Transcript پاورپوینت نیروگاه بادی

2
3
‫فهرست مطالب‬
‫‪‬مقدمه‬
‫‪‬مزایا و معایب انرژی بادی‬
‫‪‬توزیع سرعت باد‪،‬ضریب ظرفیت و چگالی باد‪،‬محدودیت ادواری موجود‬
‫‪‬انواع توربین بادی و نحوه عملکرد‬
‫‪‬طراحی و ساخت توربین بادی‬
‫‪‬اجزای توربین بادی‬
‫‪‬نحوه تست توربین بادی‬
‫‪‬نیروگاه منجیل‬
‫‪4‬‬
‫مقدمه‪:‬‬
‫نخستین ماشینی که با باد به حرکت درآمد‬
‫نخستین آسیاب بادی‬
‫در سده هفت میالدی در سیستان‬
‫نخستین توربین بادی باکاربرد تولید برق‬
‫نخستین توربین بادی باکالس ‪ 5-25‬کیلووات‬
‫نخستین توربین بادی باکالس مگاوات‬
‫‪5‬‬
‫چرخ بادی هرون‬
‫ماشین شارژ باطری‪،‬جیمز بایث‪1887،‬‬
‫در آمریکا‬
‫در ورمونت‬
‫منونه یک آسیاب بادی اولیه‬
‫‪6‬‬
‫باد‪:‬‬
‫سرعت تغییردما درخشکی بیشتر‬
‫‪ ‬انرژی خورشید نقاط مختلف زمین رایکسان گرم نمیکند‬
‫انرژی گرمایی قطب کمتراز مناطق استوایی‬
‫‪ ‬تفاوت دما باعث به وجودآمدن یک سیستم تبادل حرارتی از سطح زمین تاهواکره‬
‫باالی جو سرعت باد به ‪ km/h 160‬می رسد‪.‬‬
‫خود را از دست می دهد‪.‬‬
‫‪7‬‬
‫در سطوح‬
‫باد در اثر اصطکاک با جو و سطح زمین انرژی‬
8
‫آیا انرژی باد تجدیدپذیر است؟‬
‫بارش نزوالت آسمان‬
‫‪ ‬کالیدن‪:‬استفاده بیش از حد‬
‫کاهش شدید منابع انرژی‬
‫اغتشاشات جوی‬
‫کاهش مقدار پرتوخورشید رسیده به زمین‬
‫‪ ‬اولین تاثیر استفاده مقیاس وسیع از انرژی باد ‪ :‬مزارع بادی‬
‫انرژی تولیدیشان به علت مصرف شدن منابع انژی زمین شدت کاهش میابد‬
‫‪9‬‬
‫‪ ‬در هر صورت ما با فرض تجدیدپذیر بودن انرژی باد مطالب را ادامه میدهیم‬
‫‪10‬‬
‫چرا انرژی باد؟‬
‫‪‬کمبود منابع سوخت فسیلی‬
‫‪‬تولید انرژی بدون آلودگی‬
‫‪‬تجدید پذیر بودن‬
‫‪‬دسترس ی راحت در روی کره زمین‬
‫‪‬قابلیت ساخت سایتهای باظرفیتهای مختلف باتغییر قطر روتور‬
‫‪‬پایین بودن هزینه برق تولیدی‬
‫‪‬عدم نیاز به آب و دیگر سیاالت‬
‫‪‬عدم نیاز به زمینهای بزرگ و ساختمانهای مربوط به بخش کنترل‬
‫ظرفیت کل سایتهای بادی نصب‬
‫شده در دنیا تا سال ‪2011‬‬
‫‪11‬‬
‫معایب انرژی باد‪:‬‬
‫‪ ‬مهمترین چالش‬
‫‪:‬‬
‫باد به صورت پیوسته و پایدار نمی وزد‬
‫‪ ‬انرژی باد را نمیتوان ذخیره کرد مگر اینکه از باطری هایی برای ذخیره آن استفاده‬
‫کرد‬
‫‪ ‬همه باد درحال وزش را نمیتوان جمع کرد‬
‫‪ ‬مکانهای بادخیز خوب از شهرهای نیازمند انرژی دورند‬
‫‪ ‬صدای بلند ایجاد شده توسط پره ها واثرات نامتبوع بصری‬
‫‪12‬‬
‫توزیع سرعت باد‪:‬‬
‫‪ ‬برای مشخص کردن فراوانی سرعت باد در یک منطقه استفاده از ضریب توزیع مدل رایلی‬
‫‪ ‬بیشتر توان تولیدی در بازه های کوتاه در سرعت باالی باد اتفاق می افتد‪ .‬طبق الگوی‬
‫لی رنچ نصف تولید در ‪ %15‬از زمان کارکرد اتفاق می افتد لذا نیروگاه بادی دارای‬
‫تولید ناپایدار است‬
‫‪13‬‬
‫از ژنراتور پشتیبان در سرعت کم باد استفاده میشود‬
‫ضریب ظرفیت و چگالی باد‪:‬‬
‫(‪ max‬ظرفیت تولیدی نیروگاه)‪(/‬میزان توان حقیقی تولید شده نیروگاه)=ضریب ظرفیت‬
‫اگر نیروگاه در محل مناسبی نصب شده باشد ضریب ظرفیت سالیانه ‪ %35‬است‬
‫ضریب ظرفیت به شدت به خصوصیات ذاتی باد وابسته است‬
‫چگالی باد ‪:‬وات برمترمربع‬
‫بادی در مکان وجود دارد‬
‫نشانگر چقدر انرژی برای تبدیل شدن توسط یک توربین‬
‫سرعت باد با افزایش از سطح طمین افزایش میابد‬
‫‪14‬‬
‫محدودیت ادواری و نفوذ‪:‬‬
‫مقیاس زمانی لحظه ای‬
‫ساعت به ساعت‬
‫‪ ‬میزان انرژی الکتریکی تولیدشده توسط نیروگاه بادی وابسته به‬
‫روزانه‬
‫فصلی‬
‫‪ ‬چون تولید برق بادی ناپایدار است برای ایجاد ثبات در شبکه باید تعداد بیشتری توربین بادی‬
‫نصب کرد‬
‫‪ ‬ادواری بودن طبیعی باد باعث افزایش هزینه تنظیم و راه اندازی درسطوح باالتر اصول‬
‫مدیریت تقاضای انرژی و یا ذخیره سازی‬
‫‪15‬‬
‫روشهای به تعادل رساندن دوبازه زمانی کم مصرف و پر مصرف‪:‬‬
‫استفاده از یکی از روشهای ذخیره انرژی موجب‬
‫افزایش‪ %25‬هزینه های دایم‬
‫‪ ‬برای ایجاد تعادل در شبکه‬
‫ایجاد تعرفه های متفاوت زمانی برای مصرف کننده ها‬
‫‪16‬‬
‫مشخصات زمین های بادخیز‪:‬‬
‫‪.1‬خطوط سطح زمین‪:‬نوک یک‬
‫قله یاپرتگاه مکان مناسبتری‬
‫ازسراشیبی‬
‫‪ ‬دو عامل مشخصات سرعت باد را تحت تاثیر قرار میدهد‬
‫‪.2‬ناهمواریهای سطح زمین مثل‬
‫جنگلها و شهرها‬
‫‪17‬‬
18
19
‫فواصل بهینه بین توربین ها‪:‬‬
‫توربین های بادی با توجه شکل مکانی منطقه با فواصل مشخص نزد یکدیگر و در شکل‬
‫متقارن طوری نصب می شوند که در اغلب اوقات درجهت وزش باد غالب منطقه باشند‬
‫و بیشترین انرژی را از باد بگیرند و نیاز چندانی هم به چرخش مکرر دماغه توربین‬
‫نباشد‪.‬‬
‫در مواردی که بیش از یک ردیف توربین نصب می شود معلوم است که جریان باد بعد از‬
‫عبور ازیک توربین به توربین دیگری می وزد و مقدار انرژی آن اندکی کاهش یافته و‬
‫سرعت وزش باد کم می شود (شکل ‪)1‬‬
‫‪20‬‬
21
‫فواصل بهینه بین توربین ها‪:‬‬
‫‪ ‬کاهش سرعت باد بر اثر اغتشاش باد بین توربینها و خود سرعت باد و جهت آن‬
‫درحدود ‪ %5-10‬و در حوالی ‪ 10‬برابر قطر رتور توربین است لذا‬
‫فاصله بیش از ‪ 10‬برابر قطر روتور اغتشاش را کاهش می دهد مشکل‬
‫ایجاد هزینه بیشتر برای زمین و راه های ارتباطی بین توربین ها و هزینه کابل‬
‫کشی برای انتقال برق‬
‫‪22‬‬
‫فواصل بهینه بین توربین ها‪:‬‬
‫‪ ‬اگر فرض کنیم در یک حالت ایده آل باد همواره از یک جهت مشخص(جهت باد‬
‫غالب منطقه مطابق شکل شماره ( ‪ ))2‬و با سرعت معلومی بر یک مجموعه‬
‫توربین های یکسان که در یک ردیف نصب شده اند بوزد آنگاه فاصله ‪ 2‬تا ‪4‬‬
‫برابر قطر روتور توربین در بین توربین های مجاور‪،‬کفایت می کند تا تداخل و‬
‫اغتشاش به حداقل برسد‬
‫‪23‬‬
24
‫انواع توربین های بادی‪:‬‬
‫بازدهی باالتر‬
‫‪- ۱‬توربینهای با محور افقی‬
‫داریوس‬
‫‪- ۲‬توربینهای با محور عمودی(‪)vawt‬‬
‫ساوونیوس‬
‫‪25‬‬
‫توربین بادی با محور عمودی‪:‬‬
‫‪ ‬روتور اصلی بهصورت عمودی قرار میگیرد‬
‫مزایا‬
‫مهمترین مزیت‪:‬نیازی به نتطیم جهت قرارگیری نسبت به وزش باد ندارد‬
‫مکانهای با تغییر جهت وزش باد زیاد‬
‫نزدیک بودن ژنراتور و جعبه دنده به زمین‬
‫زیاد بودن گشتاور و هزینه بیشتر سیستم انتقال‪،‬بارگذاری‬
‫کم بودن سرعت دوران‬
‫معایب‬
‫دینامیکی بیشتر پره ه‪،‬پیچیدگی زیاد طراحی و تحلیل ایروفیل پیش از ساخت پیش نمونه‬
‫‪26‬‬
‫توربینهای بادی چگونه کار میکنند؟‬
‫اساس کار ‪:‬انرژی جنبشی باد پره های دور روتور را میچرخاند ‪،‬رتور به شفت مرکزی‬
‫الکتریسیته تولید میشود‬
‫متصل است و ژنراتور را میچرخاند‬
‫توربینهای بادی روی برجهای بلندی نصب میشوند تا بیشترین انرژی جنبشی را دریافت‬
‫کنند‪،‬بلندی این برج ها به ‪ 30-40‬متر میرسد‬
‫‪27‬‬
‫طراحی و ساخت توربینهای بادی‬
‫‪ ‬شبیهسازیهای آیرودینامیکی جهت تعیین‬
‫ارتفاع بهینهءبرج‬
‫سیستم کنترلی‬
‫تعداد و شکل پرهها‬
‫رتور‪%20،‬قیمت‪،‬شامل پرههای تبدیل کننده انرژی‬
‫قسمتهای مختلف توربینهای با محور افقی‬
‫ژنراتور‪ ،%34،‬مولدالکتریکی‪ ،‬تجهیزات کنترلی‪،‬جعبهدنده‬
‫بخش تکیهگاهی‪ ،%15،‬شامل برج و مکانیزم جهتدهی‬
‫روتور نسبت به جهت وزش باد‬
‫‪28‬‬
‫طراحی و ساخت توربینهای بادی‬
‫‪ : Cut-in‬حداقل سرعت باد که از آن پس توربین بادی شروع به تولید برق می کند ‪ 3-4(.‬متر در ثانیه‬
‫)‬
‫‪ : Cut-Out‬حداکثر سرعتی که از آن پس برای حفاظت سالمت توربین و جلوگیری از واژگونی آن‬
‫حرکت توربین بادی متوقف می شود ‪ 25(.‬متر در ثانیه )‬
‫‪ : Rated Wind Speed‬مقدار متوسط سرعت باد که چنانچه با آن سرعت ‪ ،‬باد به توربین بوزد‬
‫معادل توان نامی توربین برق تولید می شود ‪ 15(.‬متر در ثانیه )‬
‫‪29‬‬
‫طراحی و ساخت توربینهای بادی‬
‫باد از پره ها عبور کرده و یک نیروی چرخش دهنده‪ ،‬ایجاد می کند‪:‬‬
‫‪ )1‬پره های چرخان‬
‫‪ )2‬پروانه داخل موتور که به جعبه دنده می رود را می چرخاند‪.‬‬
‫‪ )3‬جعبه دنده سرعت چرخش برای ژنراتور را افزایش می دهد‪.‬‬
‫‪ )4‬ژنراتور از میدان مغناطیس ی برای تبدیل انرژی چرخش ی به انرژی الکتریکی استفاده می کند‪.‬‬
‫نیروی خروجی تولید شده به یک ترانسفورماتور می رود‪.‬‬
‫‪ )5‬ترانسفورماتور انرژی حاصل از ژنراتور که حدود ‪ 700‬ولت است را به ولتاژ مناسب برای سیستم‬
‫توزیع‪ ،‬که معموال ‪ 33000‬ولت (‪33‬کیلو ولت) است‪ ،‬تبدیل می کند‪.‬‬
‫‪ )6‬شبکه های توزیع برق منطقه ای یا شبکه ملی الکتریسیته را به سرتا سر کشور انتقال می دهند‪.‬‬
‫‪30‬‬
31
‫اندازه های متفاوت = ظرفیت متفاوت‬
‫‪32‬‬
‫اجزای مختلف توربین های بادی‪:‬‬
‫‪33‬‬
‫توربین های بادی کوچک‪:‬‬
‫‪ ‬آزمایشگاه ملی انرژیهای تجدیدپذیر وزارت انرژی آمریکا‪:‬توربینهای بادی با توان کمتر از ‪۱۰۰‬‬
‫کیلووات را توربین بادی کوچک تعریف میکند‬
‫در‬
‫این‬
‫توربینها‬
‫‪ ‬ژنراتور بهصورت مستقیم (بدون جعبهدنده) به روتور متصل شده و خروجی جریان‬
‫بیشتر در قایقها مورد استفاده قرار میگیرند‬
‫مستقیم ایجاد میکند‬
‫‪34‬‬
‫توربین های بادی بزرگ‪:‬‬
‫‪ ‬بلندترین توربین بادی جهان(‪ : )SWT-6.0-154‬ظرفیت تولید ‪ ۲۵‬میلیون کیلووات‬
‫ساعت انرژی برق را دارند = انرژی مورد نیاز ‪ ۶،۰۰۰‬خانوار‬
‫‪ ‬سه تیغه از جنس پروفیل ‪flatback‬‬
‫‪ ‬حدود ‪ ۲۰۰‬متر ارتفاع‬
‫‪ ‬تیغه های ‪B75‬به کار رفته در آن‪ ۷۵‬متر طول و ‪ ۱۵۴‬متر قطر دارند‬
‫‪ ‬تیغه ها در مجموع ‪ ۲۵‬تن وزن دارند‬
‫‪ ‬بزرگ‌ترین توربین بادی با محور عمودی‪:)Éole( :‬‬
‫‪ ‬در ِکبک کانادا‪ ۱۱۰ ،‬متر ارتفاع و ‪ ۳٫۸‬مگاوات توان دارد‪.‬‬
‫‪35‬‬
‫توربین های بادی سرعت متغییر تغذیه دوبل‪:‬‬
‫مزایا‬
‫توربین در محدوده وسيع تري از وزش باد در راندمان ماكزيمم خود قرار دارد‬
‫نوسانات باد با تغيیر سرعت چرخش روتور جذب شده و به شبكه منتقل نمي شود‬
‫ژنراتورهاي به كار رفته در اين توربین ها از نوع القایی واغلب آسنكرون هستند‬
‫افزایش و بهبود كيفيت توان‬
‫كاهش استرس مكانيكي وارد شده بر توربین‬
‫افت توان در مدارات الكترونيك قدرت‬
‫معایب‬
‫افزایش هزینه‬
‫‪36‬‬
‫انواع اتصاالت ژنراتور به شبکه‬
‫ژنراتور القائی قفس‬
‫سنجابی با کوپل‬
‫مستقیم‬
‫ژنراتور القائی قفس سنجابی‬
‫با استاتور کنترل شده‬
‫ژنراتور القائی تغذیه دوبل با‬
‫روتور کنترل شده‬
‫در ساختارهای دوم و سوم امکان کنترل گشتاور ژنراتور با ولتاژ و فرکانس وجود دارد‪.‬‬
‫‪37‬‬
‫نحوه تست توربینهای واقعی در آزمایشگاهها‬
‫‪38‬‬
‫نحوه تست توربینهای واقعی در آزمایشگاهها‬
‫در تست تنش‪:‬‬
‫‪ ‬برای خم کردن یک پره‪ ،‬مهندسان آن را به روی یک دیوار بتنی مجهز به یک صفحه‬
‫فوالدی سوراخدار باال میکشند‪ ،‬و انتهای آن را همانند یک دوشاخه برقی عظیم که‬
‫داخل پریز قرار میگیرد‪ ،‬به درون این صفحه سوراخدار چفت میکنند‪ .‬سپس به‬
‫مدت یک هفته‪ ،‬مهندسان قالبهایی را به انتهای دیگر آن وصل میکنند و با‬
‫استفاده از جرثقیلهای کوچک به آن گشتاور اعمال میکنند‪ .‬تاسیسات ‪ASCC‬‬
‫یکی از دو مرکز واقع در ایاالت متحده است که پرههایی با ابعاد حقیقی را تحت‬
‫آزمایش تنش قرار میدهد‪ ،‬و تنها آزمایشگاهی است که ساخت و آزمایش پرههای‬
‫توربینهای بادی در یک مرکز واحد انجام میشود‪ .‬این آزمایشگاه ‪ 3400‬مترمربع‬
‫وسعت دارد و به راحتی میتواند یک زمین بیسبال استاندارد را در خود جا دهد‬
‫‪39‬‬
‫هزینه نصب توربین های بادی‪:‬‬
‫این هزینه بطور کلی شامل هزینه های ساختمانی ‪ ،‬حمل و ترابری ‪ ،‬نصب‪ ،‬تبدیل و انتقال انرژی برق و‬
‫هزینه های مربوط به تجهیزات کنترل جانبی است‪ .‬هر یک از این هزینه ها خود به چند زیر شاخه‬
‫تقسیم می شود‪ .‬از جمله‪:‬‬
‫‪ )1‬هزینه های ساختمانی شامل ‪ :‬هزینه احداث فنداسیونها که معموال از نوع بتنی هستند ‪ ،‬هزینه‬
‫احداث جاده های دسترس ی به سایت ( در صورت نبود جاده دسترس ی ) جهت انتقال توربین و پایه‬
‫مربوط به محل سایت‪.‬‬
‫‪ )2‬هزینه تبدیل شامل تهیه یک واحد ترانسفورماتوری جهت تبدیل جریان ولتاژ پایین ( معموال ‪ 690‬ولت‬
‫) تولیدی توربین بادی به جریان ولتاژ باال ( معموال ‪ 10‬الی ‪ 30‬کیلو ولت ) به منظور اتصال به شبکه‬
‫محلی‪.‬‬
‫‪ )3‬هزینه احداث تجهیزات مخابراتی ( تلفن ) چنانچه کنترل و نظارت از راه دور مدنظر باشد و‬
‫ً‬
‫نهایتا هزینه کابل کش ی از محل توربین به خط انتقال انرژی محلی ( معموال ‪ 11‬تا ‪ 30‬کیلو‬
‫ولت جهت انتقال قدرت‪.‬‬
‫‪ )4‬هزینه خرید و یا اجاره زمین‬
‫‪40‬‬
‫پتانسیل منابع انرژی باد در ایران‪:‬‬
‫‪41‬‬
‫نیروگاه بادی منجیل‪:‬‬
‫‪ ‬منجیل شهر انرژی گیالن شمرده میشود‪ .‬باد منجیل یکی از عوامل معروفیت این شهر‬
‫میباشد که اغلب در بهار و تابستان با شدت بیش تری و در پاییز و زمستان با شدت کم تری‬
‫میوزد‪ .‬این باد از قدیم معروف به هفت باد منجیل بوده و شدت آن به قدری است که‬
‫درختان زیتون را اغلب به یک سمت خم میکند‪.‬‬
‫‪ ‬اوایل دهه هفتاد ‪ ،‬دولت اقدام به خرید و نصب نیروگاه بادی از کشور دانمارک کرد و پس‬
‫از گذشت چند سال و فراگیری متخصصان داخلی‪ ،‬امروزه پروانههای بادی در کشور تولید‬
‫و در نیروگاه بادی منجیل نصب میگردد و این نیروگاه روز بروز بزرگ تر و مؤثرتر میگردد‪.‬‬
‫‪ ‬در سایت رودبار ‪ 87‬درصد روز های سال‪ ،‬باد وجود دارد که در کل ‪2/4‬میلیون کیلو وات‬
‫ساعت برای یک توربین می توان بدست آورد‪.‬‬
‫‪42‬‬
‫‪(stall‬توربینهای قدیمی تر)‬
‫(وزن توربین دو تن )‬
‫‪ ‬توربین های به کار رفته در نیروگاه بادی منجیل‬
‫پیچ کنترل(وزن توربین‪)kg 1400‬‬
‫‪ ‬نوع استال‪ :‬وقتی سرعت باد به بیش از ‪ 25‬متر بر ثانیه رسید توان توربین های استال کم می شود در‬
‫این شرایط فلپ موجود در نوک پره های توربین در اثر نیروی گریز از مرکز بیرون می زند تا پره‬
‫بایستد و توربین با چرخش از مسیر باد خارج شود‪.‬‬
‫‪ ‬نوع پیچ کنترل‪ :‬با افزایش سرعت باد با پیچش در پره‪،‬توان توربین کم نشده و ثابت خواهد‬
‫ماند‬
‫‪43‬‬
‫‪ ‬تا اواخر سال ‪ 51 ، 1383‬عدد توربین بادی در سایت های مختلف بادی در اطراف شهر‬
‫منجیل و رودبار نصب شده بود که ظرفیت مجموع آن ‪21‬هزار ‪ 580‬کیلو وات بوده ولی هم‬
‫اکنون در نیروگاه بادی منجیل حدود ‪ 123‬توربین بادی نصب است که می تواند ساالنه‬
‫‪ 300‬میلیون کیلووات ساعت برق تولید کند‬
‫‪44‬‬
45