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، و انرژی جنبشی پره ها را دریافت می کند.
۱۰- برج (Tower) : برج ها جهت سوار کردن ناسل روتور روی آن استفاده می شود. داشتن برج بلندتر مزیت محسوب شده زیرا سرعت باد در ارتفاع بالا زیاد است برج های امروزی ارتفاع بین ۵۰ تا ۸۰ متر دارند و در دو نوع لوله ای و شبکه ای ساخته می شوند که نوع لوله ای به جهت ایمنی بالا متداول اما گران تر است.
۱۱- محفظه(ناسل)۱: به منظور نگهداری اجزای داخلی توربین در بالای دکل از آن استفاده می شود و اپراتورها می توانند وارد آن شوند.
۱۲- 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.
۱۳- 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.
۱۴- 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.
۱۵- موتور انحراف (Yaw motor) : برای به حرکت در آوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می گیرد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
شکل(۲-۴): اجزای تشکیل دهنده توربین بادی ]۱۹[.
۷-۲ نواحی کاری توربین بادی
برای هر نوع سیستم تبدیل انرژی باد می توان پنج ناحیه کاری با توجه به سرعت باد در نظر گرفت. شکل(۲-۵) قدرت خروجی یک توربین بادی را با توجه به سرعت باد نشان می دهد، در ناحیه اول به علت پایین بودن سرعت باد واحد در مدار نبوده و غیر فعال می باشند. به حداقل سرعت بادی که واحد قادر به کار کردن در آن است سرعت وصل[۸] گفته می شد. سرعت وصل معمولاٌ بین ۳ تا ۵ متر بر ثانیه می باشد. در مدت زمانی که سیستم در این ناحیه کاری قرار دارد سیستم کنترل، دائم در حال بررسی سرعت باد می باشد تا چنانچه سرعت به مقدار مطلوب خود برسد واحد را وارد مدارنماید. در ناحیه دوم که ناحیه فعال سیستم است واحد در حال کار بوده و بسته به میزان بادی که می وزد توان به شبکه تزریق می کند که حداکثر انرژی ممکن از آن گرفته شود. این عمل که Power Tracking نام دارد تا زمانی که سرعت گردش توربین به مقدار نامی خود برسد ادامه دارد] ۲۰[.
با افزایش سرعت باد وارد ناحیه سوم که ناحیه سرعت ثابت می باشد می گردیم. در این ناحیه سرعت توربین برابر با سرعت نامی خود می گردد و برای جلوگیری از آسیب دیدگی توربین همواره توسط سیستم کنترل گشتاور باید توربین به گونه ای تنظیم شود که سرعت توربین از حد نامی خود فراتر نرود. در ناحیه بعدی یعنی ناحیه توان ثابت به کمک کنترل زاویه پره ها و یا کنترل استال[۹] توان خروجی واحد در مقدار توان نامی ژنراتور نگه داشته می شود. سرانجام در ناحیه پنجم که ناحیه قطع می باشد به علت بالا رفتن بیش از حد سرعت باد و به منظور جلوگیری از اعمال تنش های الکتریکی و مکانیکی به سیستم، واحد از مدار خارج می گردد. سرعت قطع که ماکزیمم سرعتی است که واحد در آن قادر به کار است معمولاٌ در حدود ۲۵ متر بر ثانیه می باشد.
شکل(۲-۵): نمایش کارکرد توربین بادی با توجه به سرعت باد ]۲۰[.
۸-۲ اصول عملکرد توربین بادی
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.
شکل(۲-۶): نحوه عملکرد توربین بادی ]۲۵[.
توربین بادی ورودی خود را بوسیله تبدیل نیروی باد به گشتاور مکانیکی توسط عملکرد پرهها تامین می کند. مقدار انرژی تبدیل شده توسط روتور وابسته به چگالی هوا، مساحت روتور و سرعت باد است. با بهره گرفتن از تئوری انرژی جنبشی، انرژی موجود در حجمی از هوا با جرم m ،سرعت V و چگالی که در واحد زمان از سطح a می گذرد برابر است با ]۲۵ [.
= (۲-۱)
این رابطه بیانگر ماکزیمم قدرت موجود در باد می باشد که در واحد زمان از سطح a می گذرد. برای محاسبه ماکزیمم کسری که از این انرژی می توان بدست آورد به صورت زیر عمل می کنیم:
سرعت باد در یک فاصله مناسب قبل از برخورد با توربین :
سرعت باد در یک فاصله مناسب بعد از گذشتن از توربین :
سرعت باد در هنگام گذشتن از میان توربین (۲-۲)
توانی که جذب توربین می شود برابر است با:
= ( _ ) (۲-۳)
که در آن: (۲-۴)
aρ=
(۲-۵)
χ = (۲-۶)
مشتق گیری از رابطه(۲-۵)
(۲-۷)
قرار دادن مقدار در رابطه (۲-۵) داریم:
(۲-۸)
این رابطه که به قانون بتز[۱۰] معروف است نشان می دهد که هرگز نمی توان بیشتر از % ۳/ ۵۹ از انرژی موجود در هاب را به کمک توربین جذب نمود. مقدار ماکزیمم زمانی به دست می آید که سرعت باد قبل از ورود به توربین ۳ برابر سرعت باد پس از خروج از آن باشد. در عمل میزان قدرت جذب شده توسط توربین کمتر از این مقدار است و به ضریبی به نام بستگی دارد ]۲۶ [.
= (۲-۹)
استفاده از رابطه(۲-۱۰)که در آن R شعاع توربین می باشد رابطه نهایی (۲-۱۱) به دست می آید:
A = π (۲-۱۰)
(۲-۱۱)
ضریب توان آیرودینامیکی توربین بادی نامیده می شود و از روی منحنی های )β ,λ( به دست می آید که در نسبت سرعت نوک پره به سرعت باد و β زاویه پره توربین است. گشتاور خروجی نیز برابر است با:
(۲-۱۲)
برای توربین های مختلف متفاوت است و توسط سازنده به صورت منحنی ارئه می شود. علاوه بر این در مراجع مختلف روابط ریاضی زیادی برای محاسبه برحسب β و λ آمده است.
رابطه نمایی زیر دارای عمومیت بیشتری در مقایسه با دیگر روابط می باشد]۲۷[.
(۲-۱
(۲-۱۴)
استفاده از رابطه سینوسی زیر که مخصوص توربین های سه پره ای می باشد نیز متداول است ]۲۷ [.
(۲-۱۵)
درمراجع ] ۲۶[ و] ۲۷[ روابط دیگری را برای می توان مشاهده نمود.
برای مثال در روزی سرد با دمای ۱۵ درجه سانتیگراد (۵۹ درجه فارنهایت) در سطح دریا، چگالی هوا برابر ۱٫۲۲۵ کیلوگرم بر متر مکعب است. در این حالت عبور بادی با سرعت ۸ متر بر ثانیه در روتوری به شعاع ۱۰۰ متر تقریباً موجب عبور ۷۷٬۰۰۰ کیلوگرم باد در منطقه جاروب شده توسط پرهها خواهد شد.
۹ -۲ بهره برداری از برق بادی
در جهان هزاران توربین بادی در حال بهرهبرداری وجود دارد، در این میان اتحادیه اروپا ۶۵٪ از کل توان بادی جهان را تولید میکند. تولید برق بادی در میان دیگر روشهای تولید انرژی الکتریکی دارای رشد بیشتری در قرن ۲۱ بودهاست. به طوری که تولید توان بادی جهان در بین سالهای ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۶ چهار برابر شدهاست.
انجمن جهانی انرژی بادی پیش بینی کرده در سال ۲۰۱۵ ظرفیت تولیدی برق بادی به ۱۹۰ گیگاوات برسد .از جمله کشورهایی که سرمایه گذاری زیادی در این زمینه انجام داده اند می توان به آلمان ، اسپانیا ، ایالات متحده ، هند و دانمارک اشاره کرد . کشور دانمارک یکی از کشورهای برجسته در تولید تجهیزات و استفاده از توان بادی است . دولت دانمارک در دهه ۱۹۷۰ ملزم شد تا تولید انرژی الکتریکی از انرژی باد را به۵۰٪ کل تولید برق برساند]۲۱[.
