بررسی نیروگاه های بادی و چگونگی بهره برداری از آنها

بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی نیروگاه های بادی و چگونگی بهره برداری از آنها

مقدمه

فصل اول کلیاتی درباره انرژی بادی

انرژی باد

تاریخچه استفاده ازانرژی باد

۱-۳- منشاء باد

۱-۴- توزیع جهانی باد

۱-۴-۱- جریان چرخشی هادلی (Hadly)

۱-۴-۲- جریان چرخشی راسبی (Rossby)

۱-۵- اندازه گیری پتانسیل انرژی باد

۱-۶- قدرت باد

۱-۷- روند تحولات تکنولوژی

۱-۸- مزایای بهره برداری از انرژی باد

۱-۹- آینده انرژی باد درایران

۱-۱۰- انرژی باد و محیط زیست

فصل دوم پتانسیل سنجی سطحی انرژی باد

۲-۱- پتانسیل سنجی چیست؟

۲-۲- باد سنج ها و انواع آنها

۲-۳- پتانسیل باد درایران

۲-۴- نقشه ها و اطلس های موجود باد

۲-۵- استحصال انرژی از باد توسط توربین های بادی

۲-۵-۱- انرژی بادی و توربین های بادی

۲-۵-۲- انواع توربین های بادی

۲-۵-۳- این توربین ها چگونه کار می کند؟

۲-۶- انواع کاربرد توربین های بادی

۲-۶-۱- کاربردهای غیرنیروگاهی

۲-۶-۲- کابردهای نیروگاهی

۲-۷- توربین های بادی و ذخیره انرژی

• فصل سوم بررسی فلیکر توربین های بادی سرعت متغیر DFIG و بهبود آن با استفاده از مبدل طرف شبکه توربین

چکیده

۳-۱- مقدمه

۳-۲- مدل سازی توربین بادی

۳-۲-۱- مدل باد

۳-۲-۲- مدل توربین بادی

۳-۲-۳- مدل ژنراتور القایی و کانورتر PWM

۳-۳- طرح سیستم کنترل

۳-۴- سیستم مورد مطالعه

۳-۵- طراحی فلیکرمتر

۳-۶- بررسی انتشار فلیکر

۳-۶-۱- مشخصات باد

۳-۷- بهبود فلیکر با استفاده از کانورتر طرف شبکه

۳-۸- نتیجه گیری

• فصل چهارم عملکرد بدون وقفه توربین بادی دارای DFIG متصل به شبکه الکتریک با استفاده از سیستم انرژی خازنی

چکیده

۴-۱- مقدمه

۴-۲- مدل DFIG و کنترل کننده ها

۴-۳- مدل سیستم انرژی خازنی

۴-۴- نتایج شبیه سازی

۴-۵- نتیجه گیری

• فصل پنجم قابلیت اطمینان توربین های بادی کوچک متصل به شبکه

۵-۱- مقدمه

۵-۲- نقص های سیستم های بادی کوچک

۵-۳- آنالیز ریاضی

۵-۴- آنالیز اتلاف برای یک PMG مبتنی بر SWT

۵-۵- آنالیز قابلیت اطمینان برای یک PMG مبتنی بر SWT

۵-۶- محاسبات قابلیت اطمینان برای یک PMG مبتنی بر SWT

۵-۷- نتایج

ضمیمه ۲

ضمیمه ۱

منابع و مآخذ

مقدمه

به دلیل آلودگی محیط زیست و کمبود انرژی فسیلی تمایل به سمت تکنولوژی های برای تولید انرژی الکتریکی از منابع انرژی تجدیدپذیر افزایش یافته است. در میان انواع انرژی های تجدیدپذیر ، انرژی باد بخاطر مسایل اقتصادی و پاک بودن بیشتر مورد توجه قرار گرفته است، به گونه ای که انتطار        می رود تا سال ۲۰۲۰ ، ۲۰ درصد انرژی کل جهان از انرژی باد ، تامین گردد . دو نوع تکنولوژی برای تولید انرژی باد در بازارهای جهان موجود است که یکی ژنراتورهای بادی سرعت ثابت و دیگری ژنراتورهای بادی سرعت متغیر است .ژنراتورهای القایی بخاطر هزینه نگهداری کم و فاقد جاروبک بودن و ساختار ساده و مزایای دیگر گوی سبقت را ربوده است. در سال ۲۰۰۴ حدود ۶۰ درصد فروش بازار جهانی مختص به فروش ژنراتورهای بادی سرعت متغیر بوده است در این میان ژنراتورهای القائی از دو سو تغذیه (DFIG) به عنوان ژنراتور بادی سرعت متغیر بیشتر مورد استفاده قرار گرفته    شده است .

در مدل DFIG ، ژنراتور القایی از طریق  پایانه های استاتور به شبکه الکتریکی وصل شده است و رتور آن توسط یک مبدل الکترونیک قدرت AC/DC/AC فرکانس متغیر (VFC) به شبکه وصل شده است . ظرفیت این مبدل برای کنترل کامل ژنراتور حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد ظرفیت کل DFIG می باشد VFC شامل یک مبدل طرف رتور (RSC) و یک مبدل طرف شبکهGSC  است که از طریق یک خازن لینک DC به صورت پشت به پشت به هم وصل شده اند. ایراد اصلی توربین های بادی سرعت متغیر به  خصوص توربین هایی که دارای DFIG هستند، عملکرد آنها  در هنگام بروز اتصال کوتاه در سیستم قدرت می باشد.

 اتصال کوتاه در سیستم قدرت حتی اگر از محل توربین بادی دور باشد باعث ایجاد افت ولتاژ در نقطه اتصال توربین بادی به سیستم قدرت می گردد و در نتیجه، جریان در سیم پیچ های استاتور افزایش     می یابد و به دلیل تزویج مغناطیسی میان سیم پیچ های رتور و استاتور این جریان در سیم پیچ های رتور و مبدل طرف رتور نیز ظاهر می شود و منجر به آسیب دیدن آنها می گردد. تا چند سال پیش به خاطر سهم کم انرژی باد در تامین انرژی الکتریکی، هنگامی که یک حالت غیر عادی در ولتاژ شبکه اتفاق می افتاد ، توربین ها را از شبکه خارج می کردند، اما با افزایش ظرفیت انرژی باد در سیستم قدرت در سال های اخیر، قطع ناگهانی توربین های بادی از سیستم قدرت منجر به خاموشی های عظیم و ناپایداری در سیستم قدرت می گردد. بر ای اینکه ژنراتور تور بین بادی هنگام بروز اتصال کوتاه در شبکه الکتریکی به عملکرد عادی خود ادامه دهد پیشنهاد شده است که RSC  موقع رخ دادن خطا در شبکه، برای حفاظت در برابر اضافه جریان رتور قفل شده و مدار رتور از طریق یک مقاومت خارجی به نام Crow bar اتصال کوتاه گردد در این هنگام DFIG به ژنراتور القایی  معمولی تبدیل شده و شروع به جذب توان راکتیو می کند و توربین بادی به عملکرد خود با تولید کم توان اکتیو ادامه      می دهد در این تحقیق GSC همانند STATCOM توان راکتیو و ولتاژ را در نقطه اتصال به شبکه کنترل می کند. همچنین، برای جلوگیری از افزایش سرعت توربین، کنترل کننده زاویه گام پره ۵ فعال شده و وقتی که خطا رفع شد و ولتاژ و فرکانس به حالت پایدار رسید ، RSC دوباره شروع به کار کرده و مقاومت خارجی از مدار رتور خارج می شود و DFIG به شرایط عملکرد عادی خود باز می گردد. اما در شبکه های قدرت ضعیف در هنگام خطا ، GSC  به دلیل داشتن توان کم ، نمی تواند توان راکتیو لازم را تامین کند و در نتیجه احتمال فروپاشی ولتاژ وجود دارد. بنابراین بایستی بلافاصله تور بین بادی برای جلوگیری از چنین اتفاقاتی از شبکه خارج شود و وقتی که شرایط به حالت نرمال رسید، دوباره به شبکه وصل شود.

 مسئله پایداری ولتاژ چنین سیستم هایی می تواند با استفاده از ادوات FACTS موازی بهبود یابد کاربرد STATCOM  مورد بحث قرار گرفته است اما کاربرد STATCOM های قدیمی تنها در تامین توان راکتیو محدود شده است. برای غلبه بر این مشکل  از سیستم ترکیبی STATCOM با سیستم ذخیره انرژی باطری استفاده شده است که قابلیت کنترل توان اکتیو و راکتیو را دارد. اما BESS مبتنی بر فرآیندهای شیمیایی است، بنابراین دارای مشکلاتی از قبیل سرعت پاسخ کم و عمر کارکرد کوتاه    می باشد. برای غلبه بر این مشکلات ما در این فصل از یک سیستم انرژی خازنی  ECSاستفاده       کرده ایم که از قطعات الکترونیک قدرت و خازن دولایه الکتریکی تشکیل شده است. این سیستم به دلیل نداشتن عناصری همچون نیکل، کادمیم و فسفر انرژی پاکتری نسبت به باطری ها محسوب        می شود و تقریبا دارای سیکل کاری نامحدود وتلفات خیلی ناچیز می باشد و دارای قابلیت کنترل هر دو توان اکتیو و راکتیو را دارد ECS  به صورت موازی با شینی که توربین بادی از طریق آن به شبکه متصل شده است، قرار می گیرد. بنابراین در هنگام بروز اتصال کوتاه در سیستم قدرت توان راکتیو مورد نیاز ژنراتور را تامین کرده و از ناپایداری ولتاژ در شینی که توربین بادی به آن وصل شده است جلوگیری می کند و وقتی که اتصال کوتاه رفع شد و ولتاژ و فرکانس در شبکه به حالت عادی بازگشت، RSC  شروع به کار کرده و ژنراتور توربین بادی دوباره به  صورت DFIG به عملکرد خود ادامه می دهد . درستی روش فوق با شبیه سازی یک سیستم قدرت نمونه در نرم افزار MATLAB / SIMULINK  مورد تایید قرار گرفته شده است.

بخشی از منابع و مراجع پروژه بررسی نیروگاه های بادی و چگونگی بهره برداری از آنها

۱-Md. Arifujjaman *, M.T. Iqbal, J.E. Quaicoe "Reliability analysis of grid connected small wind turbine power electronics",Faculty of Engineering and Applied Science, Memorial University of Newfoundland, St. John’s, NL, Canada A1B3X5

۲- علیرضا رشیدی مقدم ، ایمان رهبری ، احمد حقانی. " بررسی تغییرات دمای ژنراتور توربین بادی سایت نیروگاه بادی منجیل بر حسب توان خروجی " . بیست و چهارمین کنفرانس    بین المللی برق ، تهران ، آبان ۸۸ .

۳- حسنعلی آل حسینی ، مسعود داوری ، گئورگ قره پتیان ، حسین عسکریان ابیانه. " تاثیر انواع اتصال مزارع بادی به شبکه AC بر روی اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه". بیست و چهارمین کنفرانس بین المللی برق ، تهران ، آبان ۸۸ .

۴- سید محمد صادق غیاثی ، محسن کلانتر . " روشی جدید جهت پیشبینی سرعت باد در نیروگاه های بادی " . بیست و چهارمین کنفرانس بین المللی برق ، تهران ، آبان ۸۸ .

۵- هادی طاری مرادی . " مدل دینامیکی توربین های بادی بر مبنای استفاده از ژنراتورهای القایی با تغذیه ی دوبل" هجدهمین کنفرانس بین المللی برق ، تهران .

۶- احسان میرزازادی . " مدلسازی ، شبیه سازی و کنترل نیروگاه بادی ایزوله از شبکه" نهمین کنفرانس دانشجویی برق ایران ، دانشگاه تهران . 

۷- بهمن خاکی . " بررسی آرایش های مختلف سیستم الکتریکی توربین های بادی سرعت متغیر" ، نهمین کنفرانس دانشجویی برق ایران ، دانشگاه تهران .