آنچه اکنون به عنوان یکی از بزرگترین مشکلات جهانی، بشر را تهدید می کند، کمبود انرژی و آلودگی هوا بر اثر استفاده از سوخت های فسیلی است. برای رفع این معضل بزرگ، از مدت ها پیش پژوهشگران و دانشمندان، مطالعه و تحقیق برای استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و پاک را شروع کرده اند. از گذشته های نه چندان دور، راه حل هایی برای تولید انرژی از منابع طبیعی مورد مطالعه قرار گرفته و عناصری مانند آفتاب، آب، باد و امواج اقیانوس ها مورد توجه قرار گرفته است و دانشمندان می کوشند با بهره گرفتن از این عناصر طبیعی، مشکل انرژی را حل کنند که پی آمد آن، کاهش آلودگی هوا و محیط زیست سالم خواهد بود. استفاده از قایق ها و کشتی های بادبانی و آسیاب های بادی و آبی، استفاده وسیع از انرژی آفتاب در مقاصد گرمایش و سوزاندن چوب و امثال آن برای تولید حرارت، تعبیه بادگیر های طبیعی برای سرمایش اماکن مسکونی و بسیاری موارد دیگر از جمله مثال های بارز استفاده انسان از منابع انرژی طبیعی می باشد.
با گذشت زمان و در اثر رشد جوامع و پیچیده تر شدن صنعت و تکنولوژی، نیاز بشر به منابع انرژی شدت یافت و کشف و بهره برداری وسیع منابع فسیلی را ناگزیر نمود. در دنیای امروز، انفجار جمعیت و ارتقاء سطح زندگی و رفاه انسان ها که نیاز به منابع انرژی را بیش از پیش شدت بخشیده است از یک طرف، و آسیب ها و تهدیدات روزافزونی که استفاده بی رویه از انرژی های فسیلی به طبیعت و محیط زیست وارد کرده و می کند از طرف دیگر، ادامه این روند را غیر ممکن ساخته است. لذا، بشر با نگاهی دوباره به خورشید، باد و سایر منابع طبیعی پاک و لایزال، سعی نموده است که وابستگی خود به منابع فسیلی را تا حد امکان کم نماید. یکی از ارزانترین و سهل الوصول ترین آنها انرژی باد است [1]. بررسی میزان استفاده از این انرژی در سالهای اخیر به خوبی گویای اهمیت و جایگاه آن در تامین انرژی در سطح جهان می باشد..
- مزایای بهره برداری از انرژی باد
انرژی باد نیز مانند سایر منابع انرژی تجدیدپذیر، از ویژگی ها و مزایای بالایی نسبت به سایر منابع انرژی برخوردار است که اهم این مزایا عبارتند از:
- عدم نیاز توربین های بادی به سوخت، که در نتیجه از میزان مصرف سوخت های فسیلی میکاهد.
- رایگان بودن انرژی باد
- توانایی تامین بخشی از تقاضاهای انرژی برق
- کمتر بودن هزینه های جاری و هزینه های سرمایه گذاری انرژی باد در بلند مدت
- تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی
- قدرت مانور زیاد جهت بهره برداری در هر ظرفیت و اندازه (از چند وات تا چندین مگاوات)
- عدم نیاز به زمین زیاد برای نصب
- نداشتن آلودگی محیط زیست نسبت به سوخت های فسیلی
1-2- توربین های بادی
یک توربین بادی دستگاهی است که دارای تعدادی پره می باشد که این پره ها، قابلیت دریافت انرژی از باد و تبدیل آن به انرژی مکانیکی را دارا می باشند. این انرژی مکانیکی به یک ماشین الکتریکی منتقل می شود و انرژی الکتریکی تولید می شود.
1-2-1- معرفی اجزای توربین بادی:
یک توربین بادی به طور کلی از قسمت هایی مانند روتور، جعبه دنده، محور سرعت پایین، محور سرعت بالا، ژنراتور، برج نگه داری سیستم روتور، مکانیزم های ترمز و مکانیزم های انحراف توربین، بادنما، باد سنج و بدنه توربین تشکیل شده است. شکل (1-1) شمای کلی اجزای یک توربین بادی را نمایش می دهد.
شکل 1-1- اجزای توربین بادی
در زیر پاره ای از اجزای نشان داده شده در شکل (1-1) شرح داده شده است:
- روتور
روتور یک توربین از پره ها، توپی و اجزای آن تشکیل شده است. روتور از طریق توپی خود به محور سرعت پایین متصل است و انرژی دورانی خود را به محور سرعت پایین منتقل می کند. روتور ها بر دو نوع با محور افقی (HAWT)[1] و با محور عمودی (VAWT)[2] ساخته می شوند و پره های آن ها را می توان از فایبر گلاس تقویت شده با پلی استر و یا چوب چند لایه و یا فولاد ساخت که پره های ساخته شده با فایبر گلاس تقویت شده سبک می باشند و تنش کمتری بر یاتاقان ها و توپی وارد می کنند. پره های ساخته شده با چوب چند لایه دارای مقاومت بسیار مطلوب در برابر خستگی می باشند و پره های فولادی به خاطر تکنولوژی ساده ساخت، استحکام بالا و هزینه ساخت کم مورد استفاده قرار می گیرند. قطر پره های توربین ها می تواند از چند متر تا چند ده متر ساخته شود و توان قابل تولید در یک توربین بادی، متناسب با سطح دایره ای شکلی است که از چرخش پره های روتور به حول محور روتور حاصل می شود و به این دلیل با توجه به شرایط محیط و باد در هر منطقه و میزان توان مورد نیاز، پره های توربین روتور در اندازه های مختلف ساخته می شوند.
- محور های سرعت بالا و پایین
محور سرعت پایین از یک طرف به پره های روتور و از طرف دیگر به جعبه دنده متصل می باشد و سرعت چرخش آن برابر با سرعت پره های روتور می باشد و وظیفه این محور، انتقال انرژی دورانی تولید شده در اثر وزش باد به جعبه دنده می باشد.
محور سرعت بالا از یک طرف به جعبه دنده و از طرف دیگر به شافت ژنراتور متصل است و وظیفه ی آن انتقال انرژی تغییر یافته چرخشی در جعبه دنده به محور ژنراتور می باشد.
- جعبه دنده
سرعت چرخش روتور در توربین های بادی پایین می باشد و با توجه به شرایط و نوع توربین در حدود 30 تا 40 دور در دقیقه خواهد بود در حالی که برای تولید انرژی در محدوده فرکانس 60 هرتز با توجه به تعداد قطب های ژنراتور نیاز به سرعتی بین 1200 تا 1800 دور در دقیقه می باشد که جهت ایجاد چنین سرعتی نیاز به یک مکانیزم انتقال قدرت داریم که سرعت پایین و گشتاور بالای محور سرعت پایین را به سرعت بالا و گشتاور پایین در محور سرعت بالا تبدیل کند. این مکانیزم جعبه دنده نام دارد. در جعبه دنده ی توربین های بادی نرخ افزایش سرعت ثابت است و چرخ دنده های موجود در آن فقط سرعت چرخش محور سرعت پایین را به یک نسبت مشخص بالا خواهند برد که معمولا این نسبت در حدود یک به پنجاه خواهد بود که باعث می شود سرعت چرخش محور سرعت بالا پنجاه برابر سرعت چرخش محور سرعت پایین باشد.
- ژنراتور
ژنراتور های مورد استفاده در توربین های بادی معمولا از نوع ژنراتور های القایی می باشند که اغلب دارای 4 یا 6 قطب می باشند ولی در برخی موارد از ژنراتور های سنکرون نیز استفاده می شود. ژنراتور های القایی در حوزه کاری خود می توانند به صورت موتور القایی به شبکه متصل شوند و توربین را به چرخش در آورند و به حوالی سرعت سنکرون برسانند.
ساختمان ساده و ارزان بودن و گستره وسیع آن ها از چند وات تا چندین مگا وات باعث شده است این ژنراتور ها در بیشتر توربین های بادی مورد استفاده قرار گیرند ولی نقص عمده این ژنراتورها اخذ توان راکتیو از شبکه می باشد که باعث پایین آمدن ظرفیت موجود در خطوط انتقال نیرو می شود و برای حل این مشکل باید از واحد های جبران ساز راکتیو در محل نیروگاه برای تامین توان راکتیو مورد نیاز ژنراتور القایی استفاده کرد که باعث افزایش هزینه احداث نیروگاه می شود ولی این هزینه در مقایسه با بهره گرفتن از ژنراتور های سنکرون گران قیمت که نیاز به نصب خازن ندارند، بسیار کمتر می باشد.
با گسترش استفاده از انرژی باد و تولید برق، توربین های بادی متصل به ژنراتور القایی با تغذیه دوگانه (DFIG)[3] به طور گسترده ای به کار گرفته می شوند [2]. این ژنراتور ها به دلیل ویژگی که در کارکرد با سرعت های متغیر باد دارند مورد توجه ویژه قرار می گیرند.
استفاده از نیروگاه های بادی با سرعت متغیر مزایایی نسبت به نیروگاه های بادی با سرعت ثابت دارد. اگر چه نیروگاه های بادی با سرعت ثابت، می توانند مستقیما به شبکه متصل شوند، اما دامنه وسیع تری از انرژی، توسط نیروگاه های بادی سرعت متغیر، پوشش داده می شود و فشار های مکانیکی کمتری دارد، نویز صوتی هم در آن ها کمتر است. امروزه با پیشرفت های الکترونیک قدرت، دیگر کنترل همه سرعت ها ممکن و به صرفه شده است.
[1] Horizental Axis Wind Turbine
[2] Vertical Axis Wind Turbine
[3] Double Fed Induction Generator
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
فرم در حال بارگذاری ...