نیروگاه های بادی: انواع، طرح ها، مزایا

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

انرژی باد از شاخه جدیدی از تامین انرژی فاصله زیادی دارد، با این حال، در شرایط فعلی، هر چه بیشتر به ویژگی های یک جهت امیدوار کننده برای توسعه بیشتر تبدیل می شود. هنوز صحبت در مورد مفاهیم جهانی برای اجرای فنی ژنراتورهای بادی دشوار است، اما پیشرفت در استفاده از راه حل های مهندسی فردی نشان می دهد که یک مدل ساختاری واحد در آینده نزدیک ظاهر خواهد شد. در عین حال چندین نوع توربین بادی در دنیا استفاده می شود که هر کدام نقاط قوت خاص خود را دارند.

اصل کلی عملکرد توربین های بادی

مانند بسیاری از منابع انرژی جایگزین مدرن، توربین بادی به دلیل نیرویی که در نتیجه یک فرآیند طبیعی عمل می کند، کار می کند. ما در مورد جریان های باد ناشی از گرمایش ناهموار صحبت می کنیمسطح زمین توسط خورشید تقریباً همه توربین‌های بادی بر اساس اصل زیر کار می‌کنند: جریان هوا چرخ را روی یک محور مخصوص با پره‌ها می‌چرخاند، بنابراین گشتاور را به ژنراتور یا بسته باتری منتقل می‌کند. در شرایط پایداری و نیروی کافی حرکت هوا، آسیاب های بادی برای تولید الکتریسیته قادر به ارائه راندمان 45-50 درصد می باشند. این دقیقاً تغییرپذیری باد و قدرت آن است که تنوع طرح‌های توربین‌های بادی را تعیین می‌کند که بر اساس شرایط آب و هوایی خاص استفاده نیز محاسبه می‌شوند.

مزایای اصلی توربین های بادی چیست؟

ارزیابی کارایی توربین‌های بادی را می‌توان هم در مقایسه با منابع انرژی سنتی و هم در برابر پس‌زمینه ژنراتورهایی که بر روی منابع آزاد تجدیدپذیر کار می‌کنند، انجام داد. بارزترین مزایای چنین سیستم هایی که امیدواری به توسعه موفقیت آمیز آنها در آینده است، عوامل زیر است:

• انرژی باد به خودی خود نه تنها قابل تجدید نیست، بلکه برای انباشت و پردازش نیز در دسترس است.
• منفعت اقتصادی. ارزیابی های بدون ابهام در مورد شاخص های اقتصادی خاص هنوز نمی تواند ناشی از تنوع سیستم هایی باشد که با عملکرد متفاوت عمل می کنند. اما ما می توانیم در مورد نتایج برجسته نشان داده شده توسط پروژه های فردی صحبت کنیم. به عنوان مثال، یک کیلووات برق از یک آسیاب بادی بزرگ دریایی چقدر هزینه دارد؟ ما می توانیم در مورد محدوده 2-12 روبل صحبت کنیم. برای 1 کیلووات ساعت.
• دوستدار محیط زیست. عملکرد توربین های بادی مضر نیستانتشار آلاینده های هوا.
• فشرده. نصب توربین بادی، حتی در قالب صنعتی، قابل مقایسه با نیروگاه های سنتی نیست. این تا حد زیادی به دلیل استقلال و استقلال چنین سیستم هایی از ارتباطات و منابع کمکی است.

ژنراتورهای محور افقی

طرح طراحی چنین آسیاب های بادی وجود ژنراتور الکتریکی، گیربکس، تیغه ها و یک برج با قاب را فراهم می کند. پیکربندی تیغه ها به گونه ای اجرا می شود که هوا به داخل قیف جریان می یابد که یک لحظه پیچشی ایجاد می کند. یک شرط مهم برای بهره برداری از چنین آسیاب های بادی برای تولید برق، توانایی انطباق با ویژگی های حرکت جریان ها (جهت و قدرت) است. برای این کار سازه ها مکانیزم هایی برای چرخش و کج کردن تیغه ها نسبت به سطح زمین در نظر گرفته شده است. در پیشرفته ترین مدل ها از کنترلرهای با کنترل اتوماتیک نیز استفاده می شود. در مورد اجرای چرخ باد، پیکربندی سه پره بیشتر در طرح های افقی استفاده می شود. علاوه بر این، برای افزایش عملکرد ژنراتورها، مهندسان تمایل به افزایش اندازه بخش گیرنده عملکردی دارند که به عنوان مثال، روند فعلی انتقال از پلاستیک و فلزات سبک به عناصر کامپوزیتی گران قیمت را در ساخت سازه ها توضیح می دهد.

ژنراتورهای محور عمودی

اینگونه ژنراتورها مزیت قابل توجهی نسبت به سازه های افقی دارند.که شامل عدم نیاز به ابزار اضافی برای نظارت و کنترل نصب است. یعنی در فرآیند بهره برداری، آسیاب بادی با محور عمودی به هیچ وجه با حرکت جریان ها تنظیم نمی شود. این ویژگی تعامل با توده های هوا به طور همزمان باعث کاهش ولتاژ در پره های مولد باد و کاهش بارهای ژیروسکوپی می شود. ژنراتور چرخ دنده ای که موتور نیروگاه را تشکیل می دهد، می تواند بدون خطر آسیب یا خرابی در پایه برج سازه قرار گیرد. اما چرا با مزایای توصیف شده، تاسیسات عمودی جایگزین آسیاب های بادی کاملا افقی نشدند؟ متأسفانه این مدل ها دارای معایب قابل توجهی نیز هستند. از آنجایی که چرخ باد توسط جریان باد هدایت نمی شود و همیشه در محدوده باریکی از محدوده جذب انرژی کار می کند، عملکرد ژنراتور به طور منطقی کاهش می یابد. بنابراین، برای حفظ توان کافی آسیاب‌های بادی عمودی، استفاده انبوه از آن‌ها برای پوشش مناطق وسیع مورد نیاز است که همیشه ممکن نیست.

طراحی بر اساس روتور Darrieus

ژنراتورهای توربین بادی با پروانه عمودی بر اساس طراحی روتور Savonius یا Darrieus هستند. اما این گروه نیز تغییرات و تغییرات مدرن خود را دارد. امیدوارکننده ترین توسعه اخیر، توربین هلیکوئیدی گورلوف است که در سال 2001 ایجاد شد. این نوعی ادامه مفهوم روتور داریو است، اما به شکل بهینه تر. تیغه های عمودی مارپیچ اجازه می دهد تا انرژی از جریان آب و هوا با حداقل فعالیت تولید شود. امروزه این ژنراتورهاهم در مزارع بادی تخصصی و هم به عنوان بخشی از نیروگاه های برق آبی استفاده می شود.

ژنراتورهای بادی با تقویت کننده شار

همچنین، به نوعی، ادامه طرح‌های کلاسیک آسیاب‌های بادی است، اما برای شرایط عملیاتی فعلی با فناوری پیشرفته تنظیم شده است. تغییرات با تقویت کننده های جریان با وجود یک یا چند ناودان که برای تمرکز جریان هوا طراحی شده اند متمایز می شوند. عناصر مخروطی شکل آیرودینامیکی به شکل همان ناودان ها جریان ها را در یک منطقه بزرگ جمع آوری می کنند و آنها را به یک نقطه جهت می دهند و در نتیجه سرعت سیستم تیغه را افزایش می دهند. دشواری استفاده از توربین های بادی با تقویت کننده های شار این است که آنها نیاز به استفاده از یک گروه عنصری اضافی دارند. علاوه بر این، تنها با اتصال منابع انرژی کمکی می توان به افزایش قابل توجه بهره وری در چنین سیستم هایی دست یافت که همیشه از نظر اقتصادی توجیه نمی شود.

توربین های بادی بدون دنده

در راستای ایده بهینه سازی ساختاری، گونه ای از نیروگاه بادی بدون گیربکس نیز ظاهر شده است. در عوض، از یک کانال حلقوی استفاده می شود که با یک میله فلزی داخلی ارائه شده است. این حلقه در اطراف لبه روتور نصب می شود. گروهی از آهنرباها نیز در اینجا قرار دارند که با یک میله فلزی تعامل دارند و در نتیجه به تولید جریان کمک می کنند. عملکرد توربین های بادی بدون گیربکس با قطر روتور حدود 200 سانتی متر می تواند به 1500 کیلووات ساعت برسد.در سال. مزیت اصلی این طرح کاهش تلفات انرژی است که به طور طبیعی در عملکرد ژنراتورهای ارائه شده با گیربکس رخ می دهد. اما شما باید برای این مزیت با محدودیت سرعت هزینه کنید. برای اینکه واحد وارد یک گردش کار بهینه شود، سرعت جریان حداقل 2 متر بر ثانیه مورد نیاز است.

ویژگی های توربین های بادی صنعتی

آسیاب‌های بادی صنعتی دو تفاوت اساسی دارند - اندازه بزرگ و توان خروجی بالا. مزایا و معایب ایستگاه های این نوع از این ویژگی ها ناشی می شود. در مورد ساختار، کافی است بگوییم که ارتفاع آسیاب های بادی صنعتی مدرن می تواند به 150-200 متر برسد و دهانه تیغه ها می تواند بیش از 100 متر باشد. قدرت بالا همچنین به پیچیدگی زیرساخت های عملکردی نیاز دارد. بنابراین، برای کنترل فرآیند تبدیل انرژی، از کنترل کننده های مولد باد استفاده می شود که اطمینان حاصل می کند که شارژ فعلی بسته باتری در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، پر کردن الکتریکی چنین تاسیساتی شامل اینورترها و سیستم های حفاظتی اتصال کوتاه است.

ویژگی های توربین های بادی خانگی

ساده ترین آسیاب های بادی را نه تنها می توان در خانه استفاده کرد، بلکه با دست نیز می توان آنها را مونتاژ کرد. به عنوان یک قاعده، اینها تاسیسات کوچک با ارتفاع بیش از 10 متر هستند که قادر به کار با قدرت 0.5-5 کیلو وات هستند. به عنوان یک منبع انرژی غیرفعال برای لوازم خانگییا گروه های جداگانه دستگاه های الکتریکی، این گزینه خود را توجیه می کند. با این حال، امروزه توربین‌های بادی فشرده به تعداد زیادی توسط شرکت‌های بزرگ برای تامین برق تأسیسات تولید مورد استفاده قرار می‌گیرند. بر اساس مزارع مینی آسیاب بادی، سیستم های به اندازه کافی مولد و قابل اعتماد شکل گرفته اند که می توانند با تک ژنراتورهای پرقدرت رقابت کنند.

ویژگی های توربین های بادی فراساحل

محبوبیت این نوع آسیاب های بادی به دلیل مزایای متعددی نسبت به ایستگاه هایی است که در خشکی قرار دارند. این عمدتاً در مورد شرایط کاری پایدارتر است، زیرا جریان باد از خط ساحلی مسدود نمی شود. در عین حال، سازه های توربین های بادی دریایی به دو گروه - پشتیبانی و شناور تقسیم می شوند. اولین ها در آب کم عمق با یک تکیه گاه کلاسیک در زمین زیر آب نصب می شوند. ایستگاه های شناور به ترتیب دارای سکوی شناور مخصوص به خود هستند که با استفاده از لنگرها و سایر وسایل دریایی ثابت می شوند.

ترکیب سازه های توربین بادی با قاب ساختمان

همچنین گروه بسیار امیدوارکننده ای از آسیاب های بادی وجود دارند که به معنای واقعی کلمه در بدنه ساختمان های بلند ادغام شده اند. این راه حل دارای دو مزیت است - شرایط مطلوب برای "پذیرایی" جریان ها و کاهش مسیر تحویل برق، زیرا منبع نهایی تامین معمولا مصرف کنندگان داخل ساختمان هستند. در حال حاضر، ادغام توربین های بادی از این نوع بیشتر با استفاده از آن انجام می شودسیلندرهای آیرودینامیکی ویژه ای که بر روی سقف آسمان خراش ها نصب می شوند. مفهوم پروانه های کوچک نیز در حال توسعه است که می توان آن ها را در هر قسمت از یک سایت ساختمانی بلند قرار داد. دستگاه ها به معنای واقعی کلمه در دیوارها ادغام می شوند، پس از آن به سیستم منبع تغذیه عمومی متصل می شوند و مقدار کمی انرژی اما پایدار می دهند.

نتیجه گیری

در سال های اخیر، علاقه به توربین های بادی در روسیه به طور قابل توجهی افزایش یافته است. ایستگاه های بزرگ با ظرفیت 30 تا 50 مگاوات به صورت دوره ای در مناطق مختلف به بهره برداری می رسند. برای کشور ما، آسیاب های بادی به ویژه مفید هستند زیرا به ما اجازه می دهند تا انرژی را به مناطق دورافتاده ای که در حال حاضر امکان سازماندهی سایر وسایل تامین انرژی وجود ندارد، تامین کنیم. بخش نیروگاه های بادی کوچک نیز به طور فعال در حال توسعه است. در روسیه، سیستم های قدرت فردی با ظرفیت 1-5 کیلو وات بسیار محبوب شده اند. در عین حال، توسعه دهندگان از ترکیب اصول عملکرد آسیاب های بادی با موتورهای احتراق داخلی خودداری نمی کنند. موفقیت‌ها در این مسیر، به‌ویژه با طراحی‌های دیزل بادی نشان داده می‌شوند. هنوز دشوار است که بگوییم در دهه های آینده چقدر انرژی بادی در روسیه مورد تقاضا خواهد بود، زیرا موقعیت منابع انرژی سنتی هنوز قوی است. اما روند گذار به انرژی جایگزین در سراسر جهان احتمالاً صنعت روسیه را به کاوش فعال در چنین مناطقی ترغیب خواهد کرد.