انواع توربین بادی
وظیفه توربین های بادی، تبدیل انرژی باد به کار مکانیکی ( مانند آسیاب بادی و حرکت وزنه ) و تولید الکتریسیته میباشد. توربین های بادی یک منبع جایگزین انرژی اند که تجدید پذیر بوده؛ از آنجایی که هیچ گونه آلودگی ندارند با محیط زیست کاملا سازگارند.
این نوع توربین ها به دو دسته کلی محور افقی و محور عمودی تقسیم میشوند.
توربین های محور افقی، دارای ساختمان پیچیده بوده و نصب آنها فقط در مناطق با باد دائمی و سرعت بالا ارزش اقتصادی دارد. اما توربین های محور عمودی دارای ساختمان و نصب بسیار سادهای بوده و در سرعت ها و جهت های مختلف باد قابل استفاده میباشند. این توربین ها، بر خلاف توربین های محور افقی، دارای سرعت دورانی کم و گشتاور زیاد بوده و مستقل از جهت باد هستند. به همین دلیل از آنها بیشتر برای تولید برق جهت انتقال قدرت ازجمله هوای فشرده و سیستم های هیدرولیك استفاده می شود تا تولید مستقیم الكتریسیته.
|
توربین محور عمودی |
توربین محور افقی |
مكانیزم كار انواع توربین
توربین های بادی با محور چرخش عمودی VAWT
در توربین ها یا روتورهای محور عمودی، محور دوران عمود بر سطح زمین و چرخش تیغه ها به موازات زمین است. و به همین دلیل سطحی که توسط باد به حرکت در میآید پس از نیم دور چرخش مجبور است در جهت عکس جریان باد به حرکت خود ادامه دهد و این مشکل سبب پایین آمدن ضریب توان آنها می شود. به همین دلیل در این روتورها منحنی پره از اهمیت خاصی برخوردار است.
مزایا توربین های عمودی :
- از مزایای این نوع توربین عمودی نسبت به توربین های بادی محور افقی، عدم حساسیت به جهت باد و آشفتگی آن می باشد (این نکته در مکان‌هایی که جهت وزش باد خیلی متغیر است، مثلاً در بالای ساختمان‌های مسکونی، یک امتیاز به شمار می‌رود).
- عملکرد مناسب و کارا هنگام وزش بادهای مغشوش و گردابه‌ای
- توربین بادی محور عمودی می تواند در فاصله ای نزدیکتر به زمین نصب گردد و جعبه‌دنده و ژنراتور در نزدیکی زمین قرار می گیرند که این موضوع سبب امنیت و ارزانی بیشتر در ساخت و نگهداری و تعمیر آسان‌تر آن می شود و همچنین برج یا دکل نیاز به پشتیبانی آن ندارد.
- از آنجا که نوک پره ها در این نوع توربین ها به محور دوران نزدیکتر است، سر و صدای کمتری نسبت به توربین محور افقی تولید می کنند و حجم واندازه کمتر آن ها، برخوردهای محیطی را نیز کاهش می‌دهد.
معایب توربین های عمودی :
- مشکل اصلی این نوع توربین ها، ایجاد نیروی مخالف نسبت به بادی که به پره دیگر می وزد، است پس بازدهی انفرادی کمتر آنها در مقایسه با توربین‌های افقی و گشتاور تکانی (لنگر) که در طول هر دوره تناوب تولید می شود؛ کمتر است.
- نصب توربین های محور عمودی روی برج ها سخت است؛ بدین معنی که آنها باید در جریان های هوایی آهسته تر با اغتشاش بیشتر و نزدیک زمین با بازده استخراج انرژی پایین تر عمل کنند.
- به دلیل کم بودن سرعت دورانی پره ها، گشتاور زیاد است.
- هزینه ی بالای طراحی و تحلیل ایرفویل پره‌ها از دیگر مسایل است. جبران بازده کمتر توربین‌های محور عمود از طریق چیدمان فشرده‌تر آنها و طراحی جدید امکان‌پذیر است. مسأله خستگی سازه نیز با قابلیت پیش‌بینی دقیق‌تر بارهای آیرودینامیکی تا حد زیادی قابل بر طرف شدن است.
طبقه بندی توربین های بادی پروانه ای با محور عمودیAWT
توربین های بادی با محور چرخش افقی HAWT
این نوع توربین ها رایج ترین توربین های بادی هستند که مورد استفاده قرار می گیرند.همه اجزای آن (پره ها، شفت، ژنراتور) در بالای برج بلندی قرار گرفته و تیغه ها رو به باد طراحی شده اند. محور شفت نسبت به زمین افقی است، باد در حال برخورد به تیغه ها باعث چرخش آن ها می شود. در انتهای محور، چرخ دنده ای وجود دارد که به ژنراتور متصل است و برق تولید شده را به شبکه قدرت می رساند. این توربین ها چند جز کلیدی دارند که بهره وری را بالا می برد. موتور انحراف دهنده پره ها کاری می کنند که پره هاه همواره رو به باد باشند. در مقابل بادهای شدید توربین ترمزی دارد که به سیستم استراحت می دهد و از هر گونه صدمه ای جلوگیری به عمل می آورد.
مزایای توربین افقی
- تیغه ها به سمت مرکز گرانش توربین اند که به ثبات آن کمک می کند.
- تیغه ها برای قرار گیری در بهترین زاویه قابلیت پیچ و تاب دارند
- با پیچ کردن تیغه ها به روتور آسیب ها در طوفان به حداقل می رسد.
- بلندی برج این امکان را می دهد تا دسترسی به بادهای شدید و قوی بیشتر شود.
- قابل استفاده در زمین های ناهموار و دور از ساحل
- بیشتر آن ها شروع خودکار دارند.
معایب توربین افقی
- کارکرد سخت در نزدیک سطح زمین
- سختی در حمل و نقل
- مشکل در نصب و راه اندازی
- در مجاورت رادار تحت تاثیر قرار می گیرد
- تعمیر و نگه داری آن سخت است
طبقه بندی توربین های بادی پروانه ای با محور افقی HAWT
در حال حاضر بازدهی توربین‌های بادی تا حد زیادی به تئوری آن نزدیک شده و بر این اساس می‌توان صنعت توربین‌های بادی را صنعتی بالغ تلقی کرد که جای رشد کمی در آن باقی مانده است.
اما تحقیقات اخیر پیش فرض‌های قدیمی را دگرگون کرده است. بر اساس این تحقیقات، نوع و نحوه چیدمان توربین‌های بادی می‌تواند بازده کلی تولید برق را تا حد زیادی افزایش دهد.
در مزارع بادی موجود، به دلیل اثرات آیرودینامیکی ملخ‌های هر توربین روی سایر ملخ‌ها، به ناچار باید فاصله توربین‌ها از یکدیگر را افزایش داد که این امر سبب بزرگ شدن اندازه مزرعه می‌گردد. اما در عین حال بخش زیادی از بادی که وارد فضای مزرعه می‌گردد بدون برخورد با هیچ ملخی از مزرعه خارج شده و انرژی نهفته در دل خود را نیز با خود می‌برد. به عبارت دیگر مزارع بادی موجود تنها از بخشی از انرژی بادی که می‌وزد استفاده می‌کنند. اما در طرح جدید، می‌توان توربین‌ها را در فواصل کمتری نصب نمود تا میزان تولید انرژی در واحد سطح افزایش یابد، همچنین با افزایش ارتفاع توربین‌ها می‌توان از بادهای قوی‌تر و دائمی‌تری برای تولید الکتریسیته بهره گرفت.
هدف طراحی توربین‌های جدید این است که با طراحی آن ها به شکل عمود محور به جای توربین‌های ملخی افقی، بتوان توربین‌ها را نزدیکتر به هم قرار داد.
منابع و پیوندها
گرد آوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
http://dspace.mit.edu/bitstream
برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است
توربین بادی از دید kb.osu.edu/dspace/bitstream
Since most of the country has low speed wind available, this turbine would be applicable in many places and there is a growing market for smaller, more compact wind turbine designs that are easy to maintain and are able to generate power in lower wind speed sand in unsteady conditions.An additional benefit of these turbines is that they can be mounted on existing structures, therefore lowering installation costs by reducing or eliminating the need for tower structures.These smaller turbines can also use batteries to store energy, thereby reducing and possibly eliminating the need for grid power The main objective of this project is to develop a small-scale vertical-axis wind trbine that will be a safe and viable option for many environments and applications…more
توربین بادی از دید environment.nationalgeographic.com
Wind is the movement of air from an area of high pressure to an area of low pressure. In fact, wind exists because the sun unevenly heats the surface of the Earth. As hot air rises, cooler air moves in to fill the void. As long as the sun shines, the wind will blow. And as long as the wind blows, people will harness it to power their lives…more
