اجزا و نحوه عملکرد توربین های بادی

0

در مقاله ی قبلی به کلیت انرژی باد پرداختیم . در این مقاله سعی داریم تا نگاهی به اجزا توربین بادی بیاندازیم و نحوه کارکرد آن را به زبانی ساده تشریح کنیم.

در این مطلب روند و عملکرد کار یک توربین بادی بررسی می شود و در مطالب آتی راجب به پارامتر های مهم در توربین بادی  و نحوه انتخاب یک توربین بادی بیشتر صحبت می کنیم.

اجزا و نحوه عملکرد توربین بادی

از توربین های بادی برای تبدیل انرژی باد به انرژی برق استفاده می شود . به طور کلی یک توربین بادی سعی می کند بیشترین انرژی ممکن را از باد دریافت کند و سپس آن را به انرژی الکتریسیته تبدیل کند. اما واقعا توربین چگونه این کار را انجام می دهد. از 2000 سال پیش تا کنون ما شاهد پیشرفت های زیادی در صنعت توربین سازی بوده ایم. توربین های بادی که روز به روز توانایی جذب انرژی بیشتری از انرژی تجدید پذیر باد دارند و بازده آن ها روز به روز افزایش یافته است.

اولین چیزی که در یک توربین بادی بسیار مورد اهمیت می باشد آیرودینامیک پره های آن است. خوب بیایید با اصول ابتدایی آغاز کنیم.

باد چگونه پره های توربین را می چرخاند؟

برای پاسخ دادن به این سوال باید نگاه دقیق تری به پره ها کنیم. بال ها از مقاطع ایرفویلی ساخته شده اند که در طول آن از نظر اندازه و شکل متغیر می باشد. همین شکل ایرفویلی بال های توربین سبب چرخش آن می شوند. در هنگام بر خورد باد به این بال های ایرفویلی شکل که نمونه ی آن را در بال های هواپیما می توان مشاهده کرد ،  نیروی لیفتی پدید می آید که سبب حرکت پره های می شود.

تا اینجا ما متوجه شدیم که به چه صورت انرژی باد به انرژی حرکتی تبدیل می شود . برای تبدیل انرژی حرکتی به انرژی برق، احتیاج به یک ژنراتور داریم. اما قبل از اینکه به ژنراتور برسیم ، باید گفت که بین بال های توربین بادی و ژنراتور یک سری تجهیزات دیگر نیز قرار دارد. به دلیل سرعت پایین ژنراتور و همچنین کاهش نویز و سر و صداهای قطعات مکانیکی، از گیربکس استفاده می شود. گیربکس ما بین محور بال ها و ژنراتور قرار می گیرد.

گیربکس از مجموعه ای از چرخ دنده ها تشکیل شده است که با محاسبات مکانیکی و مهندسی صورت گرفته تعدادی از چرخ دنده ها در ابعاد و سایز های مختلف در کنار یکدیگر قرار می گیرند تا بتوانند سرعت مورد نظر را از خروجی آن  تحویل بگیرند. مثال قابل فهم تری که می توان برای آن زد ، گیربکس خودرو یا همان جعبه دنده می باشد. در بعضی از توربین ها این گیربکس ها دارای نسبت سرعت 1 به 90  هستند.

حال که سرعت مناسب برای تولید برق فراهم شده است. این سرعت به ژنراتور منتقل می شود و ژنراتور انرژی حرکتی را به انرژی الکتریسیته تبدیل می کند. سپس این الکتریسته از طریق کابل که در پایه توربین قرار گرفته است به زمین و تجهیزات مورد نظر متصل می شود.

اما نکته ی دیگری که در مورد توربین ها وجود دارد این است که قسمت بال توربین ثابت نیست ، زیرا همیشه باد به یک جهت نمی وزد و برای کارایی بهتر باید به نحوی ملخ ها را در جهت باد قرار دهیم . یکی از این راه ها استفاده از یک باد سنج کوچک در قسمت دم توربین می باشد. این باد سنج که جهت باد را تشخیص می دهد با استفاده از مدار های الکتریکی یکه برنامه ریزی شده اند قسمت اصلی توربین را که بر روی یک چرخ دنده عمودی قرار گرفته است به سمت مسیر باد می چرخاند.

اما شاید مهم ترین قسمت در توربین همان مقدار انرژی است که از طریق بال ها می توان جذب نمود. اگر سرعت باد ورودی به سمت بال ها را با Vin نمایش دهیم و سرعت باد پس از عبور از بال ها را با Vout نمایش دهیم. می توان میزان انرژی جذب شده توسط بال ها را به صورت خیلی ساده با فرمول زیر نشان داد.

از این رابطه می شود این طور فهمید که ما هرچه بتوانیم سرعت خروجی را کاهش دهیم در نتیجه به انرژی بیشتری دست خواهیم یافت. در واقع اگر بتوانیم سرعت Vout را به صفر برسانیم 100 درصد جذب انرژِی خواهیم داشت . اما از نظر علم فیزیک چنین اتفاقی غیر ممکن می باشد.

مقدار ماکزیمم جذب انرژی 59.3 درصد ثبت شده است . این مقدار باتلاش ها و پیشرفت هایی که توسط مهندسان از سال 1850 تا  کنون به صورت صعودی پیشرفت کرده است.

در انتها شما را دعوت به مشاهده این ویدیو می کنیم تا مطالب مطرح شده ی بالا بهتر درک کنید.

 

 

 

ممکن است شما دوست داشته باشید