توربین های بادی کوچک در محیط های (شهری) پر باد و متلاطم ( یک بررسی از توزیع های نرمال و Weibuli برای پیش بینی نیرو)
چکیده ی مطالب
نواحی شهری و پیچیدگی های مرفولوژیکی وابسته به آن چالش های اساسی را برای گسترش و قرارگیری توربین های کوچک بادی بوجود می آورد. بویژه یک مقدار قابل توجهی از عدم اطمینان در رابطه با درک نکردن این مسئله به وجود آمده که چگونه تلاطم در محیط های شهری بر مهره دری توربین ها تاثیر می گذارد.
اندازه گیری های فعلی که از قدرت خروجی توربین های بادی به عمل آمده (بویژه برای توربین های کوچک و میکرو) بر اساس میانگین سرعت باد در یک دوره ی مشخص است . با به حساب آوردن محدودیت تفاوت سرعت باد در فریم های زمانی که ملاحظات صورت می گیرد. هرچند این مقاله دو مدلی را در اختیار می گذارد که به طور دقیق چنین تفاوت سرعت هایی را بررسی می کند و چگونگی اثرات آن را بر توریین ها مورد تحقیق قرار می دهد. این تحقیقات و بررسی ها تنها بر اساس میانگین سرعت مشاهده شده ی باد و انحراف استاندارد مدت ده دقیقه فواصل زمانی ست. این مدل ها با تایید استاندارد متری صنعتی، و شدت تلاطم و آشفتگی (TI) هوا در ارتباط با منحنی قدرت یک توربین بادی kw5/2 پیش بینی شده اند. با نگاهی ساده به جداول تطبیعی می توان چگونگی منحنی نیوی توربین ها را که تحت تاثیر TI های متفاوت به کار رفته، قرار می گیرند، فهمید بطوریکه یک متدلوژی جدید برای ارزیابی عملکرد الکتریکی توربین ها بدست خواهد آمد. در نهایت دو مدل فرصتی را بوجود می آورد تا یک توزیع واقعی از سرعت باد در جهان واقعی بر اساس دو اندازه گیری های استاندارد صورت گیرد. راهکار اول تطابق یک مدل مشتق شده است که اساسا برای تعیین کاهش عملکرد قدرت توربین های بادی مزرعه به کار می رود . با استفاده از توزیع احتمالی Gaussian برای شبیه سازی آشفتگی به ویژه شدت تلاطم (TI). اگرچه چنین مدل سازی یعنی gaussian برای مثال تناسب چندانی با تند بادی که سرعت میانگینی هم راستا با سرعت باد.
بیشتر اینکه، این راهکار نیاز به یک منحنی قدرت توربین دارد و راهکار دوم که بر این محدودیت ها غلبه می کند کاربرد جدیدی را از توزیع weibull به همراه می آورد . یک میانگین پذیرفته شده ایی را برای توضیح احتمالی سرعت باد آن هم به طور گسترده پدید می آورد. هر دو مدل در یک مکان شهری و حومه شهر در Dubin City ایزلند امتحان شده که در آنجا یک باد سنج صوتی تقریبا ۵/۱ برابر میانگین ارتفاع ساختمان ها با توجه به موقعیت ها و محل قرار می گیرد . هر دو محل مشاهده شده دو منظر شهری متمایز را نشان می دهند. ابزار به طور مشخص در اطراف محل ها قرار گرفته و بردارهای سه بعدی باد را در یک رزولیشن زمانی ۱۰ هرتز، ثبت می کنند. فرضیه هایی که در اینجا ارائه شده یک عملکرد الکتریکی را از توربین ارائه می دهد با این نتیجه که هر دو راهکار می تواند بسیار دقیق با این معیار ایده آل جایگزین شود.
۱-مقدمه
توربین های بادی انرژی جنبشی را از هوای در حال حرکت گرفته آن را با چرخش توربین به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند و سپس انرژی الکتریکی داخل ترمزاتور به این ترتیب می شود :
(۱) که درر آن نیروی مکانیکی خروجی (P) یک تابع ضریب از عملکرد توربین Cp ، تراکم هوا (P)، محوطه ی جارو شده توسط توربین مذبور در جهت باد (A) و سرعت باد (u) می باشد. در تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی قابل استفاده ، خسارت هایی که از تبدیل آیرودینامیکی بوجود می آید زیاد است. بر طبق محدودیت Betz ماکزیمم احتمال ضریب تبدیل یک چرخنده ی بادی ۳/۵۹% است. اگرچه در عمل خساراتی را به بار می آورد به دلیل سفتی تیغه ها (ایزوفویل) اثرات جانبی، خساراتی که به توپی چرخ وارد می آید و از دست رفتن نوک تیغه ها کارآیی توربین به طور قابل توجهی پایین می آید. اگر باد متغیر باشد ظرفیت تبدیل انرژی توربین کاهش زیاد می یابد. چالش های زیادی برای پیوستن به تولید باد در محیط های شهری وجود دارد.در بررسی این مسئله که این تکنولوژی ها به نسبت در چه جاهایی به کار می روند، بهتر است منابع باد را در این محیط ها بهتر بشناسیم و بدلیل ناهمواری زیاد و منظره های ناهماهنگ ، توربین های محدود به سطح شهر جنبه های ویژه ای را تجربه کرده در محیط های متلاطمی قرار می گیرد. بعضی از محققان مدل محاسباتی دینامیک سیالات را به کار گرفته اند برای اینکه پتانسیل ساخت توربین های نصب شده را معین کنند. (Health و همکارانش ۲۰۰۷) Watson و همکارانش ۲۰۰۷، Ayhan و Saglam 2012). این کار ها اهمیت موقعیت توربین و ارتفاع نصب آن را مقابل هم نشان می دهد ، بطوریکه حتی تغییرات کوچک در محل موقعیت آن می تواند تاثیرات مهمی بر قدرت و نیروی بوجود آمده داشته باشد. چنین آنالیزهایی از لحاظ محاسباتی برای منبع بسیار حساس بوده و از لحاظ اعتبار نتایج بسیار سخت خواهد بود. یک تعداد از مطالعات نشان داده که توبین های نصب شده در محیط های شهری برای بی نظمی و آشفتگی هوا بوده اند. این نصب ها وقتی با نصب هایی که در محیط های غیر متلاطم مقایسه می شوند کار آمد نبودن آنها به چشم می آید. برای مثال هر دو پیش قدمی های Warwick (2008 Encraft) و برنامه ی نمایش Energy Savings Trust(2009 EST) این نتیجه را به بار می آورد که مشکلاتی نظیر ازدیاد تلاطم و آشفتگی به وجود آمده می تواند بطور قابل توجهی بازده را کاهش دهد در اینجا دومین مورد دریافته که بازده توربین در محیط های شهری با یک فاکتور لود یا بارگیری کمتر از ۳% توربین های بادی محو عمودی همراه بوده (VAWT) و این نشان داده که با جریانات بادی متلاطم کمتر تحت تاثیر قرار گرفته و می توان نتیجه گرفت که این به خاطر این حقیقت است که هیچ مکانیسم انحرافی وابسته به این توربین ها وجود نداشته است (یعنی توربین ها در مواجهه با باد نمی چرخیده اند ). اگرچه هنوز سرعت های تکان دهنده ی باد بدلیل جریانات مخالف و بادهای ناگهانی و موارد دیگر هوز قابل بحث هستند. در عوض ارزیابی عمده از تحقیقات در مورد منابع انرژی باد در محل های روستایی در اطراف دنیا به عمل آمده است. (Islam و همکارانش ۲۰۱۱، Cabello و Orza 2010 ، Fryippis و همکارانش ۲۰۱۰ ، Kavak Akplnar و Akpinar 2005، ۲۰۰۹ Jowder) و در بعضی از این تحقیقات (Kvak Akpinar و Akpinar 2005 ، ۲۰۰۹ Jowder). این کار گسترش یافته برای اینکه پتانسیل مناسبی برای سیستم تبدیل انرژی باد به کار گرفته شود.
لطفاً براي ارسال دیدگاه، ابتدا وارد حساب كاربري خود بشويد