ویدیو تولید برق توسط توربین بادی
- آسیابهای بادی در دو هزار سال گذشته به بشر کمک کردهاند تا انرژی موجود در باد را به چندین فرم مفید دیگر تبدیل کنند.
- امروزه توربینهای بادی قادرند مقدار زیاد انرژی موجود در باد را به برق تبدیل كنند.
- این به دلیل تیغههایی است که با استفاده از آنالیز آیرودینامیکی پیشرفته و سایر تجهیزات افزايش دهندهي عملکرد توسعه یافتهاند.
- در این ویدیو ما این مجموعه تکنولوژی متفاوت را به یک روش ساده و علمی بررسی خواهیم کرد.
- اول، بیایید به کار اصلی بپردازيم
- اگر وزش باد بتواند بال را بچرخاند، ما از ژنراتوري که به آن متصل است، برق را دریافت میکنیم
- اما، وزش باد چگونه باعث چرخيدن بال ميشود؟
- بیایید یک نگاه دقیق به تیغه داشته باشیم.
- تیغه دارای تعداد زيادي مقاطع عرضی بال واره[1] است که از پايه تا نوک، شامل اندازه و شکلهای مختلفي هستند.
- تکنولوژی بال وارهي ساده، باعث چرخش تیغه توربین بادی ميشود.
- این بدان معنی است که وقتی یک سیال بر روي یک بال واره حرکت میکند نیروی بالابر تولید میگردد.
- به این ترتیب توربین بادی به چرخش پایهای که ما به دیدن آن عادت میکنیم، دست مییابد.
- درست همانطور که در یک قطار در حال حرکت، اشیا را نسبی تجربه میکنید، تیغه توربین بادی متحرک نیز باد را بطور نسبي تجربه میکند.
- برای تیغه متحرک، سرعت نسبی باد به صورتي است كه نشان داده شده است.
- بنابراین تیغه توربین بادی، به شکل کج قرار داده ميشود تا با سرعت نسبی باد همتراز گردد.
- با افزایش سرعت تیغه تا نوک آن، سرعت نسبی باد نيز بیشتر متمايل به نوک میشود.
- این بدان معنی است که یک پیچ خوردگي پیوسته، به پايه تا نوک تیغه داده ميشود.
- با این وجود این چرخش را نمیتوان مستقیما به ژنراتور متصل کرد.
- چون تیغههای توربین بادی به دلیل مسائل مربوط به نويز و قدرت مکانیکی، معمولا در نرخ rpm بسیار پایین میچرخند.
- با توجه به اين چرخش کم سرعت، نمیتوانیم فرکانس الکتریکی قابل ملاحظهاي از یک ژنراتور تولید کنیم.
- بنابراین قبل از اتصال به ژنراتور، سرعت در جعبه دنده افزایش پيدا ميكند.
- این جعبه دنده از یک تنظیم دنده سیارهای شكل برای رسیدن به نسبت سرعت بالا استفاده میکند.
- يك ترمز هم در آشيانه[2] قرار ميگيرد
- عملکرد ترمز این است که چرخش تیغههای هوا را در شرایط بیش از حد بادي، متوقف کند. درنتیجه برق از طریق کابل به سمت پایهاي حركت میکند که در آن یک ترانسفورماتور افزاينده قرار دارد.
- توربین بادي برای استخراج حداکثر توان، باید بصورت نرمال با باد برخورد کند.
- اما جهت باد میتواند در هر زمان تغییر کند.
- یک سنسور سرعت در بالای آشيانه، سرعت و جهت باد را اندازه گیری میکند.
- انحراف در جهت باد به کنترل کننده الکترونیکی فرستاده میشود که آن هم به نوبه خود یک سیگنال مناسب برای اصلاح خطا به مکانیزم انحراف دهنده میفرستد.
- میتوانید ببینید که چگونه موتورهای انحراف[3]، آشيانه را ميچرخانند.
- بنابراین توربین بادی همیشه با جهت باد هماهنگ میشود: با توجه به سرعت باد، زاویه سرعت نسبی باد نیز تغییر میکند.
- يك مکانیزم كج كنندهي تیغه، تیغهها را كج ميكند و تطبیق مناسب تیغه با سرعت نسبی را تضمین مینمايد.
- بنابراین پرهها همیشه با زاویهی مطلوب در جهت خلاف جریان نسبی باد هستند.
- راندمان توربین بادي موضوع بسیار جالبي است.
- برای اينكه بینش خوبي راجع به راندمان توربین بادی بدست آوريد فرض کنید که در حال اندازه گیری سرعت باد در قسمت بالا و پایین بر روي توربین باد هستيد.
- میتوانید متوجه شويد که سرعت باد در قسمت پایین بسیار كمتر از قسمت بالا است.
- علت این است که پرهها يك انرژی جنبشی از باد جذب میکنند.
- همان مقدار انرژی به ورت توان مکانیکی توربین بادی تبدیل میشود.
- جالب توجه است که توربین بادی 100 درصد از انرژی جنبشی موجود را تنها در صورتیکه سرعت باد در قسمت پایین صفر شود، جذب میکند.
- با این وجود سرعت باد صفر در قسمت پایین، یک وضعیت غیرممکن است.
- این انیمیشن کارتونی، این واقعیت را به وضوح نشان میدهد.
- سرعت صفر در قسمت پایین به این معنی است که کل جریان، ذخیره شده است.
- این واقعیت فیزیکی جریان، نیازمند مقدار مشخصی از سرعت باد خروجی است.
- این بدان معنی است که به لحاظ نظری، یک توربین بادی میتواند به حداکثر راندمان برسد.
- این حد، به حد بتز معروف است.
- اساسا این بدان معنی است که هیچ توربین بادی در جهان تا کنون نتوانسته از حد مجاز 59.3 درصد عبور کند.
- ما امیدواریم که شما اکنون بینش خوبی از عملکرد توربینهای بادی در اختیار داشته باشید.
[1] airfoil
[2] nacelle
[3] yaw motors
ویدیو تولید برق توسط توربین بادی دیدگاه
سلام
ممنون از توضیحات قلبل فهم شما