بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیقی که توسط دانشگاه استنفورد انجام شده است13/13 انرژی مصرفی کشور را میتوان با استفاده از باد تامین نمود. به منظور تولید انرژی الکتریکی با استفاده از انرژی باد، اولین گام شناسایی نواحی با پتانسیل مناسب برای نصب توربین بادی است.محاسبه انرژی باد و تعیین حدود آن با استفاده از روش هایی همچون توزیع ویبول، رایلی، لوگ نرمال ،میتواند نقش مهمی در شناسایی مناطق مستعد برای تولید نیروی برق داشته باشد.
در این مقاله، یک تحلیل آماری روی داده های بادی سایت پیشنهادی بوکان در استان آذربایجان غربی انجام شده است. در یک بازه ، یکساله سرعت باد در ارتفاع های 10،30 و 50 متری مورد مطالعه قرار گرفته است. با تخمین توان متوسط باد سالیانه، دیده می شود که سایت مورد بررسی در ارتفاع 50 متری در صورت استفاده از توربین های بادی مرتفع، به منظور توسعه انرژی باد مناسب میباشد.
همچنین در این تحقیق، چهار توربین پرکاربرد و تجاری را برای سایت مورد بررسی در نظر گرفته و برای هر کدام توان خروجی را به دست آورده، سپس انرژی ای که سالانه از این سایت حاصل میشود، برآورد شده است. در پایان با محاسبه ضریب دسترسی و ضریب ظرفیت مربوط به هر توربین، بهترین توربین - از لحاظ ضریب دسترسی و ضریب ظرفیت - برای سایت معرفی شده است.
-1مقدمه
گستردگی نیاز انسان به منابع انرژی همواره از مسائل اساسی مهم در زندگی بشر بوده و تلاش برای دستیابی به یک منبع تمام نشدنی انرژی از آرزوهای دیرینه انسان بوده است، از نقوش حک شده بر دیوار غارها می توان دریافت که بشر اولیه توانسته بود نیروی ماهیچه ای را به عنوان یک منبع انرژی مکانیکی به خوبی شناخته و از آن استفاده کند.کم کم با پیشرفت تمدن بشری ، چوب و پس از آن ذغال سنگ ، نفت و گاز وارد بازار انرژی گردیدند ،اما به دلیل افزایش روز افزون نیاز به انرژی و محدودیت منابع فسیلی از یک سو افزایش آلودگی محیط زیست ناشی از سوزاندن این منابع از سوی دیگر استفاده از انرژی های تجدید پذیر را روز به روز با اهمیت تر و گسترده تر نموده است.
یکی از ارزانترین تکنولوژی های تولید انرژی، تکنولوژی تولید انرژی از باد است که امروزه در دسترس میباشد و هزینه تولیدی، بین 4 تا 6 سنت به ازای هر کیلووات ساعت دارد که این میزان بستگی به منبع باد و مقدار سرمایه گذاری دارد. مهمترین چالش در برابر استفاده از باد به عنوان یک منبع انرژی این است که باد ناپایدار است و هنگامی که برق موردنیاز است، به صورت دائمی نمیوزد. انرژی باد را نمیتوان ذخیره کرد - مگر اینکه از باطریهایی برای ذخیره انرژی، استفاده شود - و همچنین نمی توان همه بادها را جمع کرد تا جوابگوی برنامه های زمانی نیاز به برق باشند.
- جمیل، - 1994،پتانسیل انرژی باد را در سایت پژوهشگاه مواد و انرژی مشکین دشت کرج بررسی نمود و نتیجه گرفت برای داده های بلند مدت و مشاهدات و اندازه گیریهای سرعت، تابع احتمال پیوسته ویبول نتایج خوبی ارائه می کند ولی بادهای آرام و کم سرعت را توجیه نمی کند. - عامری و همکاران، - 2006 پیشرفت های اخیر در توسعه انرژی باد در کشور را با اشاره ای به تهیه نقشه صفر اطلس بادی کشور بیان نمودند. آنها با یک مطالعه نرم افزاری و با استفاده از داده های آماری باد، منحنی عملکرد توربین بادی و پارامترهای اقتصادی، تخمین مناسبی برای قیمت تمام شده برق پیدا کردند که بررسی های آنها حاکی از اقتصادی بودن برق تولیدی در نیروگاه بادی منجیل و بینالود است.
- مصطفایی پور، 2010اخیراً - یک مطالعه امکان سنجی نصب توربین باد برای چند شهر استان یزد انجام داده است. وی بر اساس داده های آماری 13 ساله از 11 ایستگاه، پتانسیل انرژی باد را از نظر سرعت و جهت، مورد بررسی قرار داده است.
- کیهانی و همکاران، - 2010 یک برآورد آماری از توابع توزیع سرعت و جهت باد بر اساس داده های 11 ساله در تهران انجام دادند. مطالعه آنها نشان داد که سایت مورد بررسی برای تولید توان در مقیاس بزرگ مناسب نیست
- میرحسینی و همکاران، - 2011 پتانسیل انرژی باد را در استان سمنان مورد ارزیابی قرار دادند. نتایج این پژوهش، حاکی از آن است که شهر دامغان برای تولید برق از انرژی باد از پتانسیل بالایی برخوردار است.در این مقاله، پتانسیل انرژی باد در سایت پیشنهادی بوکان در استان آذربایجان غربی، در 12 ماه متوالی مورد بررسی قرار گرفته است. پتانسیل انرژی باد در این ایستگاه با استفاده از تابع توزیع احتمال ویبول برآورد شده است. علاوه بر این، پتانسیل توان الکتریکی تولیدی توسط چهار توربین بادی محاسبه شده است.
-2سایت مورد مطالعه
سایت مورد مطالعه در استان آذربایجان غربی، بنام دشت ترغه ، در ارتفاع 2646 متری از سطح دریا قرار دارد. متوسط سالانه سرعت وزش باد در ارتفاع 10،30 و50 متری به ترتیب 4/05 ،5/12 و 5/26 متر بر ثانیه میباشند. اطلاعات سرعت و جهت باد مربوط به سال جاری می باشند که در فواصل زمانی 10 دقیقه ای ثبت شده اند
-3تحلیل آماری داده های بادی
-1-3 توزیع چگالی احتمال ویبول
با توجه به متغیر بودن سرعت باد، بیان کردن آن تنها بر حسب یک عدد که معرف میانگین آن در یک دوره خاص باشد زیاد سودمند و دقیق نبوده و برای بیان نحوه توزیع سرعت باد در طی یک دوره خاص احتیاج به رسم تابع چگالی احتمال میباشد. این تابع بیانگر احتمال سرعت های مختلف باد در طی مدت مورد نظر است. در اکثر تحقیقات، از میان توابع چگالی احتمال موجود، استفاده از تابع چگالی احتمال ویبول مرسوم تر میباشد و دلیل استفاده فراوان از این تابع، سادگی محاسبات برای به دست آوردن پارامترهای آن است.تابع چگالی احتمال ویبول به صورت زیر تعریف می شود:
که در معادله فوق:
f - u - احتمال رخ دادن سرعت u
C پارامتر مقدار ویبول بر حسب متر بر ثانیه
k پارامتر شکل ویبول و بدون واحد ، می باشد.
برای رسم تابع چگالی احتمال ویبول مهمترین مسئله یافتن مقادیر kو c است. برای محاسبه این دو روش های مختلفی وجود دارد که در این تحقیق از روش حداکثر احتمال استفاده شده است. در این روش ابتدا از یک رابطه ی بازگشتی پارامتر k را محاسبه کرده و با استفاده از مقدار به دست آمده ، پارامتر c بدست می آید.
