بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه ورزش کردن با دوچرخههای تمرینی - ایستان - امری بسیار متداول شده است. افراد برای حفظ سلامتی و زیبایی اندام در سطح وسیعی به ورزش با این دوچرخهها میپردازند، ولی انرژیشان به گرما تبدیل شده و به هدر میرود. باید توجه داشت که استفاده از انرژی حاصل از ورزشکردن با دوچرخههای تمرینی علاوه بر جلوگیری از بههدررفتن این انرژی، از نظر اقتصادی نیز به صرفه است. هدف این پژوهش، طراحی سیستی برای حصول انرژی دوچرخههای تمرینی، ذخیره و مصرف آن است. در این مقاله سیستم تولید و ذخیرهی انرژی بهدستآمده از دوچرخههای تمرینی، با بررسی تأثیر تغییر گشتاور دلخواه، تغییر سرعت رکابزدن دوچرخهسوار و قطع و وصل شدن باتری از/به مدار تولید توان، طراحی و در محیط سیمولینک نرمافزار متلب شبیهسازی شده است. برای طراحی این سیستم از یک ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم - PMSG - ،1 یکسوساز پل دیودی سهفاز، مبدل DC/DC بوست، کنترلکنندهی PI و همچنین باتری و مدار کنترل ولتاژ آن استفاده شده است. نتایج شبیه سازی در چند سناریوی مختلف بررسی و تحلیل شده و نشان از عملکرد مطلوب سیستم طراحیشده میدهند، که بهصورت نمودارهایی نمایش داده شدهاند.
کلمات کلیدی: دوچرخههای تمرینی، ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم، تولید پراکنده، انرژیهای تجدیدپذیر، ذخیرهی انرژی در باتری
-1 مقدمه
دسترسی کشورهای درحالتوسعه به انواع منابع جدید انرژی، برای توسعهی اقتصادی آنها اهمیت اساسی دارد و پژوهشهای جدید نشان داده که بین سطح توسعهیافتگی یک کشور و میزان مصرف انرژی آن، رابطهی مستقیمی برقرار است. درکشور ما نیز، با توجه به نیاز روزافزون به منابع انرژی و کمشدن منابع انرژی فسیلی و همچنین ضرورت سالمنگهداشتن محیط زیست، کاهش آلودگی هوا، محدودیتهای برقرسانی و تأمین سوخت برای نقاط و روستاهای دورافتاده و ... استفاده از انرژیهای نو میتواند جایگاه ویژهای داشته باشد. همه روزه دیده میشود که افراد بسیاری در باشگاههای ورزشی و بدنسازی یا در منازل خود، به ورزش با دوچرخههای تمرینی، تردمیلها و امثال آنها، به منظور سوزاندن کالری و داشتن اندامی سالم و زیبا، میپردازند و درواقع انرژی تولید میکنند، غافل از اینکه انرژی تولیدی بدن آنها بهصورت گرما به هدر میرود.
علاوه بر این در زندگی مدرن امروزی، اکثر مردم بسیاری از روزهای خود را بدون تحرک در مقابل رایانه یا هر دستگاه دیگری، سپری میکنند. از سوی دیگر، برای این افراد متعارف نیست که بهطور مثال چندین ساعت به رکابزدنِ دوچرخه ای بپردازند که هیچ چیز جز گرما تولید نمیکند. چرا این افراد علاوه بر ورزشکردن، بهطور همزمان به تولید انرژی الکتریکی نپردازند[1]؟ یک دوچرخهسوار که بهطور منظم 2 یا 3 بار در هفته با دوچرخههای تمرینی ورزش میکند، حداکثر توان خروجی برابر با 400؛250 وات تولید میکند، درحالیکه یک دوچرخهسوار در سطح جهانی بیش از 600 وات توان در همین مدت تولید میکند.[2] از جمله مزیتهای استفاده از این انرژی، میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- 1 صرفهجویی اقتصادی: با استفاده از این انرژی، درصد بسیار زیادی از هزینهای که برای خرید دوچرخه پرداختشدهاست، بازگردانده میشود. حتی میتوان انرژی تولیدی حاصل از این دوچرخهها را به شبکهی توزیع برق فروخت. طبق تحقیقی که در سال 2009 در دانشگاه کالیفرنیا، بهوسیلهی 30 عدد دوچرخهی تمرینی، با فرضیات زیر انجام شد:
· متوسط توان تولیدی هر فرد 100 وات
· دوچرخه ها %90 در طول هفته ، %75 در آخر هفته و در مجموع 103/5ساعت در هفته مورد استفاده قرار میگیرند
· قیمت برق 0/12 = دلار بر کیلوواتساعت
· باشگاه به طور متوسط 50 هفته در سال باز است
· عمر هر دوچرخه 8 = سال
- 2 پاکبودن، کمک به سلامت جامعه و محیطزیست: با توجه به اینکه برای تأمین این انرژی نیازی به سوزاندن سوختهای فسیلی نیست و تنها انسان از طریق غذاخوردن به تولید انرژی بپردازد، این انرژی یک انرژی پاک محسوب میشود. علاوهبراین همانطور که افراد از طریق ورزشکردن با این دوچرخهها به سلامت جسمی خود کمک میکنند، روزانه از سوزاندن حجم عظیمی از سوختهای فسیلی برای تولید برق جلوگیریخواهندکرد، بهطوریکه طبق تحقیقات انجامشده، با استفادهی گسترده از این انرژی درحدود 45 تا 90 گیلوگرم از میزان کربندیاکسیدی که روزانه در جو آزاد میشود، کاسته خواهد شد. همچنین از هزینههایی که برای کاهش آلودگیهای محیط زیست پرداختهمیشود، کاسته خواهد شد.
- 3 تجدیدپذیربودن: این انرژی قابلیت آن را دارد که برخلاف انرژیهای تجدیدناپذیر - فسیلی - ، در بازهی زمانی کوتاهی مجدداً تولید شده یا به عبارتی تجدید شود.
- 4 دردسترسبودن:در هر جایی که این دوچرخهها موجود باشند و نیاز به تولید برق - چه DC و چه - AC باشد، میتوان از این دوچرخهها برای مصارف مختلف، برق تولیدکرد. بهطور مثال در نقاط روستایی دورافتاده یا صعبالعبور هم میتوان به راحتی و به سرعت برق تولید و آن را ذخیره کرد. همچنین در مواقع خاموشی، میتوان از این دوچرخهها برای تولید برق اضطراری استفادهکرد. علاوهبراین از دوچرخههای تمرینی میتوان برای تولید برق در دانشگاهها، باشگاههای ورزشی سطح شهرها و روستاها و یا حتی در شهربازیها استفاده کرد.
هدف این مقاله، طراحی و شبیهسازی سیستم الکتریکی برای جلوگیری از هدررفتن انرژی تولیدشده توسط ورزشکاران با دوچرخههای تمرینی و استفاده از این انرژی به صورت انرژی الکتریکی و برقراری چرخهی انرژی مطابق شکل - 1 - است .
