با توجه به پیشرفتهای سریع تکنولوژی در دهه های اخیر ، مهمترین چالش روبروی جوامع و دولتهای مختلف تامین انرژی است. قبل از بحران انرژی پیش آمده در دهه 70 میلادی شاید انرژی های نو و تجدید پذیر فقط به عنوان پژوهش به آن نگریسته می شد اما پس از این واقعه، تمام کشورهای پیشرفته به فکر تامین جایگزین جدی یا تامین بخشی از انرژی خود توسط انرژیهای نو و تجدید پذیر افتادند.
انرژی های تجدید پذیر شامل بازه وسیعی از جمله استفاده از انرژی خورشید (سلولهای خورشیدی، پانلهای فتوولتاییک)، استفاده از انرژی امواج دریا، استفاده از انرژی باد (توربین های بادی، آسیاب های بادی)، استفاده از انرژیهای درونی زمین (مانند نیروگاه های زمین گرمایی) و … می شود. انرژی تجدید پذیر همان طور که از نامش پیداست مانند دیگر منابع انرژی مثل سوختهای فسیلی نگرانی از بابت اتمام آن وجود ندارد یا بازه اتمام آن به قدری طولانی است که عملاً می توان آنرا قابل تجدید دانست. از طرف دیگر بر خلاف سوختهای فسیلی منبع انرژی معمولاً در دسترس و بدون هزینه اضافه است.
در میان این منابع انرژی، شاید یکی از پراهمیت ترین و مقرون به صرفه ترین ها، استفاده از انرژی باد باشد. با توجه به اینکه انرژی قابل استحصال با توان سوم سرعت باد نسبت دارد، بنابراین با نصب توربین باد در مناطق مناسب می توان از این منبع گسترده بهترین استفاده را نمود. در مقایسه با دیگر منابع تجدید پذیر ، انرژی باد می تواند حجم بیشتر و قابل قبول تری توان تامین کرده به نحوی که با بهره گرفتن از تعداد بیشتر این توربین ها یا اصطلاحاً مزارع باد بتوان به مقدار بیشتری از توان تولیدی رسید. در دهه های اخیر شرکتهای متعددی توربین باد به منظور تولید انرژی الکتریکی ساخته اند که تا امروز حداکثر توان نامی قابل استحصال آن به     8 MW رسیده است و با بهره گرفتن از مزارع بادی این نیروگاه ها می تواند در تامین برق شبکه نقش مهمتری ایفا کند. مزیت دیگر این روش برای تولید برق این است که در صورت بی برقی کل شبکه[1] با توجه به عدم نیازمندی این نوع نیروگاه به سوخت فسیلی و یا راه انداز اولیه مانند دیزلها، می تواند نقطه شروع مناسب برای راه اندازی مجدد شبکه باشد و زمان این بی برقی را کاهش دهد.
اخیراً نیز در کشور ایران کارهای پژوهشی در این زمینه انجام شده است و از طرفی استفاده از توربین بادی نیز کم کم در شبکه تولید برق در حال شروع شدن است. تا قبل از این تنها مزارع بادی موجود در کشور در بینالود نیشابور و منجیل بوده که همه آنها توربین های کمتر از 1MW و از نوع دور ثابت بوده است. اما اخیراً در تاکستان قزوین توربین های 2.5MW توسط شرکت مپنا نصب شده است که قرارداد انتقال تکنولوژی این توربین ها که ساخت شرکت Furlander آلمان است با شرکت مپنا منعقد شده و کار ساخت پره ها و دیگر ادوات آن نیز در این شرکت داخلی در حال انجام است. تمام اینها نشان از عزم جدی مدیریت انرژی کشور برای استفاده از توربین های بادی به منظور تامین بخشی از برق شبکه است.
1-2 طرح مساله
توربین های بادی را به طور کلی می توان به دو نوع دور ثابت و دور متغیر تقسیم کرد. در نوع دور ثابت ژنراتور مستقیماً به شبکه متصل می شود و دور ژنراتور – و طبیعتاً دور توربین- با فرکانس شبکه متناسب خواهد شد. در نوع دور متغیر خروجی ژنراتور ابتدا وارد یک طبقه مبدل به عنوان یکسوساز شده و بعد توسط یک رابط DC به طبقه مبدل بعدی که نقش مبدل DC به AC را بازی می کند وصل می شود. این نحوه ی اتصال این حسن را دارد که توربین می تواند در دوری غیر از فرکانس شبکه بچرخد که بیشتر توربین های امروزی از این نوع هستند.
1-2-1 نواحی کاری توربین باد دور متغیر
برای توربین های بادی دور متغیر عملاً نواحی کاری مختلف تعریف می شود که در شکل زیر نشان داده شده است:
 
شکل1-1 نواحی کاری توربین باد[1]

• ناحیه 1 : قبل از سرعت قطع پایین(V _cut-in)، در این ناحیه سرعت باد کمتر از حداقل سرعت مورد نیاز طراحی است که توان الکتریکی تولید نمیشود.

• ناحیه 2 : در این ناحیه سرعت باد از سرعت قطع پایین تا سرعت نامی تغییر میکند، در این ناحیه برای هر سرعت باد معین، بایستی سرعت توربین مقدار مشخص شده ای باشد که حداکثر راندمان را داشته باشیم، بنابراین مساله کنترلی در اینجا رسیدن به حداکثر توان است که این کار با تنظیم سرعت توربین در مقادیر مشخص شده به ازای سرعت باد صورت خواهد گرفت.

• ناحیه 3: در این ناحیه سرعت باد از سرعت نامی تا سرعت قطع بالا (V _cut-out)، تغییر خواهد کرد. در این ناحیه برای این که توربین باد و اجزای آن آسیبی نبیند و از نقطه کار نامی فاصله نگیرد باید توان آیرودینامیکی ورودی به توربین محدود شود. با این کار تمام متغیرهای مشخصه توربین مانند سرعت، توان و گشتاور در محدوده مجاز باقی می ماند. در مقایسه با توربین دور ثابت که چنین قابلیتی ندارد با این کار ناحیه استحصال توان گسترش داده میشود، این درحالی است که در توربین های دور ثابت در صورت افزایش سرعت باد در محدوده ای بیشتر از حد نامی توربین شات دان می شد. در این قسمت همانطور که مشخص است مساله کنترلی ردیابی مقدار مرجع است که از حد مجاز فراتر نرود. این مقدار مرجع می تواند سرعت ، گشتاور و یا توان باشد.

• ناحیه 4 : بعد از سرعت V _cut-out، در این ناحیه سرعت از حد مجاز قابل تحمل مجموعه توربین باد بیشتر شده و به لحاظ طراحی امکان بهره برداری از سیستم در این شرایط وجود ندارد و در این حالت توربین خاموش شده ، و پره ها در زاویه ای قرار میگیرد که نیروی آیرودینامیکی باد حداقل شده و ترمز مکانیکی نیز فعال می شود. در این وضعیت سرعتهای شدید باد به توربین آسیبی نخواهد رساند و چرخش پره ها متوقف خواهد بود.

موضوع این پایان نامه متمرکز بر ناحیه 3 یعنی محدود سازی توان خواهد بود. در این ناحیه همانطور که بیان شد سرعت باد از سرعت نامی تا سرعت قطع بالا تغییر خواهد کرد که در این توربین باد از 10 m/s تا 20 m/s خواهد بود. برای محدود کردن توان بایستی زاویه پره[2] های توربین باد به نحوی تغییر کند که نیروی آیرودینامیکی جابجا کننده[3] پره ها در محدوده نامی باقی بماند.
[1] Black Out
[2] Pitch Angle
[3] Lift
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند