توربین بادی چگونه کار میکند؟

برای استفاده و کنترل نیروی باد به تجهیزاتی نیاز است که به آن توربین بادی (به انگلیسی Wind Turbine) گفته می شود. توربين ها وسيله هایی هستند که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. نیروی باد باعث چرخش پره های توربین شده و آن ها را به حرکت در می آورد، این نیروی حاصل از چرخش بره ها توسط شفت به ژنراتور منتقل شده و در ژنراتور به برق تبدیل می شود. توربین های بادی را می توان به صورت ترکیبی در فرم خوشه ای استفاده کرد که اصطلاحا به آن مزرعه باد" گفته می شود و توسط شرکت های بزرگ برای تامین انرژی پشتیبان مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر تولید انرژی الکتریکی که به آن اشاره شده از این انرژی می توان برای آسیاب کردن دانه ها، بمب کردن آب، شارژ کردن باتری ها و ... استفاده کرد.

کاربرد توربین بادی

امروزه با رشد روز افزون مصرف انرژی استفاده از سوخت های فسیلی در نیروگاه ها جهت تولید انرژی الکتریکی رو به افزایش است. با توجه به توليد آلاينده های زیست محیطی توسط نیروگاه ها و نیاز روز افزون به انرژی الکتریکی ضرورت تولید انرژی الکتریکی با روش های نوین وبدون تولید آلاينده های زیست محیطی بیشتر مد نظر مدیریت کلان توليد انرژی قرار میگیرد. یکی از گونه های انرژی که جهت تولید نیروی الكتريسيته مورد استفاده قرار می گیرد انرژی بادی است. با توجه به اینکه انرژی بادی جزء انرژی های تجدید پذیر می باشد و تبدیل آن به انرژی الکتریکی با راندمان بالا و استهلاک پايين صورت می پذیرد در نتيجه استفاده از انرژی بادی جهت تولید انرژی الکتریکی مقرون به صرفه می باشد.

مزایای توربین بادی

کاهش اثرات مخرب زيست محيطي
عدم انتشار هیچ یک از گازهای گلخانه ای
ممانعت از آلودگی ناشی از حمل ونقل
تولید برق بدون استفاده از آب (کاهش انرژی ناشی از خشکسالی و جلوگیری از آلودگی آب
تولید برق در کل ساعات شبانه روز در مناطق بادخيز
تركيب با پنل های خورشیدی در مکان های آفتابی و بادی
قابلیت نصب تجاری یا خانگی
جاگیر نبودن توربین های بادی
صرفه جویی در هزینه برق و مقرون به صرفه بودن
عدم نیاز به سوخت و کاهش مصرف سوختهای فسیلی

روتور توربین بادی در واقع همان بخش دواری است که پره‌ها با آن متصل شده و دوران می‌کنند. پره‌ها، هاب، دماغه و یاتاقان‌های پره، روتور را تشکیل می‌دهند. روتور توربین‌های بادی با محور افقی(HAWT)، عمود بر جهت باد دوران می‌کند. در حالیکه جهت دوران روتور توربین‌های عمود محور(VAWT)، هم جهت با وزش باد است. روتور توربین‌های افقی توسط یک برج در ارتفاع مناسبی نسبت به زمین قرار می گیرد و همچنین برای قرار گرفتن در جهت باد و کنترل سرعت آن تدابیری اندیشیده می‌شود

ناسل توربین بادی شامل پوشش خارجی مجموعه توربین، شاسی و سیستم دوران حول محور برج می باشد که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد. بعضی از ناسل ها آنقدر بزرگند که تکنسین ها می توانند داخل آن بایستند.

وظیفه پره گرفتن انرژی جنبشی باد و تولید بیشترین گشتاور ممکن از آن است. تحقیقات بسیاری روی هندسه پره‌ها انجام شده و در حال انجام است. طراحی و تحلیل پره‌های آیرودینامیکی از آن دسته مسائل مهندسی است که عدم قطعیت آن بسیار زیاد است. تعداد پره‌ها در توربین‌های بادی متغیر است (معمولاً دو یا سه پره)، پهنای پره (یا کورد) نیز، بسته به شرایط محیط و طراحی توربین متفاوت است. ممکن است پره در امتداد محور طولی تاب داشته باشد. برای کنترل توربین‌های بادی و حفظ امنیت آن‌ها در باد‌های بسیار سریع و طوفان‌ها، توربین‌های بادی مدرن قابلیت چرخاندن پره‌ها حول محور خودشان را دارا هستند. به این ترتیب می‌توان توانایی ایجاد کم‌ترین نیروی ممکن و کاهش سرعت دوران روتور را فراهم کرد.

بسته به اندازه توربین و شرایط طراحی، انواع متفاوتی از برج‌ها استفاده می‌شود. برج‌های استوانه‌ای بتنی، فولادی و کامپوزیتی رایج ترین برج‌ها برای کاربرد‌های تجاری در مقیاس نیروگاهی هستند. همچنین از برج‌های مشبک، سازه‌های فولادی و ستون‌های مهار شده توسط کابل نیز به عنوان پایه استفاده می‌شود. ارتفاع برج معمولاً بین یک تا یک و نیم برابر قطر روتور در نظر گرفته می شود. انتخاب نوع برج وابستگی به شرایط سایت دارد. همچنین استحکام برج فاکتور مهمی در دینامیک سازه توربین باد محسوب می گردد چرا که احتمال همسان شدن ارتعاشات بین برج و روتور که منجر به خطر رزونانس می گردد وجود دارد.

سیستم انتقال قدرت به وسیله یک جعبه دنده پیشرفته محور با گشتاور بالا و سرعت کم (سمت روتور) را به محور پر سرعت (سمت ژنراتور) متصل می‌کند. در این مجموعه وظیفه گیربکس افزایش سرعت نامی روتور از یک مقدار کم (در حد چند ده دور در دقیقه) به یک مقدار بالا (در حد چند صد یا چند هزار دور در دقیقه) که مناسب برای تحریک یک ژنراتور استاندارد است، می‌باشد.

در ژنراتور گشتاور مکانیکی به توان الکتریکی تبدیل می‌شود. انواع مختلف ژنراتور های DC, AC و القایی در توربین‌های بادی استفاده می‌شود.

مشاوره رایگان

5/5 - (1 امتیاز)