مقاله انرژی باد (توربین های بادی)

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله انرژی باد (توربین های بادی) دارای ۵۲ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله انرژی باد (توربین های بادی)  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله انرژی باد (توربین های بادی)،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله انرژی باد (توربین های بادی) :

منابع
۱- مجید جمیل، نیروگاه‌های بادی در جهان در سال ۹۶، مجلس و پژوهش ، شماره ۲۶، سال ششم ، بهمن و اسفند ۱۳۷۷،ص ۱۰۹-۱۰۲
۲- مجید جمیل (مترجم) ، استفاده از باد برای تولید برق در بریتانیا، اطلاعات علمی،سال دهم ،شماره ۱۲،مهر ۱۳۷۵، ص ۳۵
۱- Heard C.L & et-al, “Thermody namci Analysis of the Pperation of Geothermal Electrical Power Generation Faciltiy”, Geothermal Research in Mexico, 1986.
۲- Rummel , F., & Kappelmeyer, “Geothermal Energy, Future Energy Source”, GEC-MeB- System 1992
“Guide to the Geothermal Power Plant”, Mitsubishi Heavy industires Ltd. (MHI), 1991

مقدمه
زندگی انسان در تمام ادوار تاریخ به انرژی وابسته بوده است . زمانی که در غار زندگی می‌کرد فقط از نیروی بازوی خویش کمک می‌گرفت در آن دوران انرژی او محدود بود نیاز او را برطرف می‌کرد ولی امروزه در دورانی زندگی می‌کنیم که در آن به مقدار زیادی انرژی نیاز داریم. انسان برای حرکت ،ماشینها و دستگاهها ووسایل مختلف که در خدمت اوست به انرژی زیادی احتیاج دارد.
انرژی لازم وسایل و دستگاههای مورد نیاز زندگی انسان از مواد فسیلی نظیر زغالسنگ- نفت وگاز طبیعی تهیه می‎شود. از این رومواد فسیلی را بایستی رکن اساسی گردش چرخ صنعت در این دوران دانست دنیای امروز با بحرانهای اقتصادی که ناشی از وابستگی به انرژی فسیلی و همچنین غیر اقتصادی بودن استفاده از این گونه انرژی‌هاست، روبروست. از همین رو ضروری به نظر می‌رسد که انسان به دنبال منابع جدید برای تأمین انرژی ارزان می‌باشد که از آن قبیل می‎توان استفاده از انرژی خورشید باد زمین گرمایی و آبی را نام برد.
استفاده از انرژی باد وزمین گرمایی در عصر حاضر مورد توجه کشورهای مختلفی قرار گرفته زیرا تقریباً هم ارزان است و هم بدون آلودگی که در این جا به نحوه تولید برق از طریق این دو انرژی می‌پردازیم.

انرژی باد
از انرژی‌های بادی جهت تولید الکتریسته و نیز پمپاژ آب از چاهها و رودخانه‌ها، آرد کردن غلات، کوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینها می‌توان استفاده نمود.لکن هزینه غیراقتصادی استفاده از این انرژی بخصوص در ماشینهای بادی بکارگیری از این انرژی را محدود ساخته است.
استفاده از انرژی بادی در توربین‌های بادی که به منظور تولید الکتریسته بکار گرفته می‌شوند از نوع توربین‌های سریع محور افقی می‌باشند. هزینه ساخت یک توربین بادی با قطر مشخص، در صورت افزایش تعداد پره‌ها زیاد می‌شود. در مکانهائی که شبکه برق رسانی ضعیف و بارهای محلی در نزدیکی ژنراتورهای بادی موجود می‌باشد استفاده از این حامل انرژی کاربرد بیشتری خواهد داشت.

نطق بادخیز
ایران کشوری با باد متوسط است ولی برخی از مناطق آن باد مناسب و مداومی برای تولید برق دارد. تاکنون در راستای اهداف استفاده از انرژی‌های نو، مجموعاً بیش از ۴ مگاوات نیروگاههای بادی در منطقه منجیل و رودبار نصب شده است. ۱۱ واحد در منطقه منجیل و رودبار نصب شده است که قدرت سه واحد آن هر کدام ۵۵۰ کیلووات و مابقی هر کدام ۳۰۰ کیلووات قدرت دارد.
در جدول زیر توان قابل بهره برداری باد در چند منطقه بادخیز نشان داده شده است.
جدول : توان قابل بهره برداری باد در مناطق مختلف
طرحهای در دست اجراء جهت اسفتاده از انرژی‌های بادی به شرح زیر می‌باشند:
پروژه : ۲۵۰ مگاواتی
پروژه : ۶۰ مگاواتی ، انتقال تکنولوژی از ژاپن
انتخاب محل منابس ساخت مزرعه توربین‌های بادی به ظرفیت ۶۰ مگاوات ثبت آمار لحظه‌ای باد در منطقه رودبار و منجیل

امکانات موجود
انرژی باد از جمله انرژیهای تجدید نظر است که به علت گستردگی، قدرت بازدهی بالا، اقتصادی بودن و اینکه در مقایسه با دیگر انرژیهای تجدید پذیر در ابعاد وسیع‌تری مورد بهره‌برداری قرار گرفته عملا از جایگاهی ویژه برخودار است.
در حال حاضر نیروگاه بادی منجیل با تعداد ۲۴ واحد جمعا به ظرفیت ۹۴۰۰ کیلوودات و نیروگاه بادی رودبار با تعداد ۴ واحد جمعا به ظرفیت ۲۱۵۰ کیلووات نصب و راه اندازی گردیده است. تولید انرژی این نیروگاه‌ها مجموعا حدود ۳۶ میلیون کیلووات ساعت بود که در مقایسه با سال پیش ۷/۲ درصد کاهش را نشان می‌دهد. نیروگاه‌های فوق تحت نظارت سازمان انرژی اتمی قرار دارند.

در ضمن طرز کار توربین‌های بادی موتور استفاده به شرح زیر می‌باشد:
توربینهای بادی انرژی باد را توسط دو یا سه تیغه به شکل پروانه‌ای می‌گیرند این تیغه‌ها روی یک روتور نصب می‌شوند و تولید انرژی می‌کنند. این توربینها در بالای برجهایی در ارتفاع ۱۰۰ فوت بالای سطح زمین قرار می‌گیرند و از بادهای نیرومند و دارای توربالانت پایین انرژی خویش را تأمین می‌کنند.
رفتار یک تیغه بسیار شبیه بال هواپیما می‌باشد. هنگامی که باد می‌وزد، یک بسته هوای کم فشار، بر روی لبه پائینی تیغه تشکیل می‌شود. سپس بسته هوای کم فشار مذکور تیغه را بسوی آن می‌کشد، و باعث چرخیدن روتور می‌شود.
به عمل برا می‌گویند . در حقیقت نیروی برا بسیار نیرومندتر از نیروی بار مقابل لبه جلویی تیغه می‌باشد، که بدان پسا می‌گویند. برآیند دو نیروی برا و پسا باعی می‌شود که روتور مانند یک پروانه بگردد و چرخش شفت سبب تولید الکتریسیته توسط ژنراتور می‌شود.
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 فتوولتانیک ترکیب کرد.
عموماً از توربینهای مستقل برای پمپاژ آب یا ارتبطات استفاده می‌کنند، هر چند که در مناطق بادخیز مالکین خانه‌ها و کشاورزان نیز می‌توانند از توربینها برای تولید برق استفاده نمایند.

برای منابع مقیاس کاربردی انرژی باد، معمولاً تعداد زیادی توربین را نزدیک به یکدیگر می‌سازند که بدین ترتیب یک مزرعه بادگیر را تشکیل می‌دهند. که امروزه دارای پتانسیل بسیار بالایی می‌باشد و تا سال ۱۹۹۸، ۲۵ واحد تولید را مطابق ذیل راه‌اندازی کرده است.
هشت توربین با تولید کل ۴/۲ مگاوات
دو توربین با تولید کل یک مگاوات
پانزده توربین با تولید کل ۵/۴ مگاوات

کاربرد انرژی باد
بخش عمده بادها از ارتفاع ۱۲ کیلومتری از سطح زمین می‌وزد که موجب جریانهای فوق العاده سریع می‌شود محاسبات آماری نشان می‌دهد که بیش از ۱% انرژی جنبشی فوق الذکر در لایه‌های پایین جو وجود دارد که میزان توان آنها تقریبا ‏T.W می‌باشد در سال ۱۹۸۱ میلادی انستیو بین المللی سیستم ‌های کاربردی (IIASA) میزان پتانسیل انرژی باد که از نظر تکنیکی در دسترس وقابل استهمال می‌باشد در معادل STW برآورد نمود که در این برآورد بخش عمده مناطق قابل استهسال انرژی باد در سطح قاره‌ها می‌باشد.

برای به دست آوردن نیروی الکتریکی از انرژی باد بهترین راه ساخت نیروگاه‌ها با توربین بادی است در بررسی ساده اولیه هزینه انرژی باد را می‌توان با سرمایه‌گذاری اولیه و هزینه تولید برق محاسبه کرد. اما در دیدگاهی وسیع‌تر استفاده از نیروگاه بادی امتیازات زیر را نیز در پی خواهد داشت عدم استفاده دائم از منابع سوختی پایان پذیر مانند نفت، زغال سنگ و .. و ذخیره این منابع برای آیندگان بطور مثال اگر یک توربین بادی یک مقاومی که ۴۰۰۰ ساعت در طول سال کارکرد داشت باشد می‌تواند باعث ذخیره ۱۰۰۰ تن نفت بشود.

عدم وجود زباله و پسماند در نیروگها بادی کمک شایانی به حفظ محیط زیست خواهد کرد.
ساخت نیروگاه بادی در قدرتهای مختلف این کلان را فراهم می‎کند که برای مصرف کننده های دور افتاده از شبکه توزیع ها مانند وسعتهای کم جمعیت منابع تأمین انرژی مطلوب فراهم شود.

استفاده از توربین‌های بادی به جای نیروگاه‌های سوخت باعث می‌شود که از تولید گازهای گلخانه‌ای جلوگیری شده و از تخریب لایه ازن جلوگیری به عمل آید.
در حال حاضر توسعه نیروگاه‌های برق بادی با موانعی نیز مواجه‌اند که مهخمترین آنها عوامل اقتصادی می‎باشد این موانع در کشورها با تلاش مسئولین در دست پیگیری می‎باشد که از موفقیت های بزرگ می‌توان به جلب نظر سرمایه‌گذاران خارجی و کارشناسان برای ساخت و توسعه مزارع برق بادی اشاره نمود.

مولدهای بادی
نخستین مواد بادی بزرگ به منظور تولید الکتریسیته سال ۱۸۸۸ در اوهایو توسط چالز براش ساخته شد ابداع مولد بادی در مقیاس وسیع درسال ۱۹۳۰ در روسیه با ساخت ژنراتور بادی ۱۰۰ کیلوواتی آغاز شد طراحی روتورهای پیش رفته با محور عمودی در فرانسه توسط داریوس،مهمترین طرح، روری است با پرهای ایروفیل و انحنادار که از بالا و پایین به یک محور توربین داریوس مورد توجه قرار گرفته توسعه صنعت توربین بسیار سریع بوده و در حال پیشرفت است از ابتدای دهه ۱۹۸۰ تاکنون ظرفیت متوسط تولید توربین بادی از ۱۵ کیلووات به ۶۰۰ کیلووات ارتقا یافته امروزه مولدهای بادی با ظرفیت یک مگاودات نیز تجاری شده و مجموع ظرفیت نصب شده توربین‌های بادی در جهان به بیش از ۲۵۰۰۰ مگاوات بالغ می‌گردد.
بررسی روشهای انتخاب جایگاه برای نصب مولدهای بادی
به منظور انتخاب جایگاه مناسب جهت نصب مولدهای بادی مراحل ذیل اجرا می‌گردد:
الف ) بررسی اطلاعات هواشناسی
ب) تعیین جایگاه نامزد
ج ) جمع آوری اطلاعات در رابطه با شرایط زمین( همچون زبری وارتفاع و وسعت)
د ) استفاده از روشهای مدلسازی زمین (برای مولدهای بادی بزرگ)
هـ ) انجام مطالعات تکمیلی برای ارزیابی موقعیت جایگاه
و ) استفاده از نرم افزارها برای برآورد انرژی باد
ز ) انتخاب نهایی جایگاه

بررسی چگونگی انتخاب جایگاه با توجه به مطالعات هواشناسی
برگزینی منطقه‌ای با تداوم باد زیاد، انتخاب جایگاهی مناسب را در آن منطقه تسهیل می‌نماید. اگر منطقه محل نصب مولد بادی انتخاب نشده باشد هر گونه نقش و اطلاعات در ارتباط با پتانسیل بادبا ارزش خواهد بود.
این اطلعات را می‎توان از ایستگاههای هواشناسی، مؤسسات مطالعات جوی و فرودگاه‌ها بدست آورد ثبت اطلاعات باد در ایستگا‌ه‌های هواشناسی به روش رقمی با دستگاه‌های مدرج شده صورت می‌گیرد. همراه با اخذ اطلاعات خصوصیات دستگاه ثبت کننده نیز بایگانی می‌گردد باید به این نکته توجه نمودکه ارتفاع استاندارد نصب باد سنج ۱۰ متری سطح زمین می‌باشد.
در مجموع اساسی ترین اقدام در انتخاب جایگاه پردازش اطلاعات هواشناسی برای یافتن پروفیل سرعت توزیع احتمالی باد و همچنین جمع آوری نقشه‌های جغرافیایی برای شناسایی پستی و بلندی های زمین‌ می‎باشد.
زمین مناسب برای نصب مولدهای بادی را می‌توان به دو گروه مسطح وغیر مسطح تقسیم نمود:
الف ) زمینهای مسطح : مناطق تخت ساحی و دشتهای مسطح
ب ) زمینهای غیرمسطح: تپه‌های طویل، برآمدگی ها و کوه های مجزا – گذرگاه‌های میان کوه- دره‌ها – گودالها و پرتگاهها

مدل سازی زمین
مدل خطوط راهنما که توسط تیلور ولی در سال ۱۹۸۴ مطرح شد برآورد مطمئنی برای سرعت باد در زمین‌های مسطح با زبری سطح متغیر ارائه می‌دهد این مدل سازی برای توربین‌های بادی بزرگ که مستلزم سرمایه گذاری های هنگفت اولیه می‌باشد. لازم است در این موارد اطمینان از صحت شرایط زمین انتخابی و داشتن باد کافی، درآمد حاصل از فروش برق تولیدی و نرخ مطلوب بازگشت سرمایه را تضمین خواهد نمود.
در این روش نقشه‌های موضع نگاری و محاسبه شدت آشفتگی جریان هوا مورد نیاز می‌باشد.
اطلاعات مورد نیاز در این روش خطوط راهنما عبارتند از :
الف) سرعت باد در جهت‌های مختلف به منظور برآورد شدت آشفتگی
ب ) شکل زمین به منظور بدست آوردن دو ضریب مورد نیاز در روش خطوط راهنما
ج ) ارتفاع تپه وشیب سطوح مختلف که از نقشه موضوع نگاری بدست می‌آید.
د ) پارامتر گستردگی که برابر است با فاصله جایگاه از محلی با نصب ارتفاع جایگاه
هـ ) فاصله محل نامزد شده در جهت بالا دست وزش باد تا نقطه‌ای که زبری تغییر می‎کند.
با انجام محاسبات سرعت باد اطلاعات مفیدی از برش پدیده‌ای که در آن یک لایه هوا سرعتی متفاوت از لایه مجاور دارد ) در ارتفاع نصب مولد بدست می‌آید. چنانچه ارتفاع نصب مولد معلوم نباشد با رسم پروفیل سرعت میتوان ارتفاعی با حداکثر سرعت باد وحداقل برش را تعیین کرد.

روش ارزیابی انتخاب جایگاه
علاوه بر روش خطوط راهنما از روش دیگری مبتنی بر سه اصل اندازه گیری ، ایجاد ارتباط و پیش بینی می‌توان استفاده نمود.
این روش بر مبنای اندازه گیری در جایگاه و همچنین استفاده از محلی با اطلاعات باد دراز مدت (مثل فرودگاهها) برای برآورد پتانسیل انرژی باد در جایگاهی که اطلاعات هواشناسی برای آن وجود ندارد ، استوار است.
مطالعه تونل باد
هنگامی که جایگاه از اطراف به زمین‌هایی با اشکال مختلف محدود می‎شود. استفاده از تونل باد برای شبیه سازی زمین نسبت به روش‌های عددی ارجحیت پیدا می‌کند بنابراین با استفاده از تونل باد و شبیه سازی منطقه می‌توان میزان سرعت و آشفتگی باد رادر جهات مختلف برآورد کرد.
مطالعه اندازه گیری باد

مطالعه کوتاه مدت
مطالعه کوتاه مدت حدود ۱ تا ۴ هفته انجام می‎شود و راهنمای خوبی برای رسیدن به ویژگیهای زمین مورد بررسی می‌باشد این مطالعات بر مبنای اطلاعات ۱ تا ۳ ساعته باد در جهات خاص صورت می‌گیرد.
بهتر است فاصله بین جهات بین جهات مختلف بادسنجی بین ۱۰ تا ۲۰ درجه باشد.
مطالعه بلندمدت
در مطالعه بلندمدت احتیاج به اطلاعات هواشناسی می‌باشد در مطالعه بلندمدت مشخصه‌های باد هر یک ساعت برای ۶ ماه یا ۲ سال ثبت می‌گردد اگر در جایی تغییرات فصلی سرعت باد وجود دارد بهتر است داده برداری با فرکانس بیشتری انجام گیرد.
استفاده از نرم افزارهای مناسب
در نرم افزارهای win 4001 ابتدا نمودار فراوانی رسم می‌شود. با استفاده از روابط آماری ستون‌های فراوانی نسبی فراوانی تجمعی نسبی و احتمال آماری هر سرعت بدست می‌آید. همچنین با استفاده از فراوانی تجمعی نسبی پارامترهای y,x بدست آمده و با به کارگیری روش برگشت خطی Linear Reyression بهترین خط برای y=Ax+B بدست می‌آید.
در نهایت پارامترهای توزیع ویسبول با داشتن پارامترهای B,Z محاسبه می‌گردد در نرم افزار win 4001 پس از انجام محاسبات فوق با دقت بالا نمودارهای لازم در ارتباط با توزیع وسیبول رسم می‌گردد.
نتایج انجام محاسبات فوق توسط نرم افزار win 4001 عبارتند از : متوسط سرعت باد – انحراف معیار سرعت باد – محتملترین سرعت باد در منطقه – سرعت بادی متناظر ماکزیموم انرژی و پتانسیل انرژی باد منطقه
نیروگاههای بادی جهان درآستانه سال۲۰۰۰

در این نوشتار آخرین آمار (سپتامبر ۱۹۹۹) ظرفیت کل نیروگاههای بادی در ۳۷ کشور جهان ارایه شده است. آلمان با نیروگاههای بادی به ظرفیت سه هزار و ۸۱۷ مگاوات اندکی بیش از یک درصد برق مصرفی خود را از این طریق تأمین می‌کند. و از این نظر در جایگاه نخست جهان قرار دارد. این رقم برای کشورهای ایالات متحده آمریکا و دانمارک که در جایگاه دوم وسوم قرار دارند به ترتیب دو هزار و ۵۳۳ و هزار و ۶۰۶ مگاوات است.

تولید سرانه برق بادی در دانمارک ۳۰۵ وات است و از این لحاظ از جایگاه ویژه‌ای در جهان برخوردار است و از صادر کننده عمده این فن آوری در جهان محسوب می‌شود. هر چند کشور هندوستان از لحاظ تولید برق بادی در جایگاه پنجم جهان قرار دارد ولی به علت جمعیت بسیار زیاد، تولید سرانه برق بادی آن یک ودات برای هر نفر است. در حال حاضر در مجموع در ۳۷ کشور جهان اندکی بیش از ۱۲ هزار و ۳۱۰ مگاودات نیروگاه بادی موجود است و تنها یک سوم برق بادی جهان در آلمان تولید می‌شود. کشورهای جهان از نظر ظرفیت نیروگاهههای بادی در حال بهره برداری خود به چهار گروه تقسیم شده اند. گروه اول شامل پنج کشور است که هر یک بیش از یک هزار مگاودات نیروگاه بادی دارند. گروه دوم که از شش کشور تشکیل شده دارای نیروگاههای بادی با ظرفیت بین صد تا هزار مگاوات هستند. دو کشور آسیایی هند و چین به ترتیب در میان کشورهای گروه اول ودوم قرار دراند.

مقایسه آمار سالهای ۱۹۹۵ تا ۱۹۹۹ جهان نشان می‌دهد که ظرفیت در حال ساخت و بهره برداری از نیروگاههای بادی همواره روند صعودی داشته است و در آینده نیز در حال گسترش خواهد بود ایران با نصب یازده مگاودات نیروگاه بادی در سالهای اخیر قدمهای اولیه را در این زمینه برداشته است.
به منظور مقایسه، نسبت ظرفیتهای نیروگاههای بادی به نیروگاههای هسته‌ای کشور گروه اول ودوم ، درصد تأمین برق مصرفی این کشورها از طریق نیروگاههای هسته‌ای در سال ۱۹۹۹ و همچنین ظرفیت سرانه نیروگاههای بادی آنها، در این نوشتار آورده شد است.