شما اینجا هستید
صفحه اصلی > از دست ندهید! > صنعت توربین های بادی

صنعت توربین های بادی

توربین بادی، به توربینی گفته می‌شود که برای تبدیل انرژی جنبشی باد ، به انرژی مکانیکی به کار می‌رود. توربین‌های بادی در دو نوع با محور افقی و با محور عمودی ساخته می‌شوند.

توربین های بادی مصارف مختلفی دارند. برای مثال توربین‌های بادی بزرگ‌تر با چرخاندن ژنراتور و تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی، به عنوان یک منبع تولید انرژی‌الکتریکی به‌ شمار می‌روند .توربین‌های بادی کوچک برای کاربردهایی مانند شارژکردن باتری ها و یا توان کمکی در قایق‌های بادبانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پمپ بادی برای پمپ کردن آب و آسیاب بادی برای آسیاب گندم به کار می‌رود.

تاریخچه

نخستین ماشینی که با استفاده از نیروی باد به حرکت درآمد، چرخ بادی هرون بود. ولی نخستین آسیاب بادی عملی، در سده۷ میلادی در سیستان ساخته شد. پیدایش آسیاب‌های بادی در اروپا مربوط به سده‌های میانه است. نخستین مورد ثبت‌شده در مورد استفاده از آسیاب‌هاب بادی در انگلستان ، مربوط به سده‌های ۱۱ و ۱۲ میلادی است.

انواع توربین های بادی

اگرچه طراحی های مختلفی برای توربین بادی موجود می باشد ولی به طور عمده به دو دسته کلی- بر اساس جهت محور چرخش- تقسیم بندی می شوند:

محور افقی )Horizontal Axis Wind Turbines(HAWTS)  که نوع رایج آن می باشد(

محور عمودی Vertical Axis Wind Turbines(VAWTS)

جریان هوا گذرا بر روی هر سطح ، دو نوع نیروی آیرودینامیکی با نام های درگ(Drag) و لیفت(Lift) به وجود می آورد . نیروی درگ در جهت جریان باد و نیروی لیفت عمود بر جریان باد ، می باشد. نیروی مورد نیاز جهت چرخش پره‌های توربین‌های بادی می تواند توسط یکی از این نیرو‌ها و یا هر دوی آن‌ها تامین بشود .

توربین‌های بادی محور افقی (HAWT)

در توربین‌های بادی با محور افقی  ( Horizontal Axis Wind Turbine) که به اختصار HAWT هم نامیده می‌شوند، روتور و ژنراتور الکتریکی در بالای یک برج بلند قرار گرفته و باید در راستای باد قرار گیرند. توربین‌های بادی محور افقی، رایج‌ترین توربین‌ها هستند. در توربین‌های کوچک یک پره بادی ساده به کار می رود. در توربین‌های بزرگ، معمولاً از یک سنسور باد کوبل با موتور servo برای چرخاندن توربین با باد استفاده می‌کنند. بیشتر توربین‌های بادی بزرگ دارای یک جعبه‌دنده هستند که به کمک آن ، می توان دوران آهسته روتور را به دورانی سریع‌تر تغییر داد. این امر ، بیشتر برای ژنراتور‌های الکتریکی مناسب است.

توربین های بادی محور عمودی (VAWT)

در توربین‌های بادی با محور عمودی (Vertical Axis Wind Turbine) که به اختصار VAWT نامیده می‌شود، روتور اصلی به‌صورت عمودی قرار می‌گیرد.  توربین‌های بادی محور عمودی، VAWT، دارای روتور اصلی به‌صورت عمودی هستند. مهم‌ترین مزیت این آرایش، عدم نیاز به جهت‌گیری توربین در راستای باد است. این توربین‌ها مناسب جهت استقرار در مکان‌هایی با بادهای متغیر یا مغشوش ، هستند.

باید توجه داشت که توربین‌های بادی می‌بایست نزدیک‌تر به سطح زمین نصب شوند . از طرفی در ارتفاع کم، سرعت باد کمتر است ؛ از این رو انرژی کمتری از سایز مشخص توربین تولید می‌شود. جریان هوا نزدیک زمین و دیگر اشیا می‌تواند جریان مغشوش ایجاد کند که باعث پیامدهای لرزش شامل سروصدا و خستگی یاتاقان می‌شود. در نتیجه هزینه نگهداری ممکن است افزایش یابد و عمر کاری کم شود.

دو نوع اصلی این توربین‌ها، توربین‌های بادی ساونیوس و توربین های بادی داریوس هستند.

اجزای تشکیل دهنده توربین بادی:

باد سنج: (Anemometer)  این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آن را به کنترل‌کننده‌ها انتقال می‌دهد.

پره‌ها (Blades): بیشتر توربین‌ها دارای دو یا سه پره می‌باشند. وزش باد بر روی پره‌ها باعث بلند شدن و چرخش پره‌ها می‌شود.

ترمز (Brake) : از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفاده می‌شود. عمل ترمز کردن می‌تواند بصورت مکانیکی، الکتریکی یا هیدرولیکی صورت پذیرد.

کنترلر : (Controller) هنگامیکه سرعت باد به ۸ تا ۱۶ مایل بر ساعت می‌رسد ، کنترولرها ماشین را راه‌اندازی می‌کنند. از طرفی ، آنگاه که سرعت از ۶۵ مایل بر ساعت بیشتر بشود ، دستور خاموش شدن ماشین را می‌دهند. این عمل از آن جهت صورت می‌گیرد که توربین‌ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به ۶۵ مایل بر ساعت می‌رسد ، حرکت کنند . زیرا ژنراتور به سرعت و حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.

گیربکس : (Gear box) چرخ دنده‌ها از یک سمت به شفت با سرعت پایین و از سمت دیگر به شفت با سرعت بالا متصل می باشند . افزایش سرعت چرخش از ۳۰ تا ۶۰ rpm سرعتی حدود ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ rpm را ایجاد می‌کند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامیست. هزینه ساخت گیربکس‌ها بالاست . از طرفی گیربکس‌ها بسیار سنگین نیز هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده‌ای هستند تا با کشف درایو‌های مستقیم ، ژنراتورها را با سرعت کمتری به چرخش درآورند . در این حالت دیگر نیازی به گیربکس نمی‌باشد .

ژنراتور  : (Generator) وظیفه آن تولید برق متناوب می باشد و بیشتر از نوع ژنراتور‌های القایی می‌باشد.

شفت با سرعت بالا  : (High-speed shaft)وظیفه آن به حرکت درآوردن ژنراتور می‌باشد.

شفت با سرعت پایین :  (Low-speed shaft) رتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن ۳۰ تا ۶۰ دور در دقیقه می‌باشد.

روتور (Rotor) : بال‌ها و هاب به روتور متصل هستند.

برج:  (Tower) برج‌ها از فولادهایی که به شکل لوله درآمده‌اند ساخته می‌شوند. توربینی که بر روی برجی با ارتفاع بیشتر نصب شده است ، انرژی بیشتری دریافت خواهد کرد.

باد نما: (Wind vane) وسیله‌ای است که جهت وزش باد را اندازه‌گیری می‌کند تا با این امر ، جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار بگیرد.

درایو انحراف  : (Yaw drive) وسیله ایست که وضعیت توربین را هنگامی که باد در خلاف جهت می‌وزد ، کنترل می‌کند . از این وسیله هنگامی استفاده می‌شود که روتور در مقابل وزش باد از رو به رو قرار بگیرد . اما زمانی که باد در جهت توربین می‌وزد ، دیگر نیازی به استفاده از این وسیله نمی‌باشد.

موتور انحراف (Yaw motor): برای به حرکت درآوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می‌گیرد.

منابع :

http://www.energyenergy.ir

http://www.satba.gov.ir

مقالات ما را ارزیابی کنید !

سارا رضا بنده لو
دانشجوي مهندسي مكانيك دانشگاه تهران علاقه مند به سيالات و هوافضا، ادبيات، سينما، عكاسي

پاسخ دهید