تحقیق پایداری توربین بادی سرعت ثابت

توضیحات

تحقیق پایداری توربین بادی سرعت ثابت

مقدمه

انگیزه‌های پژوهش

انرژی بخش بزرگی از نیاز گذشته، حال و آینده‌ی بشریت را تشکیل داده است و در حال حاضر تبدیل به یکی از نگرانی‌های بشریت برای آینده شده است [1]. امروزه با توجه به افزایش روزافزون انواع مصرف‌کنندگان انرژی الکتریکی در شبکه، صنعتی شدن، افزایش جمعیت جهان، افزایش حمل و نقل و همچنین افزایش شاخص مصرف انرژی به دلیل افزایش استانداردهای زندگی، نیاز به گسترش شبکه‌ی موجود و افزایش تولید انرژی الکتریکی بیش از پیش احساس می‌شود. کاهش منابع سوخت فسیلی، افزایش روزافزون هزینه‌ی آنها و مصرف بی‌رویه‌ی انرژی از مهمترین دلایلی است که پژوهشگران را بر آن داشته تا روش‌های جدیدی برای تولید انرژی ارائه دهند. مسئله‌ی مهم در مورد انرژی‌های فسیلی، تأثیرات سود زیست‌محیطی ناشی از استفاده از سوخت‌های فسیلی است. این سوخت‌ها به عنوان یک تولیدکننده‌ی بزرگ گازهای گلخانه‌ای نظیر تأثیر CO₂ در الگوهای هواشناسی به اضافه‌ی سوخت ناقص هیدروکربن‌ها و مواد احتراقی مانند اکسیدهای نیتروژن و گوگرد در تخریب سلامتی و محیط، یکی از بزرگترین نگرانی‌ها در حوزه‌ی محیط‌زیست را به وجود آورده‌اند. لذا روش‌های جدید تولید انرژی وابسته به طبیعت به وجود آمده که نسبت به روش‌های تولید با سوخت فسیلی، آلودگی‌های کمتری را ایجاد می‌کنند. اما با توجه به اینکه مقدار توان تولیدشده بستگی به تغییرات تصادفی منابع طبیعی انرژی از قبیل باد، خورشید، موج و … دارد، عموماً خروجی این روش‌ها غیرقابل پیش‌بینی و با قابلیت اطمینان پایین می‌باشند. انرژی‌های تجدیدپذیر در حقیقت انرژی موجود در حرکت طبیعی باد، آب و نورخورشید در محیط می‌باشند. این انرژی‌ها پیوسته به همان‌صورت که استخراج و مصرف می‌شوند، دوباره ساخته شده و هیچ‌گاه تمام نمی‌شوند [2] و [3].

انرژی‌های تجدیدپذیر بدون داشتن فرآیندهای شیمیایی و عدم تولید گاز CO₂ و گازهای خطرناک دیگر و همچنین فراوانی و تمیز بودن آنها، ایجاد حالت‌های متنوع برای فراهم کردن انرژی، افزایش استقلال تولید انرژی و ترفیع انتخاب مصرف‌کننده بسیار مورد توجه می‌باشند [4].

تاریخچه‌ی استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر مربوط به صدها سال قبل است. آسیاب‌های بادی در یونان و روم باستان، اولین آسیاب‌های بادی با محور عمودی در ایران (قرن هفتم میلادی)، آسیاب‌های بادی در انگلستان (قرن دهم میلادی) و آسیاب‌های بادی در چین و افغانستان و … از نمونه‌های اولیه‌ی مبدل‌های انرژی‌های تجدیدپذیر بوده‌اند. در وضعیت کنونی نزدیک به %20 از مصرف انرژی جهان مربوط به استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر است [5].

با تابش نور خورشید در عرض‌های مختلف کره‌ی زمین موجب تغییراتی در فشار و دمای هوا شده و باد به وجود می‌آید. اتمسفر کره به وسیله‌ی چرخش زمین حول محور خود که از قطبین زمین عبور می‌کند، گرما را از مناطق گرمسیر به مناطق قطبی انتقال می‌دهد. علاوه بر عوامل فوق، عوامل دیگری مانند مشخصات توپوگرافی محل و تغییرات فصلی دما، توزیع انرژی باد را تغییر می‌دهد. برای مثال اختلاف ظرفیت گرمایی بین زمین و آب دریا در ساحل، ایجاد نسیم دریایی می‌کند و در دره‌ها و کوهستان‌ها فرآیند مشابهی منجر به ایجاد بادهای محلی می‌شود. دو درصد از انرژی خورشیدی که به زمین می‌رسد به باد تبدیل شده و35 درصد انرژی باد در یک کیلومتری از سطح زمین موجود است. محاسبات نشان می‌دهد که برای تمام سیاره‌ی زمین این انرژی برابر انرژی مصرفی دنیاست [6] و [7].

توجه به اهمیت بسیار زیاد انرژی در زندگی امروز و افزایش قیمت و نیز محدودیت سوخت‌های فسیلی موجود، دنیای امروز به سمت استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر برای تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز خود روی آورده است. انرژی باد در حال حاضر سریع‌ترین رشد را در بین منابع انرژی الکتریکی داراست. در آمریکا که در حال حاضر حدود 1درصد از انرژی ملی آن از انرژی باد تأمین می‌گردد، ظرفیت تولید 20درصد از انرژی الکتریکی این کشور از انرژی باد بدون تغییرات اساسی در شبکه‌ی توزیع برق وجود دارد. با وجود این هنوز مسائل حل‌نشده‌ی زیادی در مورد توسعه‌ی توان باد وجود دارد [8].

انرژی باد برای مدت زمان زیادی است که مورد استفاده قرار گرفته است. اولین زمینه‌ی کاربردی آن در حدود 5000 سال پیش برای حرکت قایق‌ها در طول رودخانه‌ی نیل بوده است. اولین آسیاب‌بادی‌های ساده در اوایل قرن 7 در ایران برای اهداف آبیاری و نیز آسیاب کردن دانه‌ها استفاده شد. در اروپا از زمانی‌که کراسیدور[1] آسیاب‌های بادی را در قرن 11 مصرف کرد، انرژی باد مورد استفاده قرار گرفت. سازه‌ی آنها بر اساس چوب بود و برای محصور کردن باد، به صورت دستی آسیاب را حول ستون اصلی آن می‌چرخاندند. در سال 1745 وسیله‌ای به نام دم‌چتری[2] اختراع شد که به عنوان یکی از مهمترین پیشرفت‌ها در تاریخچه‌ی آسیاب‌های بادی محسوب می‌شد. این وسیله به صورت اتوماتیک توربین را رو به باد می‌چرخاند. درپوش‌های چوبی می‌توانستند به صورت دستی یا اتوماتیک باز و بسته شوند تا مقدار ثابتی از باد را در سرعت‌های متغیر باد محصور کنند. مفهوم پیشرفته‌تری از آسیاب‌های بادی در انقلاب صنعتی بیان شد. میلیون‌ها آسیاب بادی در قرن نوزدهم در ایالات متحده‌ی آمریکا ساخته شد که دلیل افزایش چشمگیر استفاده از آن به خاطر پیشرفت در آمریکای غربی بود. خانه‌های جدید و کشاورزان نیاز به راه‌هایی برای بیرون آوردن آب داشتند. روند انقلاب صنعتی بعدها باعث کاهش استفاده از آسیاب‌های بادی گردید [9].

بنابراین در طی روند انقلاب صنعتی جرقه‌ی استفاده از آسیاب‌بادی‌های بزرگ برای تولید انرژی برق زده شد. اولین توربین بادی جهت تولید برق، توسط پل لاکور[3] ابداع شد. در اواخر 1930 آمریکایی‌ها طراحی یک توربین بادی در ابعاد مگاوات را شروع کردند که نتیجه‌ی آن توربین بادی اسمیت-آتنام[4] با طرفیت 1/25MW بود. شکل زیر در سال 1941 بزرگترین توربین ساخته شده تا آن زمان بود و این امکان را برای 40سال حفظ کرد.

[1] Crusaders

[2] fantail

[3] Poul la cour

[4] Smith-Putnam

…

فهرست مطالب تحقیق پایداری توربین بادی سرعت ثابت

• مقدمه.. 3
• انگیزه‌های پژوهش…. 3
• تاریخچه. 6
• مفاهیم نظری مورد نیاز و مروری بر پژوهش‌های گذشته.. 9
• توربین‌های بادی مورد بهره‌برداری در جهان.. 9
• بخش‌های تشکیل‌دهنده‌ی نیروگاه بادی.. 12
• تقسیم‌بندی توربین‌های بادی.. 14
• طبقه‌بندی توربین‌های بادی از نظر ابعاد. 14
• طبقه‌بندی توربین‌های بادی از نظر شکل محور 15
• طقه‌بندی توربین‌ها از نظر نوع چرخش در برابر باد. 16
• طبقه‌بندی توربین‌ها از نظر سرعت… 16
• بررسی سیستم‌های کنترل نیروگاه بادی.. 17
• کنترل فرآیند نیروگاه بادی.. 17
• مؤلفه‌های اصلی سیستم کنترل توربین بادی.. 18
• سنسورها 19
• تقویت‌کننده‌های قدرت.. 20
• عملگرهای توربین‌های بادی.. 20
• کنترل سیستم حلقه‌بسته. 20
• روش کنترلی برداری.. 28
• کنترل برداری ژنراتور القایی.. 28
• کنترل برداری ژنراتور القایی روتورسیم‌پیچی‌شده 29
• تزریق توان لحظه‌ای به شبکه. 30
• تزریق توان لحظه‌ای به شبکه. 31
• اصول کنترل برداری.. 31
• کنترل مستقیم توان.. 34
• بررسی ایده‌ی ارائه‌شده جهت کنترل با فرکانس کلیدزنی متغیر. 35
• بررسی ایده‌ی ارائه‌شده جهت کنترل با فرکانس کلیدزنی ثابت… 35
• مروری بر کارهای انجام‌گرفته. 37
• روش کنترلی مد لغزشی مرتبه‌ی بالا برای ژنراتور توربین بادی.. 37
• روش‌های کنترلی مد لغزشی حساب نرم. 39
• کنترل‌کننده‌ی شبکه‌ی عصبی‌فازی با قابلیت آموزش همزمان.. 39
• کنترل‌کننده‌ی مقاوم بر پایه‌ی شبکه‌های عصبی.. 41
• کنترل‌کننده‌ی ساختارمتغیر انتگرالی فازی‌تطبیقی.. 41
• کنترل‌کننده‌ی مد لغزشی فازی‌تطبیقی.. 42
• کنترل مد لغزشی بر اساس شبکه‌های عصبی توابع بنیادی شعاعی.. 43
• کنترل‌کننده‌های ترکیبی.. 43
• کنترل ژنراتور توسط مد لغزشی و زاویه‌ی خمش توسط کنترل‌کننده‌ی انتگرالی-نسبتی.. 43
• کنترل‌کننده‌ی غیرخطی مقاوم در ترکیب با مد لغزشی مرتبه دو 44
• کنترل‌کننده‌ی ترکیبی نسبتی-انتگرالی و مد لغزشی.. 44
• کنترل‌کننده‌ی مد لغزشی فازی همراه با شبکه‌ی عصبی توابع بنیادی شعاعی.. 45
• روش‌های کنترلی مد لغزشی با سطح لغزش انتگرالی.. 46
• روش‌های کنترلی مد شبه‌لغزشی.. 47
• کنترل مد دوگانه‌ی غیرخطی.. 47
• کنترل مد لغزشی توان خروجی ژنراتور 47
• استفاده از STATCOM.. 48
• فهرست منابع  49

منابع تحقیق پایداری توربین بادی سرعت ثابت

[1]     R. Howell, N. Qin, J. Edwards, and N. Durrani, “Wind tunnel and numerical study of a small vertical axis wind turbine,” Renew. Energy, vol. 35, no. 2, pp. 412–422, 2010.

[2]     E. Martínez, J. Blanco, E. Jiménez, J. C. Saenz-Díez, and F. Sanz, “Comparative evaluation of life cycle impact assessment software tools through a wind turbine case study,” Renew. Energy, vol. 74, pp. 237–246, 2015.

[3]     R. H. Barnes, E. V. Morozov, and K. Shankar, “Improved methodology for design of low wind speed specific wind turbine blades,” Compos. Struct., vol. 119, pp. 677–684, 2015.

[4]     Y. Guo, R. Bergua, J. van Dam, J. Jove, and J. Campbell, “Improving wind turbine drivetrain reliability using a combined experimental, computational, and analytical approach,” in ASME 2014 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, 2014, pp. V007T05A004–V007T05A004.

[5]     K. S. Hansen, R. J. Barthelmie, L. E. Jensen, and A. Sommer, “The impact of turbulence intensity and atmospheric stability on power deficits due to wind turbine wakes at Horns Rev wind farm,” Wind Energy, vol. 15, no. 1, pp. 183–196, 2012.

[6]     Y. Xia, K. H. Ahmed, and B. W. Williams, “Wind turbine power coefficient analysis of a new maximum power point tracking technique,” Ind. Electron. IEEE Trans. On, vol. 60, no. 3, pp. 1122–1132, 2013.

[7]     L. Arany, S. Bhattacharya, J. Macdonald, and S. J. Hogan, “Simplified critical mudline bending moment spectra of offshore wind turbine support structures,” Wind Energy, 2014.

[8]     J. H. Laks, L. Y. Pao, and A. D. Wright, “Control of wind turbines: Past, present, and future,” in American Control Conference, 2009. ACC’09., 2009, pp. 2096–2103.

[9]     R. L. Hills, Power from wind: a history of windmill technology. Cambridge University Press, 1996.

[10]   O. Badran, “Wind turbine utilization for water pumping in Jordan,” J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., vol. 91, no. 10, pp. 1203–1214, 2003.

توجه:

تحقیق پایداری توربین بادی سرعت ثابت شامل یک فایل ورد 60 صفحه ای می باشد.

لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.

سفارش تحقیق

به منظور سفارش تحقیق مرتبط با رشته تخصصی خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.

سفارش تحقیق