انواع توربين

انواع توربين

انواع توربين

انواع توربين‌ها

2-1- انواع توربين های بادی ……………………………………………………………………………………………….

2-1-1- توربين های محور افقی  ……………………………………………………………………………………….

2-1-2 توربين های محور عمودی ……………………………………………………………………………………..

2-2- چرخش توربین‌ها………………………………………………………………………………………………………..

2-2-1- چرخش توربین‌های بادی برپایه نیروی درگ……………………………………………………

2-2-2- چرخش توربین‌های بادی بر پایه نیروی لیفت  ………………………………………………

2-3- اجزاء اصلی توربین‌های بادی محور افقی ………………………………………………………………

2-4- انواع مختلف توربین‌های سرعت متغیر……………………………………………………………………………….

2-4-1- ژنراتورهای سنکرون………………………………………………………………………………………………

2-4-1-1- ژنراتور سنکرون با سیم‌پیچی میدان……………………………………………………………..

2-4-1-2- ژنراتور سنکرون مغناطیس دایم ……………………………………………………………………

2-4-2- ژنراتورهای القایی…………………………………………………………………………………………………..

2-4-2-1- ژنراتور القایی از دو سو تغذیه (DFIG)……………………………………………………….

2-4-2-2- ژنراتور القایی روتور قفسی……………………………………………………………………………….

2-4-2-3-  ژنراتور القایی از دوسو تغذیه بدون جاروبک(BDFM)……………………………

2-4-2-4- ژنراتورهای القایی دو سرعته……………………………………………………………………………

جهت مشاهده و دانلود درایو موتور القایی کلیک کنید.

2-5- توپولوژی اتصال توربین‌های بادی در مزرعه بادی…………………………………………………

2-6- سیستم‌های قدرت بادی مجهز بهDFIG

منابع

انواع توربين‌

  انواع توربین‌ های بادی 

اگرچه طراحی‌های مختلفی برای توربين بادی موجود می‌باشد ولی بطور عمده به دو دسته کلی براساس جهت محور چرخش تقسیم‌بندی می‌شوند:

محور افقی (HAWTS ): که نوع رایج آن می‌باشد.

محور عمودی (VAWTS )

شکل(2-1) دو ساختار محور عمودی و محور افقی از توربین بادی

جریان هوا بر روی هر سطحی دو نوع نیروی آیرودینامیکی با نام های درگ و لیفت به وجود می‌آورد که نیروی درگ در جهت جریان باد است و نیروی لیفت عمود بر جریان باد می‌باشد. یکی از این نیروها یا هر دو می‌توانند نیروی مورد نیاز برای چرخش پره‌های توربین‌های بادی را تامین نمایند[1].

جهت مشاهده و دانلود توربین گازی کلیک کنید .

  توربین‌های محور افقی  

ویژگی روتورهای توربین‌های محور افقی جدید بسیار شبیه ملخ هواپیما می‌باشد. جریان هوا روی مقطع آیرودینامیکی شکل پره‌هاحرکت می‌کند و نیروی لیفت را به وجود آورده که باعث چرخش روتور می‌گردد. ناسل توربین‌های محور افقی محلی برای گیربکس و ژنراتور می‌باشد.مساحتی که هر کدام از پره‌ها جاروب می‌کنند از این فرمول بدست می‌آید:

(1-2)

که در آن D قطر روتور می‌باشد. این مساحت جاروب شده باید مستقیماً روبروی وزش باد باشد تا ماکزیمم برق تولیدی را داشته باشیم. پس توربین‌های محور افقی باید سیستمی برای تنظیم در مقابل باد قرار گرفتن داشته باشند که به آن مکانیزم yawing می گویند. بطوری که کل ناسل می‌تواند به سمت باد بچرخد.  در توربین‌های کوچک دنباله بادنما این کنترل را بر عهده دارد. ولی در سیستم‌های متصل به شبکه سیستم کنترل یاو فعال می‌باشد که به وسیله سنسورهای تعیین کننده جهت باد و موتورها، ناسل به سمت باد می‌چرخد[1].

شکل(2-2) توربین با ظرفیت تولید پایین با سیستم کنترل بادنما (یاو)برای هدایت پره‌ها در جهت باد

توربین‌های محور عمودی

این توربين ها به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند Savnoius و Darrieus

Savnoiusمانند یک چرخ آب با نیروی درگ کار می‌کند در حالی که Darrieus از تیغه‌هایی مشابه توربین‌های محور افقی استفاده می‌کند. توربین‌های محور عمودی بسیار نزدیک به زمین قرار می‌گیرند که از مزیت‌های آن قرار دادن تجهیزات سنگین آن از جمله گیربکس و ژنراتور نزدیک به سطح زمین می‌باشد، هرچند که شدت باد در سطح زمین کمتر است و در نتیجه برق کمتری تولید خواهد نمود. از دیگر مزایای این نوع توربین‌هامی‌توان به نیاز نداشتن سیستم یاو اشاره کرد چراکه این نوع توربین‌ها، باد را از هر جهت مهار می‌کنند و این مزیت برتری بسیاری نسبت به کمبودهای آن دارد. از کمبودهای آن می‌توان به این مورد اشاره نمود که این نوع توربین‌هابطور خودکار مانند توربین‌های محور افقی شروع به کار نمی‌کنند[1] و [3].

شکل (2-3) انواع روتورهای Darrieus

جهت مشاهده نمونه های دیگر از فصل دوم پایان نامه ارشد مهندسی برق کلیک کنید.

 چرخش توربین‌ ها

 چرخش توربین‌ های بادی برپایه نیروی درگ

توربین‌های بادی برپایه نیروی درگ مانند یک بادبان باز عمل می‌کنند و نیروی باد سطح مورد نظر را جلو می‌برد. اولین توربین‌های بادی که در ایران باستان مورد استفاده قرار می‌گرفت با این رویکرد کار می‌کردند. روتور Savonius یک نمونه بسیار ساده از آسیاب‌های بادی بر پایه نیروی درگ می‌باشد. این توربین‌ها به چرخش در می آیند چراکه نیروی درگ در ناحیه باز و مقعر این روتورها بسیار بزرگتر و بیشتر از قسمت بسته و محدب آنها می‌باشد .

سیستم‌های قدرت بادی مجهز بهDFIG

به علت معایبی که برای توربین‌های بادی سرعت ثابت در فصل اول بیان کردیم که از جمله آنهامی‌توان به موارد زیر اشاره کرد:توان راکتیو و از این رو ولتاژ شبکه را نمی‌توان کنترل کرد تغییرات در چرخش پره‌ها سبب تغییرات در توان خروجی می‌شود و باعث ایجاد تغییرات در ولتاژ می‌شود باعث شده تا بیشتر از توربین‌های بادی سرعت متغیر به علت مزایایی که دارند استفاده کنیم که از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:کنترل سرعت، بهبود کیفیت توان، کاهش فشارهای مکانیکی روی محور توربین، کنترل مجازی توان اکتیو و راکتیو و تولید توان بیشتر نسبت به توربین سرعت ثابت.

اکثر توربین‌های بادی با ظرفیت بیشتر 2 مگاوات از نوعDFIG می‌باشند. چون همان‌طور که در بخش پیش نشان داده شد دارای معایب کمتر ومزایای بیشتری نسبت به انواع دیگر است.

برخلاف نیروگاه‌های مرسوم سنتی مزارع بادی قادر نیستند ولتاژ و فرکانس سیستم را هنگامی که یک خطا در سیستم رخ می‌دهد تامین کنند.برای توربین‌های بادی کوچک کنترل اساسی در حین خطای شبکه توقف توربین و جدا نمودن آن از شبکه می‌باشد.ده تا پانزده دقیقه بعد از این که خطا رفع شد توربین بادی دوباره به شبکه متصل می‌شود و به عملکرد عادی خود باز می‌گردد.

اما برای مزارع بادی بزرگ به خصوص آنهایی که مقادیرتوان بالایی دارند قطع آنها در هنگام خطا در سیستم قدرت روی پایداری سیستم قدرت تاثیر جدی می‌گذارد.

جهت مشاهده و دانلود توربین بادی – تبدیل انرژی باد به انرژی الکتریکی کلیک کنید .

نمونه ای از فهرست منابع لاتین

• [1]www.suna.org.ir
• [2]global wind statistics, global wind energy council(GWEC), 2012.
• [3]Blanco, 2009; EWEA, 2009; Douglas-Westwood, 2010; and Make Consulting, 2011c.
• [4]R. Fiestas, et al., “wind power 2008 sectors year book: analysis and data”, Spanish wind power association, 2008.
• [5]F. Iov, A. Daniela Hansen, P. Sørensen, F. Blaabjerg, Report ” Wind Turbine Blockset in Matlab/Simulink General Overview and Description of the Models” , Aalborg University, March 2004.
• [6]S. Soter, R. Wegener, “Development of Induction Machines in WindPower Technology”, IEEE Electric Machines and drives Conference,Antalya, 2007.
• [7]R. Pena, J. C. Clare, and G. M. Asher, “Doubly fed inductiongenerator using back-to-back PWM converter and its application tovariable speed wind energy generation” , Proc. Inst. Elect. Eng.-Elect.Power Appl., vol. 143, no. 3, pp. 231-241, May. 1996.
• [8]Global Wind Energy Council (GWEC). Available online:http:/www.gwec.net.
• [9] J. B. Ekanayake, L. Holdsworth, X. WU, N. JENKIS, “DynamicModeling Of Doubly Fed Induction Generator Wind Turbines” , IEEETrans On Power System,Vol.18, No.2, May 2003
• [10]G. Shrestha, H. Polinder, D. J. Bang, J. A. Ferreira, “Review ofEnergy Conversion system for Large wind Turbines”, European WindEnergy Conference (EWEC),2008.
• [11] A. Mullane, G. Lightbody, R. Yacamini, “Wind Turbine Fault Ridethrough Enhancement”, IEEE Trans. On power sys, Vol.20, No.4,November 2005.
• [12]Chee-Mun Ong, ”Dynamic Simulation of Electric Machinery: Using MATLAB/SIMULINK”, Prentice Hall PTR, 1998.
• [14]N. Khemiri, A. Khedher, and M. F. Mimouni, “ An Adaptive Nonlinear Backstepping Control of  DFIG Driven by Wind Turbine,”, WSEAS Transations on Environment  and Development, 2012.
• 15-…
• 16-…

https://scholarcommons.sc.edu/elct_etd/