چگونه یک توربین بادی بسازیم

اطلاعات بیشتر : در مورد توربین های بادی یعنی همه چی در موردش واسه پروزه میخوام تازه باشه


توربینهای بادی چگونه کار می کنند ؟

توربین های بادی انرژی جنبشی باد را به توان مکانیکی تبدیل می نمایند و این توان مکانیکی از طریق شفت به ژنراتور انتقال پیدا کرده و در نهایت انرژی الکتریکی تولید می شود. توربین های بادی بر اساس یک اصل ساده کار می کنند. انرژی باد دو یا سه پره ای را که بدور روتور توربین بادی قرار گرفته اند را بچرخش در می آورد. روتور به یک شفت مرکزی متصل می باشد که با چرخش آن ژنراتور نیز به چرخش در آمده و الکتریسیته تولید می شود.
توربین های بادی بر روی برج های بلندی نصب شده اند تا بیشترین انرژی ممکن را دریافت کنند بلندی این برج ها به 30 تا 40 متر بالاتر از سطح زمین می رسند. توربین های بادی در باد هایی با سرعت کم یا زیاد و در طوفان ها کاملا مفید می باشند
همچنین می توانید برای درک بهتر چگونکی عملکرد یک توربین بادی به انیمیشنی که به همین منظور تهیه شده توجه کنید تا با چگونگی چرخش پره ها٬ شفت و انتقال نیروی مکانیکی به ژنراتور و در کل نحوه عملکرد یک توربین بادی آشنا شوید.

توربینهای بادی مدرن به دو شاخه اصلی می‌شوند :

1- توربینهای با محور افقی (که در شکل زیر نمونه ای از این نوع توربین ها را مشاهده می کنید)
2- توربینهای با محور عمودی

می‌توان از توربینهای بادی با کارکردهای مستقل استفاده نمود، و یا می‌توان آنها را به یک ” شبکه قدرت تسهیلاتی “ وصل کرد یا حتی می‌توان با یک سیستم سلول خورشیدی یا فتوولتائیک ترکیب کرد. عموماً از توربینهای مستقل برای پمپاژ آب یا ارتباطات استفاده می‌کنند ، هرچند که در مناطق بادخیز مالکین خانه‌ها و کشاورزان نیز می‌توانند از توربینها برای تولید برق استفاده نمایند مقیاس کاربردی انرژی باد، معمولا ً‌تعداد زیادی توربین را نزدیک به یکدیگر می‌سازند که بدین ترتیب یک مزرعه بادگیر را تشکیل می‌دهند.

داخل توربین بادی به چه صورت می باشد:

1- باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به کنترل کننده ها انتقال می دهد.

2- پره ها (Blades) : بیشتر توربین ها دارای دو یا سه پره می باشند. وزش باد بر روی پره ها باعث بلند کردن و چرخش پره ها می شود.

3- ترمز (Brake) : از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفاده می شود. عمل ترمز کردن می تواند بصورت مکانیکی ٬ الکتریکی یا هیدرولیکی انجام گیرد.

4- کنترولر (Controller) : کنترولر ها وقتی که سرعت باد به 8 تا 16 mph میرسد ما شین را٬ راه اندازی می کنند و وقتی سرعت از 65 mph بیشتر می شود دستور خاموش شدن ماشین را می دهند. این عمل از آن جهت صورت میگیرد که توربین ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به 65 mph می رسد حرکت کنند زیرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.

5- گیربکس (Gear box) : چرخ دنده ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و آنها از طرف دیگر همانطور که در شکل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل می باشند و افزایش سرعت چرخش از 30 تا 60 rpm به سرعتی حدود 1200 تا 1500 rpm را ایجاد می کنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامیست. هزینه ساخت گیربکس ها بالاست درضمن گیر بکس ها بسیار سنگین هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده ای می باشند تا درایو های مستقیمی کشف نماید و ژنراتورها را با سرعت کمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربکس نداشته باشند.

6- ژنراتور (Generator) : که وظیفه آن تولید برق متناوب می باشد.

7- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft) : که وظیفه آن به حرکت در اوردن ژنراتور می باشد.

8- شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft) : رتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن 30 تا 60 دور در دقیقه می باشد.

9- روتور (Rotor) : بال ها و هاب به روتور متصل هستند.

10- برج (Tower) : برج ها از فولاد هایی که به شکل لوله درآمده اند ساخته می شوند. توربین هایی که بر روی برج هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده اند انرژی بیشتری دریافت می کنند.

11- جهت باد (Wind direction) : توربین هایی که از این فن آوری استفاده می کنند در خلاف جهت باد نیز کار می کنند در حالی که توربین های معمولی فقط جهت وزش باد به پره های آن باید از روبرو باشد.

12- باد نما (Wind vane) : وسیله ای است که جهت وزش باد را اندازه گیری می کند و کمک می کند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشته باشد.

13- درایو انحراف (Yaw drive) : وسیله ایست که وضعیت توربین را هنگامیکه باد در خلاف جهت می وزد کنترول می کند و زمانی استفاده می شود که قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گیرد اما زمانی که باد در جهت توربین می وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی باشد.

14- موتور انحراف (Yaw motor) : برای به حرکت در آوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می گیرد.

mechanicalworld.blogfa

http://www.civilica.com/Paper-PSC21-PSC21_220.html

به تازگی توربین‏هایی در بزرگراه‏های ایالت نیوجرسی امریکا نصب شده‏اند که از باد ایجاد شده بر اثر حرکت اتومبیل‏ها الکتریسیته تولید می‏کنند. دانشجویی در دانشگاه ایالتی آریزونا در نظر دارد لوله‏های فولادی را برای استقرار این توربین‏ها طراحی کند.

این دانشجو برآورد کرده است که با سرعت 10 تا 70 کیلومتری اتومبیل‏های در حال حرکت می‏توان در اتوبان‏های خارج شهر برق موردنیاز یک خانه‏ی 700 مترمربعی را در طول سال تامین کرد. او در نظر دارد پایه‏های این توربین‏ها را با پایه‏های علایم راهنمایی و رانندگی جایگزین کند و تابلوهای هشدار دهنده و علایم رانندگی را بر روی این پایه‏ها در ایالت نیوجرسی نصب کند.

مقدمه:
گستردگی نیاز انسان به منابع انرژی همواره از مسائل اساسی مهم در زندگی بشر بوده و تلاش برای دستیابی به یک منبع تمام نشدنی انرژی از آرزوهای دیرینه انسان بوده است، از نقوش حک شده بر دیوار غارها می توان دریافت که بشر اولیه تواتشته بود نیروی ماهیچه ای را به عنوان یک منبع انرژی مکانیکی به خوبی شناخته و از آن استفاده کند. ولی از آنجایی که این نیرو بسیار محدود و ضعیف است انسان همواره در تصورات خود نیرویی تمام نشدنی را جستجو می کرد که همواره در هر زمان و مکان در دسترس باشد. این موضوع را می توان در داستان های مختلف که ساخته تخیل و ذهن بشر نخستین بوده، به خوبی دریافت. کم کم با پیشرفت تمدن بشری، چوب و پس از آن ذغال سنگ، نفت و گاز وارد بازار انرژی گردید. اما به دلیل افزایش روزافزون نیاز به انرژی و محدودیت منابع فسیلی از یک سو افزایش آلودگی محیط زیست ناشی از سوزاندن این منابع از سوی دیگر اسبفاده از انرژی های تجدیدپزیر را روز به روز با اهمیت تر و گسترده تر نموده است.


انرژی باد یکی از انواع اصلی انرژی های تجدیدپذیر می باشد که از دیر باز ذهن بشر را به خود معطوف کرده بود به طوری که وی همواره به فکر کاربرد این انرژی در صنعت بوده است. بشر از انرژی باد برای به حرکت درآوردن قایق و کشتی های بادبانی و آسیاب های بادی استفاده می کرده است. در شرایط کنونی نیز با توجه به موارد ذکر شده و توجیه پذیری اقتصادی انرژی باد در مقایسه با سایر منابع انرژی های نو، پرداختن به انرژی باد امری حیاتی و ضروری به نظر می رسد. در کشور ما ایران قابلیت ها و پتانسیل های مناسبی جهت نصب و رها اندازی توربین های برق بادی وجود دارد، که با توجه به توجیه پذیری آن و تحقیقات، مطالعات و سرمایه گذاری که در این زمینه صورت گرفته، توسعه و کاربرد این تکنولوژی چشم آنداز روشنی را فراروی سیاست گذاران بخش انرژی کشور در این زمینه قرار داده است.


کلیاتی درباره انرژی باد:
انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدبدپذیر از نظر جغرافیایی گسترده و در عین حال به صورت پراکنده و غیر متمرکز و تقریبا همیشه در دسترس می باشد. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد. هزاران سال است که انسان با استفاده از آسیاب های بادی تنها جز بسیار کوچکی از آن را استفاده می کند.


این انرژی تا پیش از انقلاب صنعتی به عنوان یک منبع انرژی، به طور گستوره ای مورد بهره برداری قرار می گرفت و لی در دوران انقلاب صنعتی، استفاده از سوخت های فسیلی به دلیل ارزانی و قابلیت اطمینان بالا جایگزین انرژی باد شد. در این دوره توربین بادی قدیمی دیگر از نظر اقتصادی قابل رقابت با بازار انرژی های نفت و گاز نبودند. تا این که در سال های 1973و 1978 دو شوک بزرگ نفتی ضربه بزرگی به اقتصاد انرژی های حاصل از نفت و گاز وارد آورد. به این ترتیب هزیته انرژی تولید شده به وسیله توربین های بادی در مقایسه با نرخ جهانی قیمت انرژی بهبود یافت. پس از آن مراکز و موسسات تحقیقاتی و آزمایشگاهی متعددی در سراسر دنیا به بررسی تکنولوژی های مختلف جهت استفاده از انرژی باد به عنوان یک منبع بزرگ انرژی پرداختند. به علاوه این بحران باعث ایجاد تمایلات جدیدی در زمینه کاربرد تکنولوژی انرژی باد جهت تولید برق متصل به شبکه پمپاژ آب، و تامین انرژی الکتریکی نواحی دور افتاده شد. همچنین در سال های اخیر، مشکلات زیست محیطی و مسائل مربوط به تغییر آب و هوای کره زمین به علت استفاده از منابع انرژی فسیلی بر شدت این تمایلات افزوده است. از سال 1975 پیشرفت های شگرفی در زمینه توربین های بادی در جهت تولید برق به عمل آمده است. در سال 1980 اولین توربین برق بادی متصل به شبکه سراسری نصب گردید. بعد از مدت کوتاهی اولین مزرعه برق بادی چند مگاواتی در امریکا نصب و به بهره برداری رسید.


در پایان سال 1990 ظرفیت توربین های برق بادی متصل به شبکه در جهان به 200 MW رسید که توانایی تولید سالانه 3200 Gwh برق را داشته که تقریبا تمام این تولید مربوط به ایالت کالیفرنیا آمریکا و کشور دانمارک بود. امروزه کشورهای دیگر نظیر هلند، آلمان، بریتانیا، ایتالیا و هندوستان برنامه های ملی و ویژه ای را در جهت توسعه و عرضه تجاری باد آغاز کرده اند. در طی دهه گذشته، هزینه تولید انرژی به کمک توربین های بادی به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است.


در حال حاضر توربین های بادی از کارآیی و قابلیت اطمینان بیشتری در مقایسه با 15 سال پیش برخوردارند. با این همه استفاده وسیع از سیستم های مبدل انرژی باد ( WECS ) هنوز آغاز نگردیده است. در مباحث مربوط به انرژی باد، بیشتر تاکیدات بر توربین های بادی مبدل برق جهت اتصال به شبکه است. زیرا این نوع از کاربرد انرژی باد می تواند سهم مهمی در تامین برق مصرفی جهان داشته باشد. بر اساس برنامه سیاست های جاری ( CP ) تخمین زده می شود که سهم انرژی باد در تامین انرژی جهان در سال 2020 تقریبا برابر با 375Twh در سال خواهد بود. این میزان انرژی با استفاده از توربین های بادی به ظرفیت مجموع 180 GW تولید خواهد گردید.


اما در قالب برنامه ضرورت های زیست محیطی ( ED) سهم این انرژی در سال 2020 بالغ بر 970 Twh در سال خواهد بود. که با استفاده از توربین های بادی به ظرفیت مجموع 470 GW تولید خواهد شد. به طور کلی با استفاده از انرژی باد، به عنوان یک منبع انرژی در دراز مدت می توان دو برابر مصرف انرژی الکتریکی فعلی جهان را تامین کرد.

--------------------------------------------------------------------------------

WALKMAN_2010Feb-15-2009, 14:29
تاریخچه استفاده از انرژی باد
بشر از زمان های بسیار دور به نیروی لایزال باد پی برده و سال ها بود که از این انرژی برای به حرکت درآوردن کشتی ها و آسیاب های بادی بهره می گرفت.


طی سالیان دراز ثابت شده است که می توان انرژی باد را به انرژی مکانیکی یا الکتریکی تبدیل کرد و مورد استفاده قرار داد. منابع تاریخی نشان می دهد که ساخت آسیاب ها در ایران، عراق، مصر و چین قدمت باستانی داشته و در این تمدن ها، از آسیاب های بادی برای خرد کردن دانه ها و پمپاژ آب استفاده می شده است. چنانچه از شواهد تاریخی برمی آید، در قرن 17 قبل از میلاد، هامورابی پادشاه بابل طرحی ارائه داده بود تا بتوان به کمک آن دشت حاصلخیز بین النهرین را توسط انرژی حاصل از باد آبیاری نمود. آسیاب هایی که در آن زمان ساخته می شدند از نوع ماشین های محود قائم و شبیه به آن هایی هستند که امروزه آثار آن ها در نواحی خواف و تایباد ایران به چشم می خورد.


ایرانیان اولین کسانی بودند که حدود 200 سال قبل از میلاد مسیح برای آرد کردن غلات از آسیاب های بادی با محور قائم استفاده کرده اند. مثلا در کتاب های قدیمی نوشته اند: دیار سیستان دیار باد و ریگ است و همان شهری است که گویند باد آنجا آسیاب ها را گرداند و آب از چاه کشد و باغ ها را سیراب کند و در همه دنیا شهری نیست که بیشتر از آنجا از باد سود ببرد. و نیز نوشته اند که در سیستان بادهای سخت مدام می وزد و به همین سبب در آنجا آسیاب های بادی برای آرد کرن گندم ساخته اند. از دیگر استان های دارای قدمت کاربرد انرژی باد می توان به کرمان، اصفهان و یزد اشاره نمود که در این مکان ها در زمان های قدیم برای خنک کردن منازل از کانال های مخصوصی جهت هدایت باد استفاده می کردند. بعد از ایران کشورهای عربی و اروپایی پی به قدرت باد در تبدیل انرژی بردند.


در قرن سوم قبل از میلاد، یک محقق مصری که در زمینه نیروی هوای فشرده تحقیق می کرد، آسیاب بادی 4 پره ای را با محور افقی طراحی نمود که از هوای فشرده آن جهت نواختن یک ارگ استفاده می کرد. با توجه به شواهد موجود می توان ادعا کرد که زادگاه های ماشین های بادی از نوع محور قائم، حوزه شرقی مدیترانه و چین بوده است.


در قرون وسطی، آسیاب های بادی در ایتالیا، فرانسه، اسپانیا و پرتغال متداول گردید و کمی بعد در بریتانیا، هلند و آلمان نیز به کار گرفته شد. برخی از مورخان اظهار داشته اند که ورود این آسیاب ها به اروپا را باید مدیون شرکت کنندگان در جنگ های صلیبی دانست که از خاورمیانه بازمی گشتند. آسیاب های بادی که در اروپا ساخته می شدند از نوع آسیاب های محور محور افقی و 4 پره بودند که برای آرد کردن حبوبات و گندم به کار می رفتند. مردم هلند آسیاب های بادی را از سال 1350 میلادی به منظور خشک کردن زمین های پست ساحلی و همچنین گرفتن روغن از دانه ها و بریدن چوب و تهیه پودر رنگ برای رنگرزی به کار گرفتند. آنچه که هلند را در قرن 17 میلادی در زمره غنی ترین و صنعتی ترین مردم اروپا قرار داد، صنعتکشتی سازی و ساخت آسیاب های بادی در آن کشور بود. توربین های بادی بطنی که شامل پره های متعدد هستند، بعدها متداول شدند. در آغاز قرن بیستم اولین توربین های بادی سریع و مدرن ساخته شدند. امروزه فعالترین کشورها در این زمینه آلمان، اسپانیا، دانمارک، هندوستان و امریکا می باشند.


منشا باد
هنگامی که تابش خورشید به طور نا مساوی به سطوح نا هموار زمین می رسدسبب ایجاد تغییرات در دما و فشار می گردد و دراثر این تغییرات باد به وجود می آید.


همچنین اتمسفر کره زمین به دلیل حرکت وضعی زمین، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که این امر نیز باعث به وجود آمدن باد می گردد. جریانات اقیانوسی نیز به صورت مشابه عمل نموده و عامل 30% انتقال حرارت کلی در جهان می باشند.در مقیاس جهانی این جریانات اتمسفری به صورت یک عامل قوی جهت انتقال حرارت و گرما عمل می نماید. دوران کره زمین نیز می تواند در برقراری الگوهای نیمه دائم جریانات سیاره ای در اتمسفر، انرژی مضاعف ایجاد نماید.


پس همان طور که عنوان شد باد یکی از صورت های مختلف انرژی حرارت خروشیدی می باشد که دارای یک الگوی جهانی نیمه پیوسته می باشد. تغییرات سرعت باد، ساعتی، روزانه و فصلی بوده و متاثر از هوا و توپوگرافی سطح زمین می باشد. بیشتر منابع انرژی باد در نواحی ساحلی و کوهستانی واقع شده اند.


سایر سئوالات