نیروگاه‌های بادی

چکیده

بیش از یک دهه است که موضوع‏ توسعه ی پایدار مورد بحث و بررسی محافل علمی و اقتصادی‏ کشورهای جهان قرار داشته و با عنایت‏ به اهمیت محیط زیست پاک، کاربرد انرژی‏های جایگزین صریحا توصیه شده است.بی‏شک توسعه و رفاه جوامع متکی بر انرژی است و در این میان استفاده از انرژی بادی در کشورهایی که مناطق بادخیز دارند، مورد توجه ویژه‏ای قرار گرفته است. در این پایان نامه در فصل اول كلیاتی در مورد انرژی باد ، چگونگی تولید باد ومنشأ آن كه از فاكتورهای اساسی می‌باشد ارائه شده است. در فصل دوم به انواع توربین‌های بادی از حیث اندازه و محل نصب، عملکرد، ساختمان توربین‌های بادی و در نهایت به اجزای مختلف یك توربین بادی  مختصراً اشاره شده است. فصل سوم به بررسی روش‌های مختلف تولید انرژی الکتریکی اختصاص دارد كه با استفاده از ماشین های الکتریکی زیر قابل انجام می باشد.۱-ماشین‌های القایی ۲- ژنراتورهای مغناطیس دائم  ۳- ژنراتورهای سنكرون، كه مزایا و معایب هر كدام از روش‌ها به تشریح بیان شده است. در فصل چهارم  نیروگاه‌های بادی در ایران و تحقیقات انجام شده بررسی شده است. در نهایت در فصل آخر درباره این  نیروگاه‌ها به نتیجه گیری و پیشنهاد پرداخته شده است.

فهرست مطالب

عنوان

مقدمه………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………. ۱

فصل اول- کلیات انرژی باد. ۲

۱-۱- بحران انرژی در جهان و ضرورت ایجاد تنوع در سبد انرژی… ۲

۱-۲- مصرف انرژی در جوامع.. ۳

۱-۳- مزایا و دلایل بهره برداری از انرژی باد. ۴

۱-۴- باد و منبع انرژی آن.. ۴

۱-۵- انواع بادها ۷

۱-۵-۱- بادهای محلی… ۷

۱-۵-۲- بادهای موسمی… ۸

۱-۵-۳- بادهای تجارتی… ۸

۱-۵-۴- بادهای غربی… ۸

۱-۶- طبقه بندی بادها بر اساس میزان نیرو. ۹

۱-۷- جدول بوفورت… ۱۱

۱-۸- تاریخچه استفاده از انرژی باد. ۱۲

۱-۹- نیروگاه‌های بادی… ۱۳

۱-۹-۱- مزایای نیروگاه‌های بادی… ۱۴

۱-۹-۲- مشخصه‌های نیروگاه‌های بادی… ۱۵

۱-۱۰- توزیع سرعت باد. ۱۶

۱-۱۱- محدودیت‌های تولید.. ۱۷

۱-۱۲- ضریب ظرفیت… ۱۷

۱-۱۳- پیش‌بینی پذیری… ۱۸

فصل دوم- توربین‌های بادی… ۱۹

۲-۱- تعریف توربین بادی… ۱۹

۲-۲- كاربرد توربینهای بادی… ۱۹

۲-۲-۱- كاربردهای غیرنیروگاهی… ۱۹

۲-۲-۲- كاربردهای نیروگاهی… ۲۰

۲-۳- انواع توربینهای  بادی… ۲۰

۲-۳-۱-  تقسیم بندی از نظراندازه. ۲۰

۲-۳-۲- تقسیم بندی توربینهای بادی از نظر استقرار. ۲۱

۲-۴- عملکرد توربین بادی… ۲۳

۲-۵- ساختمان پره‌های توربین بادی… ۲۶

۲-۶- مقایسه  تاثیر نیروی باد بر توربین‌های عمودی و افقی… ۲۷

۲-۷- تنظیم دور توربین‌های بادی… ۲۸

۲-۸- تنظیم دور توربین‌های بادی… ۲۹

۲-۹- قرار دادن توربین در جهت باد. ۳۱

۲-۱۰- کارکرد توربین‌های بادی د ر انواع بادها ۳۲

۲-۱۱- انرژی دریافتی از توربین… ۳۴

۲-۱۲-  توان پتانسیل توربین… ۳۶

۲-۱۳- ضریب یکپارچگی… ۳۷

۲-۱۴- ضریب سرعت نوک…. ۳۸

۲-۱۵- نیروگاه برق بادی… ۳۹

۲-۱۶- قسمتهای نیروگاه بادی… ۴۰

۲-۶-۱-  برج.. ۴۰

۲-۱۶-۲- روتور. ۴۱

۲-۱۶-۳- ژنراتور. ۴۱

۲-۱۷- اجزاء اصلی نیروگاه بادی محور افقی… ۴۳

۲-۱۸- اجزاء مختلف یک توربین بادی ساخت ایران.. ۴۷

فصل سوم- ژنراتورهای مورد استفاده در نیروگاه بادی… ۴۹

۳-۱- مقدمه. ۴۹

۳-۲- بررسی روشهای مختلف تولید قدرت… ۵۲

۳-۲-۱-  ژنراتور سنكرون.. ۵۳

۳-۲-۲-  ژنراتورهای القایی… ۵۹

۳-۲-۲-۱- مزایای ژنراتورهای القایی… ۶۰

۳-۲-۲-۲- معایب ژنراتورهای القایی… ۶۱

۳-۲-۳-۳- اساس کا ژنراتورهای القایی… ۶۱

۳-۲-۳-۴- بررسی اساس كار ژنراتور القایی با توجه به روابط حاکم در آن.. ۶۷

۳-۲-۳- ژنراتورهای مغناطیسی دائم.. ۷۲

۳-۳- ترانسفورماتور ها ۷۳

۳-۴- تنظیم کننده‌های ولتاژ. ۷۴

۳-۵- تنظیم کننده بار. ۷۴

۳-۶- نتیجه گیری… ۷۷

فصل چهارم- نیروگاه‌های بادی در ایران.. ۷۸

۴-۱- مقدمه. ۷۸

۴-۲- موقعیت جغرافیایی ایران.. ۷۸

۴-۳- بادهای ایران.. ۸۰

۴-۴- پتانسیل منابع انرژی باد در ایران.. ۸۱

۴-۵- خلاصه دو مطالعه برای  تعیین محل نصب توربین باد. ۸۴

۴-۵-۱- بررسی انرژی باد در منطقه منجیل.. ۸۴

۴-۵-۲- مطالعه آماری باد در حاشیه مناطق كویری ایران.. ۸۴

۴-۶- پروژه‌های نیروگاه‌های بادی… ۸۵

۴-۶-۱- سایت منجیل.. ۸۵

۴-۶-۱-۱- جزئیات طرح.. ۸۵

۴-۶-۲-  سایت رودبار. ۸۶

۴-۶-۳-  نیروگاه بینالود. ۸۷

۴-۷- پروژه پتانسیل سنجی و تهیه اطلس باد کشور. ۸۷

۴-۷-۱- اهداف پروژه. ۸۷

۴-۸- پروژه خرید تضمینی برق از منابع تجدیدپذیر. ۸۸

۴-۸-۱- اهداف پروژه. ۸۸

۴-۸-۲- آمار تقاضاص بخش خصوصی… ۹۰

۴-۹- پروژه مطالعات مقدماتی و طراحی مفهومی توربین بادی مگاواتی ملی… ۹۱

۴-۹-۱- اهداف پروژه. ۹۱

۴-۱۰- پروژه طراحی، ساخت و نصب توربین بادی ۱۰ کیلووات سهند تبریز. ۹۲

۴-۱۰-۱- تعریف پروژه. ۹۲

۴-۱۰-۲-  شرح فعالیت ها ۹۲

۴-۱۱- پروژ ه توربین بادی در زهک…. ۹۳

۴-۱۲- سایر پروژه ها ۹۴

فصل پنجم- نتیجه گیری و پیشنهاد. ۹۵

۵-۱- مقدمه. ۹۵

۵-۲- اهمیت نیروگاه‌های بادی… ۹۵

۵-۳- لزوم گسترش استفاده از منابع تجدیدپذیر در تولید انرژی… ۹۶

۵-۳-۱- ارتقاء امنیت عرضه انرژی… ۹۶

۵-۳-۲- تولید پراکنده و کاهش اتکا به شبکه‌های سراسری انتقال انرژی… ۹۷

۵-۳-۳- اشتغال‌زائی و توسعه نواحی دور افتاده. ۹۷

منابع و مراجع….. ۱۰۳

 

فهرست شکلها

عنوان

شکل ۱-۱- عامل بوجود آمدن باد. ۵

شکل ۱-۲- مسیر باد روی کره زمین… ۶

شکل ۱-۳- حرکت هوا ۷

شکل ۱-۴- طبقه بندی بادها بر اساس میزان نیرو. ۹

شکل ۱-۵- مقایسه قیمت تمام شده تولید انرژی توسط تکنولوژی‌های مختلف… ۱۴

شکل ۲-۱- تقسیم بندی توربین‌های بادی از نظر اندازه. ۲۰

شکل ۲-۲- توربین بادی محور عمودی… ۲۲

شکل ۲-۳- نمایی از توربین بادی محور افقی نیروگاه منجیل.. ۲۳

شکل ۲-۴- استفاده از نیروی بادبرای آبكشی از چاه. ۲۴

شکل ۲-۵- شمای توربین بادی با محور قائم و دو پره قابل برگشت… ۲۴

شکل ۲-۶- نمایی از نیروی آیرودینامیکی بر روی پره. ۲۵

شکل ۲-۷- ساختمان پره‌های مختلف توربین‌های بادی… ۲۷

شکل ۲-۸- انواع توربین‌های بادی با محور افقی و قائم.. ۲۸

شکل ۲-۹- بارهای وارد بر پره یك توربین بادی افقی… ۲۹

شکل ۲-۱۰- روشهای تنظیم کردن توربین بادی… ۳۰

شکل ۲-۱۱- مکانیزم تغیر زاویه پره. ۳۱

شکل ۲-۱۲- تاثیر ارتفاع در سرعت و انرژی دریافتی از باد. ۳۳

شکل ۲-۱۳- نمودار دریافت انرژی با افزایش سرعت… ۳۵

شکل ۲-۱۴- توزیع مدت زمان وزش باد در سرعت‌های مختلف… ۳۵

شکل ۲-۱۵- توزیع انرژی تولید شده توسط بادهای با سرعت‌های متفاوت در طول یکسال.. ۳۶

شکل ۲-۱۶- شمای سطح جارو شده توربین ساونیوس و توربین بادی با محور افقی… ۳۸

شکل ۲-۱۷- نمودار گشتاور راه اندازی به ضریب سرعت نوک ۳ نوع توربین بادی… ۳۸

شکل ۲-۱۸- نمودار ضریب یکپارچگی به ضریب سرعت نوک ۴ نوع توربین بادی… ۳۹

شکل ۲-۱۹- قسمت‌های عمده نیروگاه بادی… ۴۰

شکل ۲-۲۰- شماتیک عملکرد نیروگاه بادی… ۴۲

شکل ۲-۲۱- اجزای اصلی تشکیل دهنده نیروگاه بادی محور افقی… ۴۳

شکل ۲-۲۲- توربین بادی ساخت ایران.. ۴۷

شکل ۳-۱- سه نوع ژنراتور جریان برق.. ۵۲

شکل ۳-۲- مدار معادل یك فاز از یك ژنراتور سه فاز سنكرون.. ۵۳

شکل ۳-۳- منبع و بار سه فاز متعادل با اتصال مثلث… ۵۴

شکل ۳-۴- دیاگرام فازوری یك فاز از ژنراتور سه فاز سنكرون (a) فوق تحریك (b) زیر تحریك…. ۵۵

شکل ۳-۵- جریان قدرت ژنراتور ac بصورت تابعی از زاویه قدرت… ۵۶

شکل ۳-۶- دیاگرام سیم‌بندی برای یك موتور القایی سه فاز. ۵۹

شکل ۳-۷- مدار معادل یك فاز از یك موتور القایی سه فاز. ۶۰

شکل ۳-۸- نمایش یک ژنراتور القایی متصل به شبکه. ۶۲

شکل ۳-۹- نمایش یک ژنراتور القایی جدا از شبکه. ۶۳

شکل ۳-۱۰- منحنی مشخصه مغناطیس شوندگی ماشین القایی… ۶۴

شکل ۳-۱۱-  منحنی مشخصه ولت آمپری مجموعه خازن ها ۶۴

شکل ۳-۱۲- اثر تغییرات خازن.. ۶۵

شکل ۳-۱۳- منحنی مشخصه خروجی یک ژنراتور القایی انفرادی با مجموعه خازن‌های موازی… ۶۶

شکل ۳-۱۴- ژنراتور القایی با مجموعه خازن‌های سری و موازی… ۶۶

شکل ۳-۱۵- منحنی مشخصه خروجی یک ژنراتور القایی با مجموعه خازن‌های سری  و موازی… ۶۷

شکل ۳-۱۶- تغییرات گشتاور محور نسبت به سرعت برای یك ماشین القایی سه فاز. ۶۹

شکل ۳-۱۷- مدار معادل یك فاز از یك ژنراتور القایی… ۷۰

شکل ۳-۱۸- ژنراتور مغناطیسی دائم متصل به بار مقاومتی… ۷۲

شکل ۳-۱۹- نمایی از ترانسفورماتور مستقر در مزرعه بادی… ۷۳

شکل ۳-۲۰- استفاده از ترانسفورماتور برای انتقال جریان برق متناوب به فاصله دور. ۷۳

شکل ۳-۲۱- دیاگرام ساده سیم کشی یک توربین بادی مولد برق.. ۷۵

شکل ۳-۲۲- سیم کشی برق یک توربین بادی همراه با تنظیم کننده بار. ۷۵

شکل ۳-۲۳- سیم کشی برق یک توربین بادی همراه با ژنراتور کمکی… ۷۶

شکل ۴-۱- موقعیت جغرافیایی ایران.. ۷۹

شکل ۴-۲-  نقشه اطلس انرژی باد در ارتفاع ۶۰ متری… ۸۲

شکل ۴-۳- مقدار انرژی باد به ازای رنگ مشخص شده داده شده در شکل ۴-۲٫ ۸۲

شکل ۴-۴- نقشه اطلس سرعت باد در ارتفاع ۶۰ متری… ۸۳

شکل۴-۵- مقدار انرژی باد به ازای رنگ مشخص شده در شکل ۴-۴٫ ۸۳

شکل ۴-۶- شماتیک گردش کار و مراحل در فرآیندخرید برق تجدیدپذیر از تولید کنندگان غیردولتی… ۹۰

 

فهرست جدولها

عنوان

جدول ۱-۱- تعیین سرعت باد طبق مقیاس بوفورت… ۱۱

جدول ۲-۱- میزان تغییرت دانسیته انرژی دریافتی با تغییر ارتفاع.. ۳۳

جدول ۲-۲- نسبت انرژی تولیدی به سرعت باد در شرایط استاندارد. ۳۴

جدول ۴-۱- محل نصب ایستگاه‌های پروژه اطلس باد کشور. ۸۸

جدول ۴-۲- آمار  تقاضای بخش خصوصی… ۹۱

 

افزودن به سبد خرید نهایی کردن خرید مورد به سبد خرید اضافه شد