طراحی توربین بادی از نوع وطنی

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

توربین‌های بادی کوچک برای کاربردهایی مانند شارژکردن باتریها و یا توان کمکی در قایق‌های بادبانی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالی که توربین‌های بادی بزرگ‌تر با چرخاندن ژنراتور، به عنوان یک منبع تولید انرژی الکتریکی به‌شمار می‌روند. انواع دیگری از توربین‌های بادی وجود دارد که برای پمپ کردن آب استفاده می‌شود که به آن پمپ بادی می‌گویند یا برای آسیاب گندم به کار می‌رود که آسیاب بادی نام دارد و موارد دیگر به کار می‌رود.

 

 

 

 

اولین استفاده‌ها از انرژی باد به استفاده جهت در توربین‌های چرخان به آسیاب‌های بادی برمی‌گردد. نخستین آسیاب‌های بادی، کاملاً از آسیاب‌های بادی معروف هلندی، که تصویر آن‌ها در ذهن بسیاری از ما ثبت شده است، متفاوت بود. تعداد پره‌های این آسیاب‌ها به ۱۲ عدد می‌رسید و پره‌ها از بالای یک دیرک عمودی، همانند بادبان‌های یک کشتی که از فراز دکل و بازوی افقی دکل آویزانند، آویخته شده بود.

شاید بتوان شکل کلی این آسیاب‌ها را با چرخ و فلک‌های شهربازی‌های امروزی مقایسه کرد که محور اصلی آن‌ها در مرکز یک دایره روی زمین نصب شده است و اتاقک‌های چرخ و فلک همیشه فاصله ثابتی از سطح زمین دارند. این نوع طراحی برای آسیاب‌های بادی، شاید از بادبان‌های یک کشتی، یا از چرخ‌های دعای بودایی‌های آسیایی، که با نیروی باد می‌چرخید، الهام گرفته شده باشد. استفاده از انرژی باد پیشینه دراز مدتی داشته و به حدود سده ۲ پیش از میلاد در ایران باستان بازمی‌گردد. برای نخستین بار، ایرانیان موفق شدند با استفاده از نیروی باد، دلو (دولاب) یا چرخ چاه را به گردش درآورده و آب را از چاه‌ها به سطح مزارع برسانند.

 

 

 

 

نخستین ماشینی که با استفاده از نیروی باد به حرکت درآمد، چرخ بادی هرون بود ؛ ولی نخستین آسیاب بادی عملی، در سده ۷ 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.

 

 

 

 

نخستین توربین بادی با کاربرد تولید برق، یک ماشین شارژ باتری بود که در ژوئیه ۱۸۸۷ توسط یک مهندس اسکاتلندی به نام جیمز بلایث ساخته شد. چند ماه بعد، مخترع آمریکایی چارلز فرانسیس براش نخستین توربین باد خودکار را برای تولید برق در کلیولند در اوهایو ساخت.

 

 

 

 

در سال ۱۹۰۸، ۷۲ توربین بادی با کاربرد تولید برق (بین ۵ تا ۲۵ کیلووات) در آمریکا فعال بودند.

 

 

 

 

در دهه ۱۹۳۰، توربین‌های بادی کوچک برای تولید برق مورد نیاز مزارع در آمریکا، که هنوز سامانه سراسری توزیع برق راه‌اندازی نشده بود، بسیار متداول بودند.

 

 

 

 

در پاییز سال ۱۹۴۱، نخستین توربین بادی در کلاس مگاوات در ورمونت راه‌اندازی شد. نخستین توربین بادی متصل به شبکه برق در بریتانیا در سال ۱۹۵۱ در جزایر اورکنی ساخته شد.

 

 

 

 

در سال ۲۰۰۶ برای اولین بار در اتحادیه اروپا رشد تولید برق از انرژی‌های نو بیش از رشد تولید برق از منابع فسیلی بود.

 

 

 

 

از سال ۱۳۷۹ تا ۱۳۸۶ شمسی، ظرفیت تولید برق بادی جهان از ۱۸۰۰۰ مگاوات به ۹۲۰۰۰ مگاوات افزایش یافته است.

از سال ۲۰۰۰ تاکنون این صنعت سالانه ۲۵٪ رشد کرده و هر سه سال دو برابر شده است و این در شرایطی است که رشد اقتصاد جهانی از یک تا دو درصد در سال بیشتر نیست.

اجزای تشکیل دهنده توربین بادی

۱- باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به کنترل کننده‌ها انتقال می‌دهد.

 

 

 

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

 

 

 

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

 

 

 

۴- کنترولر (Controller): کنترولرها وقتی که سرعت باد به ۸ تا 16 mph می‌رسد ما شین را، راه‌اندازی می‌کنند و وقتی سرعت از 65 mph بیشتر می‌شود دستور خاموش شدن ماشین را می‌دهند. این عمل از آن جهت صورت می‌گیرد که توربین‌ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به 65 mph می‌رسد حرکت کنند زیرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.

 

 

 

 

۵- گیربکس (Gear box): چرخ دنده‌ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و آنها از طرف دیگر همان‌طور که در شکل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل می‌باشند و افزایش سرعت چرخش از ۳۰ تا 60 rpm به سرعتی حدود ۱۲۰۰ تا 1500 rpm را ایجاد می‌کنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامیست. هزینه ساخت گیربکس‌ها بالاست درضمن گیر بکس‌ها بسیار سنگین هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده‌ای می‌باشند تا درایوهای مستقیمی کشف نماید و ژنراتورها را با سرعت کمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربکس نداشته باشند.

 

 

 

 

۶- ژنراتور (Generator): که وظیفه آن تولید برق متناوب می باشدو بیشتر از نوع ژنراتور‌های القایی می‌باشد.

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

 

 

 

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

 

 

 

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

 

 

 

۱۰- برج (Tower): برج‌ها از فولادهایی که به شکل لوله درآمده‌اند ساخته می‌شوند. توربین‌هایی که بر روی برج‌هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده‌اند انرژی بیشتری دریافت می‌کنند.

 

 

 

۱۱- جهت باد (Wind direction): توربین‌هایی که از این فناوری استفاده می‌کنند در خلاف جهت باد نیز کار می‌کنند در حالی که توربین‌های معمولی فقط جهت وزش باد به پره‌های آن باید از روبرو باشد.

 

 

 

 

۱۲- باد نما (Wind vane): وسیله‌ای است که جهت وزش باد را اندازه‌گیری می‌کند و کمک می‌کند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشته باشد.

 

 

 

۱۳- درایو انحراف (Yaw drive): وسیله ایست که وضعیت توربین را هنگامیکه باد در خلاف جهت می‌وزد کنترول می‌کند و زمانی استفاده می‌شود که قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گیرد اما زمانی که باد در جهت توربین می‌وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی‌باشد.

 

 

 

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

 

 

 

شناخت استعداد هر نقطه از کشور برای بکارگیری انرژی، همان مطلوب گم شده ای است که می تواند قدم های بزرگی در راه بی نیازی ما از منابع فسیلی بردارد.

 

 

 

وزش بادهای نامتناوب کرمانشاه در نگاه اول می تواند هرکسی را از فکر بکارگیری توربین بادی در این استان برحذر دارد اما توربین بادی ساخته شد دقیقا برای بهره گیری از همین نکته.

 

 

 

رسول احمدی پژوهشگر و مدیر واحد فناور پارک علم و فناوری کرمانشاه در مورد این دستاورد اظهار کرد: از آنجا که در استان کرمانشاه، باد به صورت یکنواخت نمی‌وزد و با سرعتهای متفاوت به هر سمتی می‌وزد، اقدام به ساخت یک توربین بادی کردیم.

 

 

 

تولید برق در صنعت کشاورزی همان چیزی است که اساس طراحی و ساخت دستگاه گریز از مرکز دور اتوماتیک یا همان توربین بادی را شامل می شود.

 

 

 

وی افزود: طرح دستگاه گریز از مرکز دور اتوماتیک (توربین بادی) با ایده محوری تولید برق در صنعت کشاورزی اجرا شده است.

 

 

 

احمدی خاطرنشان کرد: رایگان بودن انرژی بادی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی و در نهایت جایگزین شدن آن به جای استفاده از موتورهای گازوئیلی و برقی در صنعت کشاورزی از جمله اهداف و مزایای این طرح است.

 

 

 

 

وی در ادامه افزود: استفاده از این طرح در تمام نقاط کشور امکان پذیر است، بطوری‌که می‌توان به صورت یکنواخت در هر سرعتی از باد آن را تنظیم کرد.

 

 

 

احمدی خاطرنشان کرد: زمانی که باد ۱۰ کیلومتر و یا ۱۰۰ کیلومتر سرعت داشته باشد، این دستگاه طوری تنظیم شده است که یکنواخت می چرخد و انرژی تولید می‌کند.

 

 

 

گفتنی است نخستین توربین بادی سه کیلو وات محور افقی ساخت داخل کشور در منطقه بینالود واقع دراستان خراسان رضوی در سال 1392 به بهره برداری رسید.

 

 

 

این توربین بادی توسط محققان پژوهشکده هوا خورشید دانشگاه فردوسی مشهد و با حمایت قرارگاه سازندگی خاتم اوصیاء(ص) ساخته شده است.

 

 

 

این توربین با ارتفاع طاقه 12متر و وزن 360 کیلو گرم در دامنه باد 3 الی 16 متر بر ثانیه کار می کند و تمامی مراحل طراحی و ساخت و تجهیزات مورد نیاز آن توسط محققان پژوهشکده هوا خورشید دانشگاه فردوسی مشهد و حمایت قرارگاه سازندگی خاتم اولاصیاء انجام شده است .

 

 

 

پژوهشکده هوا خورشید دانشگاه فردوسی مشهد از سال 1389 فعالیت خود را در سه محور ساخت توربین بادی ، نیروگاه خورشیدی و صنعت هوایی آغاز کرده است .

انتهای خبر