بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله هدف ما تحلیل و شبیهسازي کایت در ارتفاعات مختلف با میانگین سرعت باد متفاوت به منظور ایجاد نیروي کششی و در نهایت تولید انرژي الکتریکی است. با توجه به ابعاد کایت مورد نظر در این مقاله ما ژنراتور PMSM که داراي بازده متناسب با نیروي کشش انتخاب کردیم. شبیهسازي کایت توسط نرم افزار فلوئنت صورت گرفته و نیروي کشش حاصل از طناب متصل به کایت بدست آمده است. سپس با استفاده از نرم افزرا متلب گشتاور حاصل از نیروي کشش توسط وینچ و در نهایت توان خروجی ژنراتور را در سرعتهاي متفاوت بدست آورده و مقایسه میکنیم.
.1 مقدمه
آنچه اکنون به عنوان بزرگترین مشکل جهانی، بشر را تهدید می کند، کمبود انرژي و آلودگی هوا بر اثر استفاده از سوخت هاي فسیلی است. براي رفع این دو معضل بزرگ از مدتها پیش، پژوهشگران و دانشمندان مطالعه و تحقیق براي استفاده از انرژي هاي تجدید پذیر و پاك را شروع کردهاند و اکنون که دشواريهاي گرانی و کمبود سوخت هاي فسیلی و حداقل در 50 سال آینده، پایان یافتن این قبیل سوختها، پیش بینی شده و شدت آلودگی هوا، کلان شهرهاي دنیا را بشدت تهدید میکند، مسئولان کشورها نیز با اختصاص بودجه هاي سنگین، تمامی دانشگاهها و مراکز پژوهشی را تشویق به یافتن انرژي هاي جایگزین و کم مخاطره میکنند.
پیش از این استفاده از باد، با ایجاد مزارع زمینی تولید انرژي، مورد توجه قرار گرفته و هم اکنون از این روش در برخی از کشورها به طور محدود استفاده میشود. لیکن تازه ترین پدیدهاي که دانشمندان مطالعات اجرایی آن را به انجام رساندهاند، ایجاد مزارع بادي تولید برق در آسمان و کیلومترها دورتر از سطح زمین است. از آنجا که عبارت انرژي بادي یا توان بادي بیانگر فرآیندي است که طی آن از باد براي تولید انرژي مکانیکی یا برق استفاده میشود.
سیستم قدرتی کایت میتواند در مناطقی با تغییرات بزرگ سرعت باد از انجا که کایت توانایی رسیدن به ارتفاعات بسیار زیاد را دارد، اجرا شود. مزیت رسیدن به ارتفاعات بسیار زیاد است که در ارتفاعات بالاتر سرعت باد بیشتر و ثابتتر با تغییرات کمتري است.
شکل - - 1 قدرت خروجی و سرعت باد براي توربین و بادبادك با مقطع 10متر مربع است.
.2 شبیه سازي کایت
هدف نهایی از شبیهسازي پیشبینی حرکت کایت و توان تولید شده توسط مکانیزم است. دو ویژگی عمده که باید مورد توجه قرار گیرند و آزمایش شوند ، rpm محور و گشتاورآن است. زمانی که برآورد اولیه از این مقادیر یافت شد ، سپس ممکن است مجبور به دستکاري شبیهسازي براي پیدا کردن کارآمدترین طراح براي سیستم شویم. از میان کارآمدترین این طرح-ها ما میتوانیم قابلیت توان نهایی تولید شده براي مکانیسم خود را پیشبینی کنیم. شبیهسازي براي سیستم بر اساس دو شبیهسازي حالت پایدار و مدل دینامیکی است که شامل معادلات دیفرانسیل هستند.[9]
.1.2 شبیه سازي قسمت پایدار کایت
هدف از محاسبات حالت پایدار کایت ، پیدا کردن کشش افسار کایت ایجاد شده توسط کایت است. که سرعت کایت نرمال شده ، وزن کایت نرمال شده ، و بالا رفتن نسبت کشش که نیازمند توسعه یک معادله براي کشش افسار کایت است ، می-باشد را نشان میدهد. در این مقاله ما توان خروجی حاصل از کایت را در سرعتهاي 7 ،15 متر بر ثانیه محاسبه نموده-ایم
اولین قدم که سرعت کایت نرمال شده ، سرعت کایت را تعیین میکند با توجه به معادله:
براي محاسبه سرعت کایت با توجه به حرکت بازو از این فرمول استفاده میکنیم :
در اینجا Ra طولاز نقطه محور تا افسار کایت ، ω سرعت زاویهایی چرخش بازو ، γزاویه بین بازو و سطح زمین است.
ضریب لیفت - Cl - و دراگ - Cd - کایت با استفاده از فرمول :
با استفاده از مقادیر محاسبه شده از Cl و Cd ما میتوانیم طیف وسیعی از نسبت کشیده شدن را پیدا کنیم :
با معکوس کردن بالا مقدار کشیده شده به سادگی :
با محاسبه کشش خط تنش از تئوري حالت پایدار ، امکان جمع نقطه محوري بازوي چرخان لحظهایی با محاسبه کششی که در رشتهایی که به سیستم دنده ایجاد شده ، باشد که به شرح زیر است :
با استفاده از مقادیر محاسبه شده براي کشش خط کایت ، کششهاي رشته را میتوان اکنون تعیین کرد. گام بعدي این است که با استفاده از این کششهاي رشتهاي گشتاور و سرعت چرخشی از یک محور ژنراتور را تخمین زد.
