بخشی از مقاله
چکیده: در این تحقیق هدف ما معرفی سیستم جدیدی است که مجموعهای از توربینهای کوچک بادی را معرفی میکند. با برآورد هزینه ساخت این مجموعه اقتصادی بودن آن را مورد بررسی قرار داده و علاوه بر آن درباره دیگر مزایای چنین سیستمی بحث شده است. نکته مهم دیگر امکان ساخت بسیاری از اجزای این سیستم در داخل کشور است.
برآورد هزینههای احداث چنین مجموعهای و فواید و پتانسیل استفاده از چنین طرحی را در کشور بررسی میکنیم. سیستمی را در نظر میگیریم که متشکل از 16 توربین بوده و توانی معادل 32 کیلووات را در سرعت باد 14 m/s تولید می کند. بسته به نیاز و محلی که مقتضیات فنی سازه اجازه دهد این مجموعه را میتوان کوچکتر یا بزرگتر ساخت.
.1مقدمه1
استفاده از باد به عنوان منبع پاک و رایگان تولید انرژی الکتریکی در حال گسترش روزافزون است و بر طبق پیش بینیها تا سال 2020 میلادی ٪10 کل برق جهان از انرژی باد استحصال خواهد شد و رشد سالانه تا سال 2040 بین 10-40 درصد خواهد بود. مراکز تحقیقاتی در سراسر دنیا با جدیت و با تمامی امکانات در حال مطالعه و تحقیق بر روی خبرهای گوناگون بهره برداری بهینه از این منبع انرژی هستند.[1]
.2 بیان مسئله
هدف ارائه طرحی است که به جای استفاده از توربینهای بزرگ از تعدادی ژنراتورهای کوچک به صورت فشرده و در نزدیکی هم قرار گرفتهاند توان خروجی مورد نیاز استخراج شود. به علاوه یک هدف اصلی دیگر در این مطالعه از قطعات و لوازمی است - از جمله ژنراتورها، پرهها و... - که به طور انبوه و قیمت ارزان در بازار کشور وجود دارند و یا با امکانات بومی قابل تئلید هستند.
برق تولید شده از این مجموعه اگر چه قابلیت اتصال به شبکه سراسری را دارد، اما ذهنیت پشت این طرح بیشتر رفع نیازهای محلیتر به طور مثال تأمین بور یک روستا یا یک واحد کوچک یا متوسط تولیدی و صنعتی بوده است. ایده این طرح نصب16 عدد ژنراتور کوچک در نزدیکی هم و تبدیل برق خروجی آنها به برق DC و تجمیع آنها با یکدیگر است. در نهایت با استفاده از یک مبدل AC میتوان برق تولید شده را به شبکه مصرف - یا شبکه سراسری برق - متصل کرد.
برای مصارف خاصی مثلاً یک کوره حرارتی که برق DC نیز کفایت میکند. حتی مبدل DC به AC نیز میتواند حذف شود که هزینهها باز هم کمتر میشود. که این خود به معنی کاهش هزینهها، خرابیها و پیچیدگیهاست. همچنین کوتاه بودن پرهها، امکان کار برای این سیستم عملاً در بازه وسیعتری از سرعتهای باد را فراهم میکند، امری که از توربینهای بزرگ ممکن نیست. امکان کار در سرعتهای پایینتر میتواند به معنای امکان نصب در ارتفاعهای پایین میباشد.
به علاوه به دلیل ساده شدن سیستم - ژنراتورها، پرهها و... - میزان خرابی در قطعات بسیار کم میشود و از طرفی کم بودن پیچیدگی این سیستم هزینه تعمیرات و نیروی متخصص را کاهش میدهد. از دیگر فواید این سیستم که میتوان به آن اشاره کرد این است که در صورت خرابی تعدادی از ژنراتورها، کل سیستم از کار نمیافتد و تنها بخشی از توان نامی سیستم افت خواهد داشت.
.3 اجرای تحقیق و تجزیه تحلیل دادهها
مجموعهای از تعدادی توربینهای کوچک در نظر میگیریم. برآورد هزینههای احداث چنین مجموعهای و فواید و پتانسیل استفاده از چنین طرحی را در کشور بررسی میکنیم. در این بررسی سیستمی را در نظر میگیریم که متشکل از 16 توربین میباشد و توانی معادل 32 کیلووات را در سرعت باد 14 m/s تولید میکند. بسته به نیاز و جایی که مقتضیات فنی سازه اجازه دهد این مجموعه می تواند کوچکتر یا بزرگتر ساخته شود.
3-1معرفی توربین H3.1
توربینی که مورد نظر ما است مدل H3.1 است که ساخت یک کمپانی چینی است. این توربین از یک ژنراتور با توان نامی 1 کیلووات بهره میبرد که این توان در سرعت s mُ حاصل میشود. از آن جایی که این توربین دارای پرههایی با طول کم، 1/5 متر است، امکان ساخت این پرهها در داخل کشور با قیمت مناسب و تیراژ بالا وجود دارد. تکنولوژی پیچیدهای نداشته و به راحتی در ایران قابل ساخت است.
اجزای دیگر این توربین نیز از قبیل nose cone و فلنج نیز قابلیت تولید در کشور را دارد. از این رو برآوردهای ما در ادامه مبتنی بر ساخت داخلی پرهها و خرید تنها ژنراتور برای ساخت توربینها است. همانطور که در جدول - 1 - مشخصات فنی ژنراتور دیده میشود. این ژنراتور سنکرون و دارای آهنربای دائم است که در زمان کار با توان نامی، برق 56 ولت DC تولید میکند.
همانطور که در جدول - 1 - مشاهده میشود پرههای توربین تا سرعت باد 50 متر بر ثانیه می توانند چرخش داشته باشند بدون اینکه دچار آسیب فیزیکی شوند - Survival . - Wind Speed از این رو استفاده از این سیستم در مکانهایی که سرعت باد از این حد تجاوز نمی کند نیازی به سیستم توقف یا Brake نیست. اما ژنراتور تا حداکثر سرعت 25 متر بر ثانیه میتواند به کار ادامه دهد.
چون به علت افزایش جریان احتمال آسیب دیدن ژنراتور وجود دارد بنابراین در سرعت بالاتر از 25 متر بر ثانیه ژنراتورها باید به صورت الکتریکی از مدار خارج شوند. این کار میتواند به کمک کنترلرهای الکترونیکی انجام شود و با مونیتور کردن سرعت یا جریان کلید مصرف را قطع و وصل نماید. جهت قرارگیری توربین رو به باد است. به دلیل نداشتن گیربکس سرعت چرخش روتور با سرعت چرخش ژنراتور برابر خواهد بود.
طبق نمودار - 1 - در بازه سرعت 14 تا 15 متر بر ثانیه ژنراتورهای 3.1H قادر به تولید 2 کیلووات توان هستند. از این رو این مجموعه شامل 16 توربین بوده که با نصب در محلهایی با سرعت وزش باد در این محدوده، قادر به تامین 32 کیلووات برق خواهد بود. با توجه به نمودار میتوان دریافت که در سرعت 9 m/s، مجموعه ژنراتورها 16 کیلووات برق خروجی خواهد داشت. نمودار - 2 - توان خروجی این مجموعه را در سرعتهای مختلف باد نمایش میدهد.
