۳) قیمت به ازای یک کیلو وات ساعت انرژی ۴/۸ % کاهش می یابد.
توربین های بادی امروزی بیشتر با سیستم کنترل زاویه پرده ساخته می شوند تا سیستم کنترل استال ۱ . این بدان معناست که تغییر سایز ژنراتور در ارتباط با سایز روتور ، می تواند با آزادی بیشتری صورت بگیرد. عموما ، تمایل به استفاده از روتور با منطقه تحت پوشش بزرگتر به ازای یک سایز مشخص ژنراتور ، وجود دارد. در نتیجه وقتی قیمت به ازای یک کیلو وات قدرت نصب شده را برای توربین های قدیمی با توربین های جدید مقایسه می کنیم تا هزینه ها را بر آورد کنیم، رقم حاصل کاملا اغراق آمیز خواهد بود. پس معیار مناسب جهت سنجش قیمت ، بهای واحد مترمربع منطقه تحت پوشش روتور و نه قیمت به ازای یک کیلو وات قدرت ( نامی ) نصب شده است.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
-
- Stall Control
ضریب ظرفیت ( Capacity Factor ) :
این ضریب برای یک فرایند تولید انرژی سالانه بخش بر بیشینه تولید انرژی نظری ( تئوریکال ) در شرایطی که ژنراتور در طول سال با قدرت نامی کار کرده باشد. در تحلیل نهایی آنچه به شمار می آید ، قیمت به ازای هر کیلو وات ساعت انرژی تولیدی است و نه ضریب توانایی.
اقتصاد انرژی باد در مناطق فرا ساحلی
تازه ترین گزارش های دانمارک در مورد انرژی باد در مناطق فراساحلی ( انرژی باد ساحلی ) :
در سال ۱۹۹۷ کمپانیهای دانمارکی فعال در زمینه قدرت و آژانس انرژی دانمارک ، طرحهایی را برای سرمایه گذاری کلان روی انرژی باد در مناطق فراساحلی این کشور نهایی کردند. این طرحها شامل نصب و احداث ۴۱۰۰ مگاوات نیروگاه بادی در مناطق فراساحلی تا سال ۲۰۳۰ هستند. یعنی ۵۰ درصد از مصرف برق دانمارک ۳۱Twh/year. توسط باد ساحل تامین خواهد شد.
دلیل اصلی اقتصادی شدن پروژه های انرژی باد ساحلی این است که هزینه فونداسیون ها بطور چشمگیری کاهش پیدا کرده است. کل سرمایه مورد نیاز جهت نصب یک مگاوات نیروگاه بادی ـ ساحلی در دانمارک، به طور تقریبی حدود ۷/۱ میلیون دلار آمریکا(معادل ۱۲ میلیون DKK یا ۴ میلیون DEM است.)،با در نظر گرفتن هزینه اتصال به شبکه و مانند آن.
به نظر می رسد شرکت های برق دانمارک با نگاهی به طول عمر پروژه ۵۰ سال سعی کنند پروژه هایشان را بهینه کنند. این مسئله از آنجا نتیجه می شود که سازندگان فونداسیون ها ، برج ها ، محفظه ناسل و شفت اصلی توربین طرحهایشان را برای استفاده در طول عمر ۵۰ سال ارائه می دهند.
قبل از تحلیل نتایج توربین بادی، در مورد عملکرد و ساختار سیمولینکی سیستم مورد مطالعه، اجزای به کار رفته در آن و قابلیت اطمینان توربین های بادی توضیحات مختصری ارائه می شود. [ ۲۰]
قابلیت اطمینان توربین های بادی
سیستم تبدیل انرژی باد کوچک، به سرعت همراه با های بزرگ برای تولید الکتریسیته در کاربردهای متصل به شبکه و نا متصل به شبکه رشد یافته است. ها به عنوان سیستم های مرکبی در نظر گرفته می شوند که شامل سیستم های فرعی مکانیکی مانند رتور و سیسستم های فرعی الکتریکی مانند کانورتر، اینورتر، یکسوساز، کنترل کننده و بار می باشند.
نقص در هرکدام از سیستم های فرعی می تواند باعث خسارات عمده ای شود. این موضوع زمانی شدیدتر است که سیستم نامتصل به شبکه با عدم وجود توان روبروست. بنابراین نیاز به محاسبات قابلیت اطمینان کوچک به منظور رسیدن به آرایشی کارامد و موثر می باشد
تمامی توربین های بادی و تجاری کوچک بر پایه ی هستند سیستم توان شرطی برای یک اتصال شبکه ی مبتنی بر آرایش شامل نیازمند یک یکسوساز ،کانورتر بوست و اینورتر متصل به شبکه می باشد.
آنالیز قابلیت اطمینان چنان سیستمی به طور عمده تحت تاثیر متغییرهای وابسته می باشد. بنابراین لازم است که دامنه ی اثر آنها بر روی قابلیت اطمینان سیستم را مشخص کنیم. در محاسبات قابلیت اطینان جریان و ولتاژ مکانیکی به عنوان متغییرهای وابسته در نظر گرفته می شود از آنجا که بر اساس دما و سایر متغییرها شدیدا تحت تاثیر قرار می گیرند.
قابلیت اطمینان چنین سیستمی با آرایش های مختلف متفاوت خواهد بود. هرچند مطالعات جدید بیشتر برآن است که به جای قابلیت اطمینان و پیشرفت اینورتر را بررسی کند. بیشتر محاسبات قابلیت اطمینان براساس اطلاعات قابل دسترسی به دست آمده توسط هند بوک نظامی است.
براساس هندبوک نظامی می توان یک آنالیز مقایسه ای از محاسبات قابلیت اطمینان سیستم های تبدیل مختلف را انجام داد اگرچه عدم وجود فاکتورهای محیطی و استرسی می تواند محدودیت های شدیدی را بر مقادیر قابلیت اطمینان محاسبه شده اعمال کند.
در یک ترکیب بندی شامل یکسوکننده، کانورتر و اینورتر اطلاعات قابلیت اطمینان هر کدام از آنها برای تعیین قابلیت اطمینان کمک کننده هستند.
اگرچه قابلیت اطمینانی که بار اول توسط محاسبات قابلیت اطمینان با بهره گرفتن از روش های آماری خالص (از اطلاعات داده شده توسط تولید کنندگان یا اطلاعات حاصل از هندبوک نظامی که یکسوساز، کانورتر و اینورتر را به عنوان یک سیستم کل در نظر می گیرد.) انجام می شود می تواند نامشخص باشد.
اگرچه اجزای زیادتر در قابلیت اطمینان کمتری رانشان می دهد و برعکس اما اثر متغییرهای وابسته می تواند متفاوت باشد و بنابراین منجر به تغییر در قابلیت اطمینان شود.
شکل ۲-۲۹- دیاگرام تک خطی یک توربین بادی متصل به شبکه برای آنالیز قابلیت اطمینان
همچنین نیاز ارزیابی قابلیت اطمینان برای یک توربین بادی کوچک متصل به شبکه برای بهینه سازی عملکرد سیستم به همان اندازه ی قیمت اساسی است.
در اینجا یک سری محاسبات قابلیت اطمینان اجزاء را با در نظر گرفتن دما به عنوان یک متغیرِ وابسته، چنانچه معمولا در محاسبات در نظر گرفته می شود درتست های طول عمر در نظر می گیریم تا به بهره های اصلی در پیش بینی قابلیت اطمینان یک برسیم.
در الکترونیک قدرت برای اتصال توربین های بادی کوچک به شبکه در طول سالیان متمادی از کانورتر مبتنی بر به تغییر پیدا کرده است.
این تغییرکه منجر به تزریق هارمونیک کمتر به شبکه شده بر اساس قیمت پایین پردازنده ی سیگنال دیجیتال و ادوات توان تازه مانند و توسعه یافته است، مفهوم طراحی توربین بادی ژنراتور القایی با سرعت ثابت به با سرعت متغیر تغییر کرده است.
شکل ۲-۲۹ ادوات متصل به شبکه را نشان می دهد. این آرایش یک را به کار می برد که شامل یک یکسوساز سه فاز، یک کانورتر بوست و یک اینورتر متصل به شبکه است. کانورتر بوست ولتاژ دس سی مورد نیاز اینورتر را افزایش می دهد.
کانورتر بوست و اینورتر کنترل می شوند تا از استخراج توان بهینه، ضریب تبدیل مناسب و سرعت های مناسب اطمینان حاصل شود. اشکال این پیکره بندی استفاده از اینورتر است. همواره قابلیت اطمینان چنان اینورتر متصل به شبکه ای مهم است. بنابراین مطالعات متفاوتی برای افزایش قابلیت اطمینان آن انجام شده است.
یک فاکتور برجسته که باعث کم شدن قابلیت اطمینان می شود گرمای تولید شده حاصل از اتلاف توان است زمانی که جریان در طول سوییچ های نیمه هادی جریان پیدا می کند. کاهش در گرمای تولید شده می تواند قابلیت اطمینان را افزایش دهد. به علاوه فن های کنار اینورتر طول عمر محدودی دارد. با این وجود جنبه های دیگری هم مثل رطوبت و … وجود دارد که نیاز به توجه دارد.
دسترسی به اطلاعات طولانی مدت برای ارزیابی تکنیکی و اقتصادی فرآیندها بسیار مهم می باشد. به دلیل سن های مختلف توربین های بادی مختلف، نوع و محل آنها در جهان اطلاعات قابلیت اطمینان ونقص طولانی مدت برای سیستم های توربین بادی موجود است. این اطلاعات شناسایی بسیاری از نقص های احتمالی سیستم های فرعی را در آسان می کند.
شکل ۲-۳۰- توزیع تعداد عیب ها در اجزای مورد استفاده در توربین بادی [ ۲۱]
توزیع تعداد نقص ها در شکل ۳۲ نشان داده شده است که مشخص می کند که مجموع شیب های نقص های مربوط به سیستم های فرعی الکتریکی در مقابل سیستم های فرعی مکانیکی بیشتر است. البته برای توربین های بادی بزرگ این موضوع متفاوت است و مد شکست برای سیستم های فرعی مکانیکی بیشتر خواهد بود.
در نتیجه سیستم های کنترل الکتریکی نقش عمده ای دارند و سهم زیادی از قیمت را به خود اختصاص می دهند. بنابراین به منظور اطمینان حاصل کردن از قابلیت اطمینان بالا باید توجه خاصی به و مخصوصا نمود.
توربین های بادی کاربردی جهت تولید توان الکتریکی
گسترش روز افزون تولید برق از انرژی بادی و افزایش مزارع بادی در چند دهه اخیر از یکسو و بالطبع اثر رفتار نرمال و گذرای این واحدهای تولید انرژی بر شبکه برق و بعضاً شبکه توزیع برق از سوی دیگر، لزوم شناخت اجزای داخلی این واحدها و آرایشهای مختلف آنها را، برای طراحی مناسب وبهینه چنین سیستمی در شرایط مختلف به وضوح نشان می دهد. توربین های بادی همان طور که میدانیم در دو نوع سرعت ثابت و سرعت متغیر به کار می روند . در نوع سرعت ثابت امکان تغییر۱% سرعت روتور وجود دارد و بصورت مستقیم به شبکه متصل می شوند. در انواع سرعت ثابت اکثراً سرعت به نسبت فرکانس شبکه تثبیت می شود و ولتاژ متاثر از سرعت باد است یعنی نوسانات باد در عملکرد توربین و ولتاژ خروجی تاثیر گذار است . برای توربین های سرعت متغییر که ژنراتور توسط تجهیزات الکترونیک قدرت کنترل می شوند ، این امکان فراهم است که سرعت روتور کنترل شود .در این روش نوسانات توان که بوسیله تغییرات باد که ممکن است زیاد یا کم باشند بوسیله تغییر سرعت روتور مستهلک می شوند.
درژنراتورهای سرعت متغیر، سرعت چرخش در محدوده ای قابل تغییر است. این ژنراتورها به دو دسته تقسیم می شوند که این تقسیم بندی می تواند بر اساس اتصال مستقیم یا غیر مستقیم ژنراتور به شبکه یا بر اساس مرتبه ی توانی کامل ١ یا کسری مبدل بکار رفته برای ژنراتور باشد. در واقع، چون اتصال غیر مستقیم به شبکه معادل با بکارگیری مبدلی با مرتبه ی توانی کامل و اتصال مستقیم به شبکه معادل با بکارگیری مبدلی با مرتبه ی توانی کسری است.
چون در این مطالعه از توربین بادی همراه با ژنراتور القایی دو سو تغذیه متصل به شبکه توزیع استفاده شده مطالب مختصری در این زمینه ارائه شده است.
مقایسه انواع سیستم های الکتریکی توربین بادی :
برای طراحی یک سیستم مقایسه خروجی های هر آرایش با نیازهای طراحی ضروری است ، در این بخش سه توپولوژی کلی برای سیستمهای الکتریکی توربین بادی ارائه می شود.
سرعت ثابت ۱
ژنراتور القایی دوسو تغذیه ای ۲
راه اندازی مستقیم، مانند ژنراتور سنکرون۳
در اینجا به طورکلی آرایشهای توربین های بادی سرعت متغیر بررسی شد، نوع دیگر ، سرعت ثابت است. بدیهی است با وارد کردن تغییرات در اجزای هر مدل، که چندین آرایش آن در بخشهای قبل بحث شد، تغییراتی در مشخصه های خروجی به وجود خواهد آمد. توان لحظه ای ( کوتاه مدت ) خروجی در حالت سرعت ثابت تغییرات زیادی نسبت به دو حالت دیگر دارد.
۱.Constant speed
-
- Doubly fed
-
- Direct Drive
