ساخت پره هاي توربين هوشمند به منظور بهبود انرژي بادي


پژوهش گران شيوه اي را توسعه داده اند كه با استفاده از حسگرها و نرم افزار محاسباتي نيروهاي وارد شده به پره هاي توربين بادي را به طور مداوم بررسي مي كند. اين امر گامي است به سمت بهبود بازدهي توربين های بادي با استفاده از تنظيم وضعيت بسيار متغير باد.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، اين پژوهش كه توسط مهندسين دانشگاه پردو و آزمايشگاه هاي ملي سانديا انجام شده است بخشي از تلاش براي توسعه ي سازه هاي توربين بادي هوشمندتر است.

جاناتان وايت دانشجوي دكتراي دانشگاه پردو است كه همراه با داگلاس آدامز، استاد مهندسي مكانيك و مدير مركز يكپارچه سازي سامانه هاي پردو، سرپرستي اين پژوهش را به عهده داشت. جاناتان وايت گفت: "هدف نهايي ارسال اطلاعات از حسگرها به يك سيستم كنترل فعال است كه قسمت هايي را براي بهينه كردن بازدهي وارد سيستم مي كند."

اين سيستم مي تواند به بهبود قابليت اطمينان توربين نيز كمك كند. اين كار با استفاده از توليد اطلاعات بلادرنگ حیاتی براي سيستم كنترل به منظور جلوگيري از صدمات شديد به توربين در اثر بادهاي شديد انجام مي شود.

آدامز گفت: "انرژي بادي نقش رو به رشدي را در توليد انرژي الكتريكي ايفا مي كند. آمريكا هم اكنون بزرگترين استفاده كننده ي انرژي بادي در جهان است. سوال اين است كه چگونه مي توان بازدهي توربين هاي بادي را افزايش داد، قيمت تمام شده ي آن ها را كاهش داد و قابليت اطمينان آن ها را بالا برد؟"

اين مهندسين حسگرهايي با نام شتاب سنج هاي تك محوره و سه محوره را درون پره ي يك توربين بادي هنگام ساخت اين پره جاسازي كردند. اين پره روي يك توربين بادي تحقيقاتي در آزمايشگاه خدمات پژوهشي كشاورزي دپارتمان كشاورزي آمريكا، USDA، در بوشلند تگزاس آزمايش شد. افرادي از سانديا و USDA به اين توربين بادي تحقيقاتي در تگزاس نظارت دارند.

چنين حسگرهايي مي توانند در پره هاي توربين های آينده سودمند باشند كه اين پره ها داراي "سطوح كنترل" و باله هاي ساده اي هستند، شبيه آنچه كه در بال هاي هواپيما وجود دارد و با تغيير دادن مشخصه هاي ايروديناميكي پره ها امكان كنترل بهتر را فراهم مي كند. با توجه به اين كه اين باله ها در واكنش به تغييرات باد بايد بدون درنگ تغيير كنند،‌ ارسال داده هاي مداوم به حسگر بسيار ضروري خواهد بود.

خوزه زاياس، مدير بخش فن آوري هاي انرژي بادي سانديا، گفت: "اين يك نمونه ي عالي از همكاري بين يك آزمايشگاه ملي و يك موسسه ي آكادميك در جهت توسعه ي نوآوري ها با استفاده از مهارت هاي طرفين محسوب مي شود."

يافته هاي اين پژوهش نشان دهنده ي اين است كه استفاده از حسگرهاي سه تايي و نرم افزار "مدل ارزياب" كه توسط وايت نوشته شده است، با دقت زيادي مقدار نيروي وارد شده به پره ها را مشخص مي كند.

اين يافته ها در مقاله اي كه 4 مي در كنفرانس و نمايشگاه انرژي بادي 2009 شيكاگو ارائه شد، شرح داده شده است. اين مقاله توسط وايت، آدامز، زاياس و مارك رامسي (مهندسي از سانديا) نوشته شده است.

وايت گفت: "در صنعت نسبت به تشخيص بارها و نيروهاي وارد شده به پره هاي توربين و پيش بيني فرسودگي علاقه نشان داده مي شود و اين كار گامي است در جهت نايل شدن به اين خواسته."

اجزاي اصلي يك توربين بادي شامل پره هاي روتور، جعبه دنده و ژنراتور مي شود. پره هاي توربين بادي از فايبرگلاس و چوب "بالسا" ساخته مي شوند و گاهي اوقات با فيبر كربني تقويت مي گردند.

آدامز گفت: "هدف اصلي، به كارگيري ژنراتور و توربين به كارآمدترين شكل ممكن است اما اين كار دشوار است چون سرعت باد همواره در حال نوسان است. ما بايد بتوانيم ژنراتور يا پره ها را كنترل كنيم تا با كاهش دادن نيروهاي وارده به قطعات توربين حين بادهاي بسيار شديد و افزايش بار در بادهاي ضعيف، دريافت انرژي را بهتر كنيم. علاوه بر بهبود بازدهي، بايد قابليت اطمينان نيز بهتر شود. برج هاي توربين بادي 200 فوت (حدود 61 متر) يا بيشتر ارتفاع دارند، بنابراين تعمير و نگه داري قطعات آسيب ديده بسيار هزينه بر خواهد بود."

در يك سيستم هوشمند داده هاي حسگر بايد مورد استفاده قرار گيرد تا سرعت توربين با استفاده از افزايش خودكار انحناي پره بهتر كنترل شود، اين در حالي است كه به ژنراتور نيز فرمان داده مي شود كه حركت خود را اصلاح كند. داده هاي حسگر براي طراحي پره هاي انعطاف پذير نيز به كار گرفته خواهد شد.

رامسي از سانديا گفت: "تصور ما بر اين است كه سيستم هاي هوشمند گام بسيار بزرگ و رو به جلويي براي توربين ها خواهند بود. هنوز كارهاي زيادي هست كه بايد انجام شوند اما ما معتقديم كه نتيجه بسيار عالي خواهد بود. هدف ما ارائه ي محصولي پربازده و قابل اطمينان به صنعت برق است. ما در حال طراحی اساس توربين هاي بادي آينده هستيم."

حسگرها قادرند شتاب را در جهت هاي مختلف اندازه گيري كنند كه اين كار براي تعيين دقيق خمش و پيچش پره و لرزش هاي كوچك در نوك پره كه در نهايت موجب آسيب ديدگي مي شود، ضروري است.

همچنين اين حسگرها دو نوع شتاب را اندازه مي گيرند. نوع اول شتاب ديناميكي است كه از بادهاي شديد و ناگهاني حاصل مي شود در حالي كه نوع دوم يعني شتاب استاتيكي در اثر جاذبه ي زمين و بادهاي يكنواخت ايجاد مي شود. لازم است كه هر دو شتاب به منظور برآورد نيروهاي وارده به پره ها به دقت اندازه گيري شوند. داده هاي حسگر به خوبي نشان مي دهد كه پره در اثر باد به چه ميزان دچار خمش و پيچش شده است.

اين پژوهش در حال پيشرفت است و مهندسين هم اكنون در حال پيگيري كاربرد سيستم خود در پره هاي توربين آينده و پيشرفته اي هستند كه بسيار خميده تر از پره هاي كنوني هستند. اين شكل پيچيده تر به كارگيري اين شيوه را جالب توجه تر مي كند.

در سال 2008 آمريكا 8358 مگاوات به ظرفيت انرژي بادي خود اضافه كرد كه اين به معني ساخت هزاران توربين جديد است چون هر توربين بادي به طور ميانگين 1.5 مگاوات توليد مي كند. اين ظرفيت جديد، كل انرژي بادي نصب شده ي آمريكا را به 25170 مگاوات افزايش داد كه از ظرفيت آلمان به عنوان بزرگترين استفاده كننده ي انرژي بادي پيشي گرفت.

آدامز گفت: "هدف ما انجام دو كار است - افزايش قابليت اطمينان و جلوگيري از بروز نقص - و كوتاه ترين راه براي رسيدن به اين توانايي ها، بررسي مداوم نيروهاي وارد شده به پره ها توسط باد است."

اين پژوهش به واسطه ي آزمايشگاه هاي ملي سانديا مورد حمايت دپارتمان انرژي آمريكا قرار گرفت.

About this Entry

This page contains a single entry by مجید تاران published on May 23, 2009 9:57 AM.

كاهش گرماي لوازم الكترونيكي با استفاده از تركيبي جديد was the previous entry in this blog.

آغاز به کار «استرینترونیک»، با کشف تازه‌ای بر روی گرافین is the next entry in this blog.

Find recent content on the main index or look in the archives to find all content.