقط بعضی روزها و بعضی ساعات می وزد. اگر فقط به انرژی باد اتکا کنیم، به سرعت دچار کمبود الکتریسته
می شویم. پس راه حل چیست؟ راه حل این است که با استفاده از باتریها الکتریسته ای را که در ساعات بادخیز تولید شده است، ذخیره کنیم. راه دوم این است که مولد بادی را با موتوری که با سوخت کار می کند همراه سازیم. و در واقع یک گروه الکترون بوجود می آوریم. به این ترتیب می توانیم وقتی که باد نیست از الکتریسته ای که ماشین دوم تولید می کند استفاده کنیم. در حال حاضر در بسیاری از کشورهای در حال توسعه یا نقاط دور افتاده ای که برق رسانی به آنها ممکن نیست ازجمله در آرژانتین، استرالیا، آفریقای جنوبی … موادهای بادی می توانند نیاز یک مزرعه، چند خانه یا روستا را به برق تامین کنند. در اوایل قرن ۱۴ میلادی بهره برداری گسترده از آسیابهای بادی در اروپا رایج گردید. اروپائیان بعدها روتور آسیابها را به بالای برجی انتقال داده اند که از چندین طبقه تشکیل می شود. نکته حائز اهمیت درباره آسیابهای مذکور آنست که پره ها بطور دستی در جهت باد قرار داده می شوند و این امر به کمک اهرم بزرگی در پشت آسیاب صورت می گرفت. بهینه سازی انرژی خروجی و حفاظت آسیاب در برابر آسیب دیدگی ناشی از بادهای شدید با جمع کردن پره های آن صورت می گرفت. نخستین مولدهای بزرگ به منظور تولید الکتریسته سال در اوهایو توسط چارلز براش ساخته شد. در سال ۱۸۸۸ ابداع انواع مولدهای بادی در مقیاس وسیع در ۱۹۳۰ در روسیه با ساخت ژنراتور بادی ۱۰۰ کیلو واتی آغاز شد. طراحی روتورهای پیشرفته با محور عمودی در فرانسه توسط داریوس در دهه ۱۹۲۰ آغاز شد. از میان طرحهای پیشنهادی داریوس مهمترین طرح، روتوری است با پره های ایرفویل و انحنا دار که از بالا و پایین به یک محور عمودی متصل می شوند. در این زمینه، ابداعات دیگری صورت نگرفت و این طرح در سالهای اخیر به نام توربین داریوس مورد توجه قرار گرفته است. توسعه صنعت توربین های بادی، بسیار سریع بوده و در حال پیشرفت است. از ابتدای دهه ۱۹۸۰ تاکنون ظرفیت متوسط توربین بادی از ۱۵ کیلو وات تا ۸ مگا وات ارتقاء یافته است. مجموع ظرفیت نصب شده توربین های بادی در جهان به بیش از ۲۵۰۰۰ مگا وات بالغ می گردد. بنا بر محاسبات انجام شده، از باد در جهان
می توان ۱۰۵-Ej (هر Ej   ژول) برق گرفت و آنچه در عمل بدست می آید. ???Ej است و پیش بینی شده است تا ۲۰۲۰ میلادی ۱۰ درصد از برق کل جهان از انرژی باد تولید خواهد شد. این صنعت همچنین باعث ایجاد ۷/۱ میلیون شغل می شود.
۲-۱- تاریخچه انرژی باد در جهان
انرژی باد از انواع قدیمی انرژی است که از بدو پیدایش کره زمین در آن وجود داشته و با پیشرفت جوامع انسانی مورد استفاده قرار گرفته است. کهن ترین دستگاههای مبدل باد در خاورمیانه، برای تهویه منازل بکار رفت که هنوز هم در بعضی شهرهای کویری ایران نظیر یزد بنام بادگیر از آن استفاده می شود. اولین توربین های بادی یا مبدل های انرژی باد به انرژی جنبشی در ایران شکل گرفت و کمی بعد در عصر حمورابی پادشاه بابل در عراق نیز گسترش یافت. نمونه های اولیه این توربین ها از محور عمودی استفاده
می کردند و دارای ۴ پره بودند.
استفاده اصلی این توربین ها در آرد کردن غلات بود در ۳ قرن قبل از میلاد، مصریها نمونه ای از توربین با محور افقی و ۴ پره را ابداع کردند و بوسیله آن، هوای فشرده جهت ساختن ارگ در مراسم مذهبی را تامین کردند. آسیاب بادی در قرون وسطی در ایتالیا، پرتغال و اسپانیلا ظاهر شد و کمی بعد در انگلستان، هلند و آلمان نیز بکار برده شد. این ماشین ها می خواستند آب را به ارتفاع ۵ متر پمپ نمایند. حتی از آن برای استخراج روغن از دانه های روغنی نیز استفاده کردند و بعدا  انرژی باد علاوه بر خشکی در دریا نیز برای پیشبرد کشتی ها استفاده شد.