۹-۱-۲ اندازه گیری سرعت باد
سرعت باد در توربین های بادی توسط آنمومتر با پرده های فنجانی اندازه گیری می شود. آنمومتر فنجانی دارای محور افقی با سه پرده فنجانی شکل است و تعداد چرخش ها را در هر دقیقه به صورت الکتریکی ثبت می کتد. عموماٌ آنمومتر با یک بالچه برای تشخیص جهت باد مجهز می شود. کیفیت و دقت آنمومتر ها برای اندازه گیری انرژی باد بسیار ضروری می باشند. بهترین محل نصب آنمومتر بالای دکل توربین و هم ارتفاع با مرکز روتور می باشد. این کار باعث کاهش اغتشاشات جریان هوای گذرنده از خود دکل می شود. آنمومتر فقط در حقیقت برای تعیین میزان نسبت سرعت باد و جهت آن برای عملکرد مکانیزم Yaw و استارت توربین استفاده می شود ]۱۳[.

( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۱۰-۱-۲ تغییرات سرعت باد
دربسیاری از نقاط کره زمین سرعت باد روزها بیشتر از شب ها است. این تغییرات اکثراٌ ناشی از این حقیقت است که تغییرات دما بین سطح آب و سطح زمین روزها بیشتر از شب ها است و باد روز ها متلاطم تر بوده و متناوباٌ در جهات مختلف می وزد.از نقطه نظر تولیدکنندگان، تولید توان بادی بیشتر در روز یک مزیت به شمار می رود زیرا مصرف برق نسبت به شب ها زیادتر است. شرکت ها نیز نسبت به تولید برق در ساعات پیک روزانه شبکه هزینه بالاتری می پردازند.
۱۱-۱-۲ انواع بادها

1. 1. نیروهای صفرتا ۲ : سرعت باد تا ۱۱ کیلومتر (صفر تا ۷ مایل) در ساعت ؛ هوا آرام یا دارای حرکت آهسته بوده و همراه با غبار و حرکت آهسته برگها می‌باشد.

1. 1. نیروهای ۳ تا ۴ : سرعت باد از ۱۲ کیلومتر (۸ مایل) در ساعت تا ۲۹ کیلومتر (۱۸ مایل) در ساعت می‌باشد. نسیم یا باد متوسط وجود دارد که پرچمها را به هم می‌زند، کاغذها را به هوا بلند می‌کند و به اطراف می‌برد و برگها و شاخه‌های کوچک درختان را حرکت می‌دهد.

1. 1. نیروهای ۵  تا  ۶ : سرعت باد از ۳۰ کیلومتر (۱۹ مایل) در ساعت تا ۵۰ کیلومتر (۳۱ مایل) در ساعت است. باد نیمه قوی یا قوی وجود دارد و درختان کوچک و شاخه‌های بزرگ به حرکت در می‌آیند و اشیاء سبک در سطح زمین به اطراف پرتاب می‌شوند.

1. 1. نیروهای ۷  تا  ۹: سرعت باد از ۵۱ کیلومتر (۳۹ مایل) تا ۸۷ کیلومتر (۵۴ مایل) در ساعت است. تند باد یا طوفان شدید وجود دارد. تمام درختان تکان می‌خورند، شاخه‌ها می‌شکنند و دودکشها و سقفهای خانه‌ها از جا کنده می‌شوند.

1. 1. نیروهای ۱۰  تا  ۱۲ : سرعت باد از ۸۸ کیلومتر (۵۵ مایل) در ساعت تا بیش از ۱۱۸ کیلومتر (۷۴ مایل) در ساعت می‌باشد. طوفان یا طوفان شدید وجود دارد. درختها از ریشه کنده می‌شوند و خرابیهای گسترده ایجاد می‌شود]۱۴[.

شکل (۲-۱): نمایش انواع نیروهای تولید شده توسط باد ها ]۱۴[.
۲-۲ انواع توربین بادی از لحاظ ظرفیت
۱-توربینهای بادی کوچک
از توربینهای بادی کوچک جهت تامین برق جزیره ها و مناطقی که تامین برق از طریق شبکه سراسری برق مشکل می باشد استفاده می شود. این توربینها تا قدرت ۱۰ کیلووات توان تولید برق را دارا می باشند.
۲-توربینهای بادی متوسط
عموماً تولید این توربینها بین ۲۵۰-۱۰ کیلووات است. از این توربینها جهت تامین مصارف مسکونی، تجاری، صنعتی و کشاورزی استفاده می شود.
۳-توربینهای بادی بزرگ( مزارع بادی)
این نوع توربینها معمولاً شامل چند توربین بادی متمرکز با توان تولیدی ۲۵۰ کیلووات به بالا می باشند که به صورت متصل به شبکه و یا جدا از شبکه طراحی می گردند ]۱۵[.
۳-۲برق بادی در مقیاس های کوچک
تجهیزات تولید برق بادی در مقیاس کوچک معمولاً برای تغذیه منازل زمین های کشاورزی یا مراکز تجاری کوچک مورد استفاده قرار می گیرد. در برخی از مکان های دور افتاده که مجبور به استفاده از ژنراتورهای دیزلی هستند مالکان محل ترجیح می دهند که از توربین های بادی استفاده کنند تا از ضرورت سوزاندن سوخت ها جلوگیری شود. در برخی موارد نیز برای کاهش هزینه های خرید برق یا برای استفاده برق پاک از این توربین ها استفاده می شود .
برای تغذیه منازل دور افتاده از توربین های بادی با اتصال به باتری استفاده می شود. در ایالات متحده استفاده از توربین های بادی متصل به شبکه در رنج های ۱ تا ۱۰ کیلووات برای تغذیه منازل به طور فزاینده ای در حال گسترش است. توربین متصل به شبکه در هنگام کار نیاز به استفاده از برق شبکه را از بین می برد. در سیستم های جدا از شبکه یا باید از برق به صورت دوره ای استفاده کرد و یا از باتری برای ذخیره سازی انرژی استفاده کرد .
در مناطق شهری که امکان استفاده از باد در مقایس های زیاد وجود ندارد نیز ممکن است از انرژی بادی در کاربردهای خاصی مانند پارک ها، متروها یا بی سیم اینترنتی با بهره گرفتن از یک باتری خورشیدی استفاده شود تا ضرورت اتصال به شبکه از بین برود]۱۵[.
۴-۲ نیروگاه بادی
نیروگاه­های بادی را می توان به دو صورت متمرکز و غیر متمرکز به کار برد. در کاربرد متمرکز، توربین­های بادی به صورت مزارع بادی الکتریسیته تولید می کنند و مستقیما به شبکه سراسری برق اتصال دارند. در این حالت مزرعه ممکن است از چند صدها عدد توربین بادی در اندازه­ های مختلف تشکیل شده باشد. در نیروگاهای بادی غیر متمرکز مولد مستقیما به یک یا چند مصرف کننده خاص متصل است وانرژی آنها را تامین می کند که در این حالت از نیروگاه های بادی در مقیاس کوچک و عموما برای نقاط دور از شبکه سراسری و یا جاهائیکه رساندن برق به آنها مشکل باشد استفاده می شود .عموما در این روش سیستمی متشکل از نیروی باد و دیزل و یا یک منبع ذخیره انرژی بکار گرفته می شود تا در موقعی که توان تولید توربین­های بادی به خاطر پایین بودن سرعت باد ناچیز می باشد از آن منابع استفاده گردد. در زمان های مختلف ژنراتورهای بادی باید بتوانند در بازه وسیع تغییرات سرعت باد عمل کنند و ولتاژ dc ثابت و یا ولتاژ ac با فرکانس و ولتاژ ثابت و معین در خروجی داشته باشد. به همین علت به سیستم­های جانبی خاص نیاز دارد. در اغلب موارد سیستم­های نیروگاه­های بادی به ۲دسته کلی تقسیم می شوند. سیستم­های سرعت ثابت که سرعت گردش توربین­های­ آنها همواره ثابت می باشد و سیستم­های سرعت متغییر که در آن سرعت گردش توربین ثابت نبوده و با تغییرات سرعت باد تغییر می نماید]۱۶[.
همچنین انواع متعددی ژنراتور در نیروگاه­های بادی مورد استفاده قرار می گیرد به طوری که چنین تنوعی از نظر ژنراتور در نیروگاه­های دیگر کمتر دیده می شود. ژنراتور نیروگاههای بادی از نوع آسنکرون می باشند. در ژنراتور آسنکرون بر خلاف سنکرون لغزش می تواند بین ۳ تا ۵ درصد باشد و در کار ژنراتور اختلالی بوجود نیاورد. ولی نکته مهم در اینجا انرژی بسیار متغییر باد است که دائما در حال تغییر است و متناسب با آن دور تغییر می کند. لغزش مجاز این ژنراتورها ۱۰ درصد است.
برای کارآیی بهتر لازم است تا ولتاژ القایی در روتور ثابت نگه داشته شود برای این کار از سه مقاومت متغییر ۱ اهمی استفاده می شود به طوری که این مقاومت ها روی هر فاز قرار می گیرند و توسط یک مدار کنترلی بطور اتومات تغییر می کنند.
برای انتقال انرژی باد به ژنراتور از مین گیربکس استفاده می گردد.
عموما توربین های بادی از لحاظ دور به سه دسته تقسیم می شوند: ]۱۷[.
۱- دور ثابت
۲- دور متغییر
۳- دو دوره
۵-۲ انوع توربین های بادی
تحقیقات وسیعی که در سالهای اخیر جهت کاهش هزینه نیروگاه­های بادی و استفاده بهینه از نیروی باد جهت افزایش قابلیت اطمینان صورت گرفته منجر به طراحی و ساخت سیستم­های متنوعی شده است. به طور کلی توربین­های بادی را می توان به دو دسته تقسیم کرد.توربین­هایی که روتور آنها عمود بر جهت حرکت باد می باشد(توربین با محور عمودی) وتوربین­هایی که روتور آنها در راستای حرکت باد قرار می گیرد(توربین با محور افقی) ]۱۸[.
الف- توربینهای بادی با محور چرخش عمودی^[۶]
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
شکل(۲-۲):توربین بادی با محور چرخش عمودی ]۱۸[.
ب – توربینهای بادی با محور چرخش افقی^[۷]
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. این توربین­ها گاهی با زاویه پره ثابت و گاهی با زاویه پره متغیر ساخته می شوند .
شکل(۲-۳):توربین بادی با محور چرخش افقی ]۱۸[.
۶-۲ اجزای توربین بادی
به طور کلی یک توربین بادی از قسمت های مختلفی تشکیل شده است که در ذیل به اختصار به معرفی آنها می پردازیم که شکل (۳-۴) این اجزا را نمایش می دهد]۱۹[.
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.و دو نوع آیرودینامیکی و مکانیکی دارد.
۳-۱ترمز آیرودینامیکی: در مواقع ضروری با چرخش ۹۰ درجه ای پره ها از سرعت گرفتن بیش از حد توربین جلوگیری می کند.
۳-۲ ترمز مکانیکی: به عنوان یک پشتیبان برای ترمز آیرودینامیکی عمل می کند و برای قفل کردن محور روتور در هنگام تعمیر و سرویس های دوره ای از آن استفاده می شود.
کنترلر (Controller) : شامل کامپیوتری برای مانیتورینگ پیوسته اطلاعات جمع آوری شده از توربین می باشد و در زمان وقوع خطا یا عملکرد نادرست و افزایش دمای گیربکس باعث توقف توربین بادی و اعلام خطا به اپراتور می شود.کنترل سیستم Yaw و زاویه پره ها، راه اندازی و توقف توربین از دیگر وظایف اصلی این بخش می باشد.
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، که این نسبت تبدیل می تواند تا ۷۰ برابر باشد، و 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، معمولاٌ از نوع آسنکرون و یا سنکرون است که غالباٌ بزرگتر از ۳۰۰ کیلو وات بوده و امروزه بزرگترین آنها ۳ تا ۵ مگاوات می باشد.
۷- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft) : که وظیفه آن به حرکت در آوردن ژنراتور می باشد.