Univ of Queensland

به جهت نمایش کامل متن به همراه جداول و تصاویر میتوانید از اینجا اقدام کنید.

به جهت سفارش ترجمه ارزان از نوار بالای سایت کمک بگیرید.

آزمایشگاه هایی برای آزمایشات توربین بادی با استفاده از امکانات WINDLAB در دانشگاه QUEENSLAND

مایک اورات و رائول شارما

دانشکده مهندسی فناوری اطلاعات و سیستم قدرت برق و انرژی از دانشگاه کوئینزلند سنت لوسیا، QLD

فهرست مطالب

مقدمه

اطلاعات پیش زمینه

اصول کار توربین های بادی

پیشرفت های فن آوری توربین بادی – کنترل کننده های زمینی

آزمایشگاه فن آوری های توربین های بادی

بررسی کلی

قطعات worldlab

ویژگی های قابل برنامه ریزی

کالیبراسیون آزمایشگاههای باد

ساختار و بررسی moduleآزمایشگاهی

پیش آزمایش

آزمایشگاه module شماره 1: آشنایی با سیستم

برگه

گام های راهنمایی

راه حل های نمونه

آزمایشگاه module شماره 2: تجزیه و تحلیل سیستم

برگه

اقدامات گام به گام

راه حل نمونه

آزمایشگاه module شماره 3: تجزیه و تحلیل موقعیت یابی تیغه

برگه

گام های راهنمایی

راه حل نمونه

منابع

مقدمه

دانشگاه کوئینزلند اخیرا یک توربین بادی WindLab با فن آوری توربین های جدید  به دست آورده است ، که بخشی از داده های آن توسط موسسه برق استرالیا (API) تامین شده است. هدف از این آزمایش ها ارائه اطلاعات لازم به مهندسین برق کارآموزی و کارشناسی ارشد با روش عملی و درک مبانی کارکرد توربین های بادی برای مدیران تولید برق بادی می باشد. این سیستم برق را با یک پلت فرم برای توسعه دانش روز ، تست و شبیه سازی توربین بادی و ژنراتور مربوط را در شرایط متغیر باد فراهم خواهد کرد. توربین بادی WindLab یک ابزار قابل اجرا و قابل استفاده برای انرژی تجدیدپذیر بادی طراحی شده است. این سیستم برای آزمایش و تحقیق همراه با مطالعات مربوط به آیرودینامیک، ساختارهای فیزیکی و مهندسی برق مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

برای اطمینان از اینکه مهندسین UQ از مزایای کامل آموزشی و عملی این سیستم بهره مند می شوند، شش ساعت از آزمایشگاه ها برای استفاده در دوره های BE، ME و BE / ME ، برای تولید برق از انرژی باد استفاده می شود. moduleآزمایشگاهی به شکل سه جلسه عملی جداگانه توسعه یافته است که هر دو به مدت تقریبا دو ساعت طول می کشد. فرمت و ساختار هر یک از module سازگار با دیگر API عملیات و آزمایشگاهی می باشد . این module توسط UQ با آموزش های گام به گام و راه حل هایی برای نمونه ارائه شده است .

هشت قسمت اول این گزارش خلاصه ای از برخی نظریه های پیش زمینه و اصول در قدرت کنترل باد، کنترل کنندگان زمینی، سیستم WindLab و نحوه کالیبراسیون مربوطه و همچنین روش های قبل از آزمایشگاه است.

اولین module آزمایشگاهی طراحی شده است تا کاربر را با تمام روشهای ایمنی لازم و ارزیابی عملیاتی سیستم WindLab آشنا کند. از طریق پارامترهای کنترل توربین های بادی و نحوه نمونه برداری و ذخیره داده ها از طریق سیستم جمع آوری اطلاعات و برنامه نصب شده بر روی لپ تاپ عرضه می شود.

module دوم برای بررسی قابلیت های توربین طراحی شده است، اصول عملیاتی پایه و مزایای بالقوه انرژی باد را نشان می دهد. این صفحه نتایج سناریوهای واقعی را فراهم می کند و کاربر را برای جمع آوری داده های تجربی با استفاده از این سیستم برای پاسخ به سوالات راهنمایی می کند. همچنین نیاز به دانش نظری برای توجیه تصمیم گیری را برای کاربر، فراهم می کند.

سومین آزمایش  module به اندازه دو ساعت ،  برای اهداف و ویژگی های قابل تنظیم سیستم WindLab می باشد. به طور خاص، تاثیر موقعیت تیغه بررسی شده است که در آن پره های قابل تنظیم در زاویه های مختلف پیکربندی شده و عملکرد توربین برای هر پیکربندی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. تأثیر سطح تیغه بر عملکرد سیستم در هر دو مدل توربین بادی بررسی شده است . یک برنامه کامل با مقیاس سطوح عملکردی تیغه بررسی شده ، ارائه اطلاعات به مسئله جاری و تمرکز در صنعت باد می باشد.

اطلاعات پیش زمینه

اصول توربین های باد

انرژی باد یک انرژی پاک و تجدیدپذیر برای آینده است. از آنجایی که ابتدا انرژی باد برای تولید برق در اوایل دهه 1900 مورد استفاده قرار گرفت، بهره برداری و رشد آن به ویژه در طول ده سال گذشته به شدت تحت تأثیر قرار گرفته است. به دلیل نگرانی های مربوط به تغییرات آب و هوایی، کشورهای سراسر جهان اهداف سریعی را برای کاهش انتشار CO2 با نصب تاسیسات تولید کننده انرژی تجدید پذیر در نظر گرفته اند. از تکنولوژی های انرژی تجدید پذیر در دسترس باد یکی از بهترین ها می باشد، به دلیل هزینه های پایین تر، وضعیت تکنولوژیکی اثبات شده، فراوانی منابع بادی و کمبود منابع برق آبی توسعه یافته، انرژی باد بیشتر شایع بوده است. علاوه بر کاهش انتشار CO2 ، انرژی تجدیدپذیر باعث کاهش آلودگی از انتشار گازهای گلخانه ای و انتشار گاز های سمی از جمله SOx و NOx می شود. منابع انرژی پاک قابل تجدید، مانند انرژی باد و خورشید، نقطه عطفی در انتقال به یک دنیای سالم، کارآمد و با آلودگی کمتر بوده است.

صنعت بادی یک رکورد جدید برای نصب و راه اندازی می باشد ، که سالانه در سال 2014 با ظرفیت انرژی بادی در حال رشد 44 درصد با توجه به آمار جهانی منتشر شده توسط شورای انرژی جهانی باد تعیین می شود، شکل 1 در زیر نشان می دهد که تقریبا 70 درصد از تولید این انرژی به میزان 370GW  در کشور های چین، ایالات متحده آمریکا، آلمان، اسپانیا و هند قرار دارد.

شکل 1- ظرفیت جهانی تولید انرژی در سال 2014.

اجزای ضروری برای توربین های بادی بزرگ شامل :

• روتور: تیغه روتور، ترمز آئرودینامیکی و توپی های گردان.

• قطعات متحرک: شفت روتور، یاتاقان، ترمز، گیربکس و ژنراتور.

• معماری سازه : برج و پایه

• اجزای الکتریکی برای کنترل و اتصال به شبکه.

شکل 2- نمایش در داخل یک توربین بادی

توربین های بادی بر اساس یک اصل ساده کار میکنند. انرژی باد در دو یا سه تیغه پروانه ای شکل در اطراف روتور حرکت می کنند. روتور به شفت اصلی متصل شده است، که در داخل یک استاتور احاطه می شود و به وسیله حلقه های مسی به بدنه متصل می شود. القای الکترومغناطیسی ایجاد شده و در نهایت برق تولید می شود.

توربین محور افقی قرار گرفته در بالای برج را برای استفاده از باد قوی تر در 100 فوت (30 متر) و یا بیشتر بر روی زمین قرار می دهند.

تیغه توربین خیلی شبیه یک بال هواپیما است. هنگامی که باد حرکت می کند، از قسمت  کم فشار در پایین تیغه حرکت می کند سپس هنگامی که به انتها می رسد مانند یک جک تیغه را به حرکت در می آورد و سبب چرخاندن روتور می شود. نیروی بالابر در واقع بسیار قوی تر از نیروی باد است. ترکیبی از نیروی بالابرنده باعث می شود که روتور به مانند یک پروانه چرخش کند و شفت ژنراتور برای تولید برق به حرکت در می آورد.

شکل 3- رسم کردن تصویر

قدرت تولید شده از توربین بادی می تواند از فرمول زیر محاسبه شود:

جایی که

ρ-دانستیته( چگالی) هوا ، کیلوگرم بر متر مربع

A – محدوده پوشش تیغه، از طریق دانستن طول تیغه، بر متر مربع تعیین می شود.

v – سرعت باد، m / sec

Cp – ضریب توان  در

بزرگترین توربین بادی که در حال حاضر در حال بهره برداری است، می تواند حدود 3 مگاوات بر روی زمین تا 5 مگاوات در کنار خلیج تولید می شود ،  ساختارهای بزرگ تر تولید برق بیشتر را امکان پذیر می کند. توربین ها می توانند به عنوان برنامه های جداگانه ای استفاده شوند یا می توانند به یک شبکه برق متصل شوند. برای منابع انرژی باد ، تعداد زیادی توربین معمولا برای ایجاد یک مزرعه ی بادی ساخته می شوند ، در استرالیا ظرفیت کل 60 تا 300 مگاوات  برق بادی از این مزرعه تولید می شود.

پیشرفت های فناوری توربین بادی – کنترل پیک توان تولید برق

یک متغیر کلیدی برای تعیین تولید انرژی باد، سرعت باد در مکان های انتخاب شده برای مزارع باد است. غالبا سرعت باد، در ارتفاع 100 متری بالای تپه های وجود دارد که یکی از دلایل تماشای توربین های بادی در برج های بلند در امتداد کوه ها و صخره ها همین عامل است. تحقیقات و مطالعات انجام شده به طور متوسط برای آزمایش امکان پذیری برای تاسیس مزرعه بادی بر روی صخره ها انجام می گیرد. در صورت تعیین منطقه مناسب، این داده های باد برای انتخاب ژنراتور بهینه اندازه استفاده می شود تا به تولید برق خود بر اساس میزان مورد انتظار از سرعت باد و به حداکثر رساندن زمان صرف شده برای تولید قدرت رتبه بندی شوند. سرعت باد و کنترل RPM تیغه های متصل به راکتور و ژنراتور و درنتیجه خروجی الکتریکی ژنراتور است.

یکی از نقاط قوت صنعت انرژی باد در حال حاضر، طراحی روش های کنترل است،  که به طور خودکار توان خروجی ژنراتور را در طیف وسیعی از سرعت های باد و در عین حال از ژنراتور محافظت می کند. موقعیتی که تیغه توربین بادی دارد، روش اصلی برای این کنترل کننده ها است. تغییر فرم تیغه های توربین می تواند انرژی تولید شده را برای یک سرعت باد مناسب بهینه سازی و تنظیم کند.

سیستم کنترل ارتفاع توربین بادی با توجه به سرعت باد واقعی در جهت تنظیم توان خروجی، دستیابی به بهره وری بالاتر و بهره وری از قدرت باد و حفاظت از تیغه های روتاتور، میزان انحنای تیغه روتور در توربین بادی را تغییر می دهد. هنگامی که سرعت باد بالاتر از سرعت نهایی نیست، برش تیغه در نزدیکی زاویه 0 درجه (بالاترین نقطه قدرت) قرار دارد. هنگامی که سرعت باد بالاتر از سرعت مورد نظر می باشد، مکانیزم کنترل بر روی زمین تغییر شیب تیغه را تغییر می دهد تا قدرت تولید شده در محدوده مجاز باقی بماند. این عمل به عنوان یک ویژگی کنترل بهینه سازی و همچنین یک روش محافظت از حالت های فشار بر ژنراتور است.

یک فرآیند معمولی برای کنترل کننده های تیغه بر روی زمین ، در زیر توسط یک شرکت تولید کننده به نام فرنل توضیح داده شده است:

“به طور معمول یک سیستم کنترل توربین بادی با یک کنترل کننده، مکانیزم کنترل زمین، یک منبع تغذیه پشتیبان و یک قدرت خروجی مولد مانیتورینگ بازبینی ساخته شده است. MCU ها یا DSCs با عملکرد بالا اغلب به عنوان کنترل کننده های سیستم های کنترل زمین انتخاب می شوند. آنها مسئول ارائه دستورالعمل ها به مکانیسم کنترل بر اساس سرعت در زمان واقعی باد هستند، پیش تنظیم امتیاز قدرت، اطلاعات دریافتی از سطح زمین و سیگنال قدرت خروجی از ژنراتور است. مکانیسم کنترل پیچ معمولا شامل کد گذاری های دوار، دروازه حرکتی، moduleIGBT و موتورهای سرور است. هر تیغه موتور نیاز به یک مکانیسم کنترل تک دارد که به سه مکانیسم در کل مورد نیاز می باشد. پس از دریافت دستورالعمل توسط کنترلر، دروازه حرکتی، moduleIGBT این مکانیزاسیون موتورهای مربوطه را برای تغییر نوع تیغه در اختیار کنترل کننده می گذارد. در همین حال، اطلاعات زمین در زمان واقعی به وسیله رمزگذاری شده به کنترل کننده ها ارسال می شود. module بازخورد از سنسور ولتاژ و سنسور جریان تشکیل شده است که ولتاژ و سیگنال های جاری را از ژنراتور جمع آوری می کند و به کنترل کننده ارسال می کند. به منظور تنظیم تیغه در صورت وضعیت اضطراری، نیروی پشتیبان مورد نیاز است. قدرت پشتیبان گیری را می توان با باتری ها، خازن های فوق قوی یا حتی یک راه حل ترکیبی که بهترین گزینه های هر دو را ارائه می دهد. “

این روش در نمودار طرح زیر نشان داده شده است که نشان دهنده تعامل مولفه ها برای ارائه اتوماسیون مورد نظر است.

شکل 4- روش کنترل خودکار بر روی زمین

تکنولوژی  توربین های WindLab

بررسی کلی

فن آوری های توربین یک شرکت واقع در ایالات متحده که تولید محصولات آزمایشگاهی آموزشی را بر عهده دارد .

همانطور که در وب سایت توضیح داده شده است، “توربین بادی WindLab ” یک سیستم تولید نیروگاه برق است که به عنوان ابزار یادگیری کامل برای هر آزمایشگاه تحقیقاتی و یا محیط آزاد کار می کند. آزمایشگاه باد در یک تونل بادی تکی قرار می گیرد و با یک منبع باد متغیر با سرعت قابل کنترل عمل می کند. همچنین ابزار سفارشی در بخش اصلی توسط Lab VIEW ™ طراحی و ساخته می شود . WindLab یک نیروگاه با اندازه سطوح مختلف ساخته شده است که با اجزای سطوح هوافضا شامل جعبه دنده ی آلیاژی، ژنراتور 3 فاز، پوشش گنبدی شکل ، برج فولادی ضد زنگ و تیغه پلاستیکی با ترمز ABS ساخته شده است. “

کار با سیستم توربین WindLab با یک کتابچه راهنمای عملیاتی که روش های عملیاتی مهم را توصیف می کند ، دنبال می شود. به خصوص روش راه اندازی و حداکثر شرایط عملیاتی را نیز شرح می دهد .

قبل از بهره برداری از توربین باد WindLab ، کاربر باید جنبه های زیر را تأیید کند: فن بادی بدون آسیب دیدگی باید باشد.

تیغه های توربین مورد بررسی قرار گرفته اند تا اطمینان حاصل شود که اتصال به مرکز هیدرولیک باد درست انجام شده است.

ولتاژ اخطار Reostat خاموش است.

DAQ به کامپیوتر متصل شده است.

محدودیت عملیاتی باید دنبال شود:

حداکثر سرعت فن بادی توسط نیروی محرکه موتور، که 7.8A است، محدود می شود. سرعت توربین بادی میتواند هر عملیاتی را انجام دهد که اطمینان حاصل کند که محدودیت سرعت باد برای این توربین چقدر است.

حداکثر خروجی ژنراتور می تواند حداکثر تا 2.5 ولت را در 12/0 درجه سانتیگراد فراهم کند. تولید 0.5 وات قدرت.

قطعات آزمایشگاهی باد

توضیحات اجزای زیر از دستورالعمل عملیاتی ارائه شده با توربین آزمایشگاهی باد گرفته شده است.

توربین بادی دارای یک تیغه توربینی قابل تنظیم و تیغه کارخانه ای است که می توانند جایگزین طرح های دیگر تیغه شوند. این روش اجازه می دهد تا آزمایشی برای تنظیم تیغه و همچنین تست طرح های جایگزین تیغه برای مقایسه کارایی بهتر انجام شود.

در پشت ژنراتور توربین بادی قطعاتی برای تولید برق قرار دارد ، این قطعات شامل:

جعبه دنده

o با توجه به سرعت کم توربین باد، RPM موتور 4 بار افزایش یافته است.

o گیربکس یک پیکربندی سیاره ای( چرخ دنده ای) است.

ژنراتور

o ژنراتور هیبرید DC تولید شده با سه فاز در پیکربندی دلتا،

o ژنراتورتوسط کابل هابه موتور سه فاز متصل می شوند.

ولتاژ تحریک ژنراتور نیز یک جزء برای تعریف کاربر آورده شده است. تحریک ژنراتور برای ایجاد هسته الکترومغناطیسی داخل ژنراتور ضروری است و می تواند بین 14-14V تنظیم شود. این تحریک مغناطیسی از طریق مجموعه ای از حلقه های لغزش نصب شده در عقب ژنراتور انجام می شود.

یک باد سنج با مقیاس کوچک وجود دارد ، برج بادگیرهای توربین باد برای اندازه گیری سرعت باد دقیقا نصب شده اند. این توانایی به درستی مباحث حرکتی باد را نمایش می دهد، تمامی داده ها در زمان واقعی ثبت می شوند.

ویژگی های قابل برنامه ریزی

ویژگی های قابل برنامه ریزی که سیستم WindLab ارائه می دهد عبارتند از:

1. پروفیل های تیغه متحرک و قابل تغییر

طرح های تیغه مختلف و نوآورانه مورد آزمایش قرار می گیرد و عملکرد این تیغه ها تجزیه و تحلیل می شود.

2. زاویه تیغه قابل تنظیم نسبت زمین می باشد

آزمایش ها و تحقیقات در مکانهایی که قصد احداث و ساخت مزرعه نیروگاه بادی داریم ، مشخص می کند. یک پلت فرم برای آزمایش الگوریتم های بهینه سازی خودکار تعیین اثربخشی برای پیاده سازی در توربین های کامل مقیاس را مشخص و طراحی می کند.

3. شبیه سازی جریان های باد واقعی از مکان های تعیین شده

این سیستم در هنگام بررسی مکان های مزرعه جدید بادی  جریان های بادی ثبت شده را از طریق لپ تاپ بارگذاری کرده و محیط بادی را شبیه سازی می کند. اندازه گیری ها و اکتشاف ها می توانند به توجیه تصمیم نهایی کمک کنند.

کالیبراسیون توربین های WindLab

ولت متر و ammeters نصب شده در WindLab را می توان با مراحل زیر تنظیم کرد:

دکمه پالس P را همزمان فشار دهید. CAL باید شروع به فلاش زدن کند. P را دوباره فشار دهید ، bhi باید شروع به فلش زدن کند،  دکمه پایین آن را فشار داده و نگه دارید تا 0.500 را بخواند. دکمه P را فشار دهید

Bio ظاهر خواهد شد

دکمه پایین را فشار دهید تا عدد 0.000 ظاهر شده سپس دکمه P را فشار دهید

dp ظاهر خواهد شد

پیکان پایین را تا زمانی که 0.000 دیده نشده  فشار دهید. مجددا دکمه P را فشار دهید

کلمه Hello  ظاهر خواهد شد

دکمه فلش تا زمانی که عدد  9.999 خوانده شود را فشار دهد، مجددا دکمه P را فشار دهید

یک L0 ظاهر خواهد شد

پیکان پایین را تا زمانی که عدد 0.000 ظاهر نشده  فشار دهید، سپس مجددا دکمه P را فشار داده تا آنکه خود را دوباره تنظیم کند

ساختار مدارات آزمایشگاهی و بررسی

سه module آزمایشگاهی دو ساعته هر کدام حاوی سه سری اسناد شخصی هستند که اهداف زیر را دنبال می کنند:

برگه نمونه:

اهداف جلسه عملی زیر را شرح می دهد. سوالات طراحی شده برای تعامل بین دانش تئوری و سیستم WindLab برای یافتن راه حل ها ارائه شده است.

حرکت گام به گام:

تمام مراحل ایمنی لازم برای اجرای کامل راهنما از طریق صفحه های کاری و دستورالعمل های عملیاتی مورد نیاز برای کار با توربین بادی را نشان می دهد.

راه حل ها:

پاسخ های دقیق به سوالاتی که برای تعیین اهداف علامت گذاری و مقایسه را ارائه می دهند.

برای ارائه دانش تئوری مورد نیاز برای تکمیل سه module، قبل از شروع تمرینات که شامل اصول اولیه انرژی باد و تجزیه و تحلیل اجزای WindLab است، سند Prelab برای پیش از خواندن کاربر تهیه شده است.

سند Prelab و سه module آزمایشگاه در بخش زیر تألیف شده است.

Prelab (پیش از آزمایش )

آزمایشگاه module: آماده سازی

هدف:

پس از اتمام کار قبل از آزمایش، باید اطلاعات نظری مورد نیاز برای تکمیل Module های آزمایشگاهی بعدی در سیستم توربین بادی WindLab را بدست آوریم.

اهداف:

دانش آموزان باید بتوانند درک جزئیات عملیاتی تجهیزات آزمایشگاهی WindLab، رابط های کنترل شده و تئوری ارائه شده در این آزمایشگاه را نشان دهند.

الزامات آزمایشگاه:

راهنمای عملیات – سیستم تولید برق توربین باد WindLab

اطلاعات پس زمینه – انرژی باد:

انرژی باد یک ستون اصلی تامین انرژی آینده است. از آنجا که اولین پیشرفت های استفاده از انرژی باد برای تولید برق در اوایل دهه 1900، بهره برداری و رشد یافت ، دانش روز در این زمینه به شکوفایی رسیده است. به دلیل اینکه کشورهای سراسر جهان از آلودگی و انتشار گاز های سمی رنج می برند، منابع انرژی پاک مانند انرژی باد نقطه کانونی برای تبدیل شدن به یک جهان سالم، کارآمد و کمتر آلوده است.

با توجه به آمار بازار جهانی منتشر شده توسط شورای جهانی انرژی باد، صنعت بادی یک رکورد جدید برای تاسیسات سالیانه در سال 2014 با افزایش رشد بازار به دست آورد و میزان تولید خالص آن 370 گیگاوات است که آمار جاری می باشد.

اجزای ضروری برای توربین های بادی بزرگ شامل :

• روتور: تیغه روتور، ترمز آئرودینامیکی و توپی های گردان.

• قطعات متحرک: شفت روتور، یاتاقان، ترمز، گیربکس و ژنراتور.

• معماری سازه : برج و پایه

• اجزای الکتریکی برای کنترل و اتصال به شبکه.

توربین های بادی بر اساس یک اصل ساده کار میکنند. انرژی باد در دو یا سه تیغه پروانه ای در اطراف روتور حرکت می کند. روتور به شفت اصلی وصل شده است، که یک ژنراتور را برای ایجاد برق به چرخش در می آورد.

تیغه توربین خیلی شبیه یک بال هواپیما است. هنگامی که باد حرکت می کند، از قسمت  کم فشار در پایین تیغه حرکت می کند سپس هنگامی که به انتها می رسد مانند یک جک تیغه را به حرکت در می آورد و سبب چرخاندن روتور می شود. نیروی بالابر در واقع بسیار قوی تر از نیروی باد است.

 ترکیبی از نیروی بالابرنده باعث می شود که روتور به مانند یک پروانه چرخش کند و شفت ژنراتور برای تولید برق به حرکت در می آورد.

قدرت 3 فاز تولید شده از یک سیستم متوازن به وسیله:

معادله نظری برای محاسبه فرکانس به RPM و تعداد قطب درون ژنراتور بستگی دارد.

سرعت در هر دقیقه و P نشان دهنده تعداد قطب های ژنراتور است. توربین ها می توانند به عنوان برنامه های جداگانه ای استفاده شوند یا می توانند به یک شبکه برق متصل شوند. برای منابع انرژی بادی، تعداد زیادی توربین معمولا برای ایجاد یک مزرعه باد ساخته می شوند،

از نقطه نظر عملیاتی، کار سیستم کنترل توربین بادی به طور همزمان بهترین توان خروجی را تا رتبه بندی توربین و طول عمر توربین ارائه می دهد. طول عمر توربین با کاهش توان برق تولیدی در ساختار توربین مشخص می شود. به همین دلیل، روش های کنترل شده طراحی شده اند و در حال حاضر نقطه کانونی از صنعت باد برای توسعه و مدیریت موثر توربین های بادی بزرگ است. یک مکانیزم کلیدی در توسعه سیستم های کنترل، مدیریت موثر زاویه های تیغه توربین است (به عنوان مثال).

سیستم کنترل سطح توربین بادی، میزان برش تیغه روتور را در یک سیستم تولید انرژی بادی بر مبنای سرعت باد واقعی در جهت تغییر توان خروجی، دستیابی به بهره وری بالاتر از توان باد و حفاظت از تیغه های روتور، تغییر می دهد. هنگامی که سرعت باد بالاتر از سرعت معیار نیست، فرم تیغه در نزدیکی زاویه 0 درجه (بالاترین نقطه قدرت) قرار دارد. هنگامی که سرعت باد بالاتر از سرعت معیار می باشد، مکانیزم کنترل کننده در زمین تغییر شیب تیغه را به طوری که قدرت خروجی ژنراتور در محدوده مجاز برساند ، عمل می کند. این عمل به عنوان یک ویژگی کنترل بهینه سازی و همچنین یک روش حفاظت برای جلوگیری از حالت های فشار بر  ژنراتور عمل می کند.

آزمایشگاه باد – بررسی اجمالی کامپوننت پایه

پانل کنترل اپراتور شامل موارد زیر است:

1. سوئیچ Master Power برای روشن کردن یا خاموش کردن برق دستگاه.

2. Wind Speed Master Controller / Display: کنترل / نمایش سرعت باد (فن بادی).

3. کنترل کننده تحرکات ژنراتور / نمایش: کنترل / نمایش ولتاژ تحریک به هسته ژنراتور الکترومغناطیسی ژنراتور متصل استا.

4. نمایش توربین بادی RPM

5. نمایش سرعت باد

AV نمایش ولتاژ برای فاز A AA. نمایش آمپراژ برای فاز A

AR مقاومت قابل تنظیم برای فاز A: رئواستات بارگذاری فاز فردی را برای ژنراتور الکتریکی توربین فراهم می کند (برای هر فاز).

BV نمایش ولتاژ برای فاز B BA. نمایش آمپراژ برای فاز B BR. مقاومت قابل تنظیم برای فاز B CV. نمایش ولتاژ برای مرحله C CA. نمایش آمپراژ برای مرحله C CR. مقاومت قابل تنظیم برای مرحله C

بحث:

با تکمیل این مود آزمایشگاه “قبل از خواندن”، دانش آموزان باید مبانی تولید برق با استفاده از توربین های بادی و اهمیت آنها را اصلاح کنند. لازم به ذکر است که موارد بازرسی شده در بخش قبل از آزمایش فقط ارزیابی سطح بالایی از عملکرد توربین های بادی و اهمیت آن را ارائه می دهد. این به هیچ وجه پوشش گسترده ای از مبانی طراحی و عملیات توربین های بادی نیست. به دانش آموزان به شدت توصیه می شود که محتوای نظری مربوطه (به عنوان مثال، مطالب موجود در مباحث ELEC3300 و ELEC7313 برای UQ) را مرور کنید.

واحد اندازه گیری 1

آزمایشگاه module 1 (آشنایی با سیستم): صفحه کار

اهداف: پس از اتمام این درس، دانش آموزان باید توانایی برقراری ایمنی مستقل از مرکز WindLab برای دستیابی به داده های تجربی قابل استفاده مفید داشته باشند و بتوانند محاسبات نظری را با نتایج عملی مرتبط سازند.

اهداف: پس از اتمام این درس، دانش آموزان باید قادر به انجام آن باشند

1. به طور مستقل قبل از راه اندازی، اجرا، بهره برداری و خاموش شدن سیستم توربین باد WindLab را اجرا کنید.

2. از سیستم جمع آوری داده ها برای جمع آوری مقادیر عملیاتی با آزمایشات مشخص شده استفاده کنید.

3. ارزیابی عملکرد سیستم توربین باد WindLab تحت طیف گسترده ای از شرایط عملیاتی انجام می گیرد .

سیستم مورد نیاز:

WindLab Wind Turbine Data Acquisition Computer WindLab 1.0

نرم افزار – کابل USB

روش کار عمومی:

اول. استفاده از راهنمای اپراتور WindLab در بخش 4 آورده شده است. برای راه اندازی سیستم قبل از شروع ، عملیات و خاتمه مراحل سیستم را دنبال کنید.

دوم. با استفاده از بخش 6.5.1 ابزار نمایش مجازی (VI) نمایش / جمع آوری اطلاعات در منوی اپراتور برای جمع آوری داده ها بکار برده شود .

روش آزمایشگاهی خاص:

مراحل دقیق برای تکمیل به مراحل زیر مراجعه کنید به LAB Module # 1 – راهنمای گام به گام

سوالات:

1. شرایط:  سیستم توربین باد WindLab با شرایط بدون بار با تحریک DC 5V دکمه روشن را یزنید . سرعت باد را تا 6 متر / ثانیه تنظیم کنید ،سپس باد را قطع کنید ( شرایط آزمایشگاهی ).

سوم. از طریق استفاده از نرم افزار Data Collection WindLabl.O، شرایطی را که توصیف کرده اید ، ذخیره کرده و یک طرح «سرعت باد (m / s) »در مقابل زمان (های) داده شده بگیرید .

HINT- با استفاده از میزان نمونه برای به دست آوردن زمان بکار می رود.

درسرعت  m / s5، از معادلات نظری برای محاسبه مقادیر زیر استفاده کنید:

الف. قدرت کل (W)

ب. فرکانس (هرتز)

چهارم.  مقادیر تئوریک را با مقادیر عملی از طریق تجزیه و تحلیل گرافیکی به دست آورده و  مقایسه کنید.

2. شرایط: روتور RPM را به طور ثابت 150 RPM و تحریک تا 50٪ تنظیم کنید. داده های نمونه برای 50 ثانیه در 0٪، 50٪، 70٪ و 90٪ بار تنظیم کنید .

I. مقادیر زیر را در برابر زمان (های) تعیین شده قرار دهید.

الف) سرعت باد (متر / ثانیه)

ب) روتور RPM

ج) ژنراتور RPM

د) فرکانس (هرتز)

ت) ولتاژ RMS (V)

پ) جریان A (A)

چ) ولتاژ RMS (V)

ک) جریان B (A)

ی) ولتاژ RMS (V)

ح) جریان C (A)

ث) قدرت (W)

دوم . دو مثال واقعی که بارها به توربین های بادی متصل هستند، داده ها را اراده دهید؟

آزمایشگاه شماره 2 (آشنایی با سیستم): راهنمای مرحله ای

مراحل زیر برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای تکمیل فرم 1 module لازم است.

دستگاه برقراری ایمنی توربین باد WindLab و اتصال آن به لپ تاپ

1. مطمئن شوید که تمام رئواستات ها بدون بار (صفر) برای هر فاز و تحریک، (فاز C )نشان داده شده اند.

2. MASTER Power را روی دیوار روشن کنید، و سپس کلید موقعیت ONرا بزنید.

3. سیستم را استارت کنید ، یک سرعت باد کم را انتخاب کنید. هنگامی که باد سنج شروع به چرخش می کند، سرعت باد سنجیده شده و به نمایشگر داده ها ارسال می شود .

4. در این مرحله، شما نیاز به اتصال و اجرا کردن برنامه کسب اطلاعات به نام WindLABl.O برای مشاهده و ضبط نتایج داده به سیستم لپ تاپ دارید .

* برای مراحل شخصی در اتصال به لپ تاپ،

«جمع آوری داده ها و وارد کردن به اکسل از طریق برنامه WindLab 1.0» به صفحه 23مراجعه کنید .

• بصورتی که سیستم با تنظیم سرعت باد و تغییرات ماکتی که در لپ تاپ مشاهده می کنید به سیستم اصلی نیز اتصالات را انجام دهید.

اطمینان حاصل کنید که فرایند ذخیره داده ها از طریق برنامه جمع آوری اطلاعات دقیق بوده  و یک آزمایش موفقیت آمیز برای تایید تکمیل شده است.

برای سوال 1مراحل عملی وجود دارد .

1. شرایط عملیاتی اولیه را تنظیم کنید:

3 فاز به شرایط بدون بار انتقال یابد.

سطح تحریک DC تا 5 ولت رسانده شود

2. شروع ذخیره سازی داده ها به یک فایل جدید با استفاده از نرم افزار اطلاعاتی می باشد.

3. با هر انتقال بار دوم، کنترل سرعت باد را با افزایش یک بار اضافی بیشتر کنید.

این سرعت باد را از 0 متر بر ثانیه تا 6 متر بر ثانیه افزایش دهید

به کل سیستم پاسخ داده می شود .

4. سرعت باد در توربین کنترل می شود.

5. هنگامی که سرعت باد به 6 m / s می رسد انتقال داده ها را به لپ تاپ قطع کرده و سرعت باد را تا  0 m / s کاهش دهید و تمام دستگاه های شمارش شده را به 0 برسانید و سیستم را خاموش کنید.

اکنون بخش «داده های خرید واردات را به یک صفحه گسترده MS-Excel» برای

تجزیه و تحلیل اطلاعات و تولید نمودار های آماده کنید.

مراحل عملی برای سوال 2.

1. شرایط اولیه را تنظیم کنید:

150 دور در دقیقه در روتور.

از  DC در 50٪ (7 V) استفاده کنید.

تمام 3 فاز بدون شرایط بار (0٪) باشد.

2. آغاز ذخیره داده ها  و انتقال به یک فایل جدید با استفاده از سیستم جمع آوری داده ها و همچنین تنظیم ساعت به طور همزمان انجام گیرد.

3. داده های نمونه برای هر یک از بارها شرح داده شده برای 50 ثانیه در RPM روتور ثابت در 150 RPM انجام گیرد.

4. پس از جمع آوری تمام داده ها، از طریق انتقال به لپ تاپ  و ذخیره سازی می شود.  بارهای 3 فاز را به 0٪ و سرعت باد به 0 متر بر ثانیه برسانید. Safetly سیستم را خاموش می کند.

حالا برای تجزیه و تحلیل اطلاعات و مراحل چگونگی تهیه نمودارهای مهم، “داده های خرید واردات را به یک صفحه گسترده MS-Excel” اضافه کنید.

جمع آوری اطلاعات و وارد کردن با به اکسل از طریق برنامه WindLab 1.0 :

مراحل زیر استفاده از استاندارد نرم افزار WindLab ™  و تنظیمات پیش فرض را با WindLab ™ ارائه می دهد. استفاده از تنظیمات غیر پیش فرض و یا نرم افزار های دیگر ممکن است روش های جایگزین برای جمع آوری داده ها را به دنبال داشته باشد. با LabView / NationaI مشورت کنید

نرم افزار خاص اطلاعات نرم افزار مورد نیاز

در ویندوز، نرم افزار WindLab ™ با دوبار کلیک بر روی نماد میانبر WindLab 1.0 واقع در دسکتاپ ویندوز باز می شود. WindLab 1.0 با پنجره Main Display / Control و پیکربندی کانال نمایش داده می شود.

نکته: قبل از باز کردن نرم افزار WindLab ™، کامپیوتر باید به پورت USB WindLab ™ متصل شود.

نرم افزار پیکربندی WindLab ™ وابسته به شماره سریال DAQ همانطور که در WindLab ™ نصب شده است و اگر module DAQ قابل شناسایی نباشد، به درستی کار نخواهد کرد. اگر این کار اشتباه انجام نشود، از برنامه خارج شوید، کابل USB را وصل کنید و دوباره شروع کنید.

برای بررسی اینکه نرم افزار با module DAQ ارتباط برقرار می کند، اندازه گیری و اتوماسیون را از دسکتاپ باز کنید. در ریشه منو، بر روی Devices and Interfaces کلیک کنید، سپس بر روی Nl DAQ 6218 کلیک کنید. این شماره سریال مناسب برای سیستم DAQ را تأیید کنید و همچنین تایید می کند که اتصال مناسب به آن دستگاه انجام شده است.

برای انجام این کارها:

• کنترل های نرم افزاری کنترل پنل مجازی در صفحه بعدی نشان داده شده است.

• ویژگی Logging Data to File در صفحه 9 نشان داده شده است.

• وارد کردن اطلاعات اکتسابی به صفحه گسترده MS-Excel در صفحه 10 نشان داده شده است.

 •  نمودار صفحات گسترده در صفحه 11 نشان داده شده است.

1. برنامه کسب داده ها باز می شود و می تواند با فلش سیاه و سفید با دکمه stop متوقف شود.

2. داده ها را در یک فایل متنی ذخیره کنید (آن را ببینید).

3. این تصویر یک شکل گرافیکی از VI را ارسال می کند (اطلاعات ذخیره شده را در زیر ببینید).

4. برنامه سرعت باد پیش از کنترل را ذخیره کنید.

5. نمودار ولتاژ اولیه از ژنراتور را وارد کنید.

6. کنترل میزان داده ها را فشار داده و  فلش بالا برای سرعت کندتر و پایین را اجرا کنید.

7. نمایشگر پایین (5) را بین نمایشگر نمودار با نمایشگر گرافیکی تغییر می دهد.

وقتی میخواهید داده ها را ذخیره کنید، باید دکمه « save as» را بزنید، سپس:

1. از منوی file برای انتخاب یک مسیر برای ذخیره اطلاعات خود استفاده کنید.

2. اطلاعات خود را به یک نام file جدید بدهید، سپس “OK” را انتخاب کنید. داده ها در آن فایل ذخیره می شوند .

وارد کردن داده های بدست آمده به صفحه گسترده MS-Excel

یک روش راحت برای تجزیه و تحلیل داده های Performance WindLab این است که نقاط داده را با استفاده از یک برنامه صفحه گسترده مانند Microsoft Excel ارائه دهیم. برای انجام این کار داده های محدود شده را با  اطالعات آزمایشگاهی باید در برنامه اکسل وارد می شوند. توجه: برنامه صفحه گسترده MS-Excel نمایش داده خواهد شد. اگر با استفاده از یک برنامه دیگر ورق منتشر شده، لطفا نحوه انجام این نتایج مشابه با آن برنامه خاص را مرور کنید.

1. در اکسل فایل داده های خود را از جایی که ذخیره شده است باز کنید. شما صفحه نمایش متصل با “Delimited” را مشاهده خواهید کرد . روی «next» کلیک کنید و بعد دوباره «next» را روی صفحه بعدی ظاهر کنید.

هنگامی که این صفحه ظاهر می شود، روی “finish” کلیک کنید

3. اطلاعات در حال حاضر در فرمت صفحه گسترده است.

نمودار صفحات گسترده

1. ستون یا سطر دلخواه داده های مورد نظر برای نمودار را برجسته کنید. برای این مثال، داده های ستون سرعت روتور و ژنراتور RPM (C & D) ترسیم می شوند.

2. بر روی “Insert” در بالای نوار منو کلیک کنید.

3. پس از کلیک روی “Insert” روی “Chart Layouts” کلیک کنید. در این مورد، هیچ نشانگری برای نقاط داده را انتخاب کنید . ( خطوط را انتخاب نکنید)

4. روی “Move chart” کلیک کنید

5. بر رویدکمه “New Sheet”  کلیک کنید و “Chart 1” به نام نمودار،  نمایش داده می شود، در این مورد آن را “RPM” می نامید.

6. بعد از انتخاب نام، “OK” را زده و نمودار به یک برگه جداگانه با یک صفحه کار جدید در پایین ظاهر می شود و به  “RPM” منتقل می شود.

روی:

“محورها”

“محور افقی اولیه” “نمایش چپ به راست محور”

گراف نهایی ژنراتور و مقایسه آن با روتور RPM

آزمایشگاه Module 1 (آشنا شدن با سیستم): راه حل های نمونه

شرایط: بر روی سیستم توربین باد WindLab با شرایط بدون بار محاسبه و تحریک 5 ولت DC روشن کنید. به آرامی سرعت باد را تا 6 متربر ثانیه تنظیم کنید و سپس به آرامی برنامه را  متوقف کنید.

I. با استفاده از نرم افزار Data Collection WindLab 1.0، شرایطی را که شرح داده شده است، ذخیره کنید و «سرعت باد (m / s) در برابر زمان (های)» را تهیه کنید.

HINT- با استفاده از میزان نمونه برای به دست آوردن زمان مورد کاربرد دارد.

زمان نمونه مورد استفاده: 1 نقطه داده در هر ثانیه را مشخص کنید.

سرعت که توربین درگیر می کند، مدارک را وارد کنید.

توربین بادی تحت شرایط توصیف شده در 2 متر در ثانیه است.

در m / s5، از معادلات نظری برای محاسبه مقادیر زیر استفاده کنید:

 a. قدرت کل (W)

شرایط متعادل، بنابراین هر مرحله می تواند مورد استفاده قرار گیرد:

مقادیر تئوریک را با مقادیر عملی که از طریق تجزیه و تحلیل گرافیکی به دست می آیند با یکدیگر مقایسه کنید.

نتایج عملی:

فرکانس عملی  = 34.88Hz

همانطور که واضح است، محاسبه فرکانس نظری کاملا ارزش عملی را به دست می آورد. اعتبار محاسبات قدرت ( power)را می توان در همان خط ها انجام داد.

2. شرایط: 150 دور در دقیقه در توربین با تحریک 4V. نمونه برای 50 ثانیه در 0٪، 50٪، 70٪ و 90٪ متعادل بار می شود .

I. مقادیر زیر را در برابر زمان (های) قرار دهید.

الف) سرعت باد (متر / ثانیه)

ب) روتور RPM

ج) ژنراتور RPM

ت) فرکانس (هرتز)

ث) ولتاژ RMS

ف) صحیح A

چ) ولتاژ RMS B

ه) فعلی B

ی) ولتاژ RMS C

خ) صحیح( فعلی، در حال حاضر ) C

ک) قدرت

تمرین: مقادیر نظری فرکانس و قدرت را با آنچه که در آزمایشات در این قسمت از module آزمایشگاهی به دست آمده است، مقایسه کنید. در مورد هر ناسازگاری در دو مقادیر بدست آمده  اظهار نظر کنید.

1. سیستم های ذخیره انرژی

2. شبکه برق

Module 2

آزمایشگاه Module  شماره 2 (تجزیه و تحلیل سیستم): کارگاه آموزشی

هدف:

برای توانایی ارزیابی و ایجاد قابلیت حیاتی سیستم های بادی برای مشخصات داده های باد شرایط زیر مورد نیاز است.

اهداف:

1. برای توسعه و اعمال مهارت های تجزیه و تحلیل برای اثبات ارتباط و مزایای مورد نظر که این سیستم WindLab برای مدل سازی و ارزیابی تولید انرژی باد فراهم می کند.

2. تجزیه و تحلیل اثرات فنی و مالی تولید انرژی باد انجام شده است.

سیستم مورد نیاز:

WindLab Wind Turbine Data Acquisition Computer WindLab 1.0

 نرم افزار – کابل USB

روش کار عمومی:

1. با استفاده از دانش عملیاتی و نظری که در Module  آزمایشگاهی قبلی مورد استفاده قرار گرفته است، از توربین باد برای تکمیل وظایف زیر استفاده کنید.

روش آزمایشگاهی خاص:

مراحل دقیق برای تکمیل برگه زیر به ‘Module # 2 – Step by Guide’. مراجعه کنید.

سوال

شرایط جمع آوری داده ها برای هر کل سرعت باد 1 متر بر ثانیه تا 7 متر بر ثانیه در شرایط بارگذاری 50٪ متعادل با تحرک DC 4V.

1. با استفاده از شرایط مشخص شده، یک جدول در اکسل با تمام داده ها ایجاد کنید. گراف تولید انرژی باد ،  منحنی را نمایش می دهد. توان خروجی توربین بادی (W) در سرعت های مختلف باد نشان داده شده است .

2. براساس نمودار قدرت باد منحنی قدرت و متوسط بارگیری 50٪ می باشد،  اگر وات ساعت با ضریب هوشی ثبت شده است، کل وات ساعت برق تولید شده برای دوره 24 ساعته می باشد.

Midnight to 1:00 AM: CALM

1:00 to 2:00 AM: CALM

2:00 to 3:00 AM: Steady at 1 m/s

3:00 to 4:00 AM: Steady at 2 m/s

4:00 to 5:00 AM: Steady at 4 m/s

5:00 to 6:00 AM: Steady at 4 m/s

6:00 to 7:00 AM: Steady at 4 m/s

7:00 to 8:00 AM: Steady at 4 m/s

8:00 to 9:00 AM: Light Gusting, 4-6 m/s

9:00 to 10:00 AM: Light Gusting, 4-6 m/s

10:00 to 11:00 AM: Heavy Gusting, 6-7 m/s

11:00 to 12:00 Noon: Heavy Gusting, 6-7 m/s

12:00 Noon to 1:00 PM: Light Gusting, 4-6 m/s

1:00 to 2:00 PM: Light Gusting, 4-6 m/s

2:00 to 3:00 PM: Steady at 6’m/s

3:00 to 4:00 PM: Steady at 6 m/s

4:00 to 5:00 PM: Steady at 5 m/s

5:00 to 6:00 PM: Steady at 4 m/s

6:00 to 7:00 PM: Steady at 2 m/s

7:00 to 8:00 PM: CALM

8:00 to 9:00 PM: CALM

9:00 to 10:00 PM: CALM

10:00 to” 11:00 PM: CALM

11:00 to Midnight: CALM

3. اگر امکانات شما یک منحنی مصرف برق معمولی ساعتی را داشته باشد که به صورت زیر می آید:

الف. بر اساس شرایط ذکر شده قبلی، بخشی از این نیازها توسط توربین بادی مورد استفاده قرار می گیرند؟ (اگر شما هر دو توربین بادی و سرویس توزیع برق تجاری متصل کنید). نمایش یک طرح همپوشانی از عملکرد توربین باد بر روی منحنی معمول برای مقایسه بصری انجام می گیرد.

ب. اگر هزینه خدمات الکتریکی به صاحب اموال تسهیلاتی 0.30 دلار در هر ساعت باشد، آیا برای صاحب توربین با توجه به میزان بهای این روزها صرفه جویی خواهد شد ؟

ت. اگر استفاده از این الگو برای یک سال ثابت باشد، صرفه جویی متوسط برای یک سال چقدر است؟

ج. اگر استفاده از سیستم انجام شود هزینه خرید 10،000.00 $ چقدر خواهد بود، در سال برای هر واحد چه میزان پرداخت می شود؟

آزمایشگاه MODULE # 2 (تجزیه و تحلیل سیستم): مرحله را از طریق راهنمای دفترچه انجام دهید .

مراحل زیر برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای تکمیل2 module آزمایشگاه کار برگزیده ضروری است.

در صورت لزوم به مراحل زیر Laboratory Module #1 مراجعه کنید.

1. سیستم ایمنی WindLab را روشن کنید

2. داده ها را به لپ تاپ متصل کنید

3. داده ها را با استفاده از برنامه در file  ذخیره کنید

4. نمودار های اکسل را ایجاد کنید

داده های مراحل عملیاتی را جمع آوری کنید:

1. شرایط عملیاتی اولیه را تنظیم کنید:

50٪ به تمام بارها با سرعت باد  1 m / s در 4 V DC  اضافه کنید.

2. شروع به صرفه جویی در یک فایل جدید با استفاده از نرم افزار ثبت اطلاعات را انجام می دهیم.

3. نمونه برداري براي 30 ثانيه در كلية سرعت باد ها ، داده ها را تا 7 ميلي ثانيه بر ساعت بدست آوريد و تمام شرايط ديگر را ثابت نگه دارید.

4. پس از تکمیل، داده ها را به لب تاپ انتقال دهید و با کاهش سرعت باد ذخیره سازی داده ها را انجام دهید . در آخر کار سیستم را خاموش کنید.

اکنون یادآوری «اطلاعات وارد شدن به یک صفحه گسترده MS-Excel» مراحل زیر را پیدا کنید: «Step though Guide – Laboratory Module #V» یک تجزیه و تحلیل داده ای را تکمیل کرده و در صورت لزوم نمودارهای مهم را تولید می کند.

روشی برای تکمیل پرسش 1

از داده های اکسل برای ایجاد نمودار قدرت (وات) در مقابل زمان (ثانیه) استفاده کنید . شناسایی مختلف سرعت باد با تطبیق مقدار زمان با افزایش سرعت تنظیم می شود.

روشی برای تکمیل سوال 2

برای تکمیل این سوال شما نیاز دارید که شرایط زیر را انجام دهید:

1. حداقل 30 ثانیه داده های نمونه برداری شده برای هر یک از تمام شرایط سرعت باد در بارهای متعادل 50٪ انجام گیرد.

2. ساعت کل توربین بادی برای هر سرعت باد اندازه گرفته می شود. این نتیجه را از جدول موجود در برگه آموزشی بدست می آوریم،  که مشخصات وزش باد متوسط ​​روزانه را نشان می دهد.

ادازه گیری قدرت در داخل هر بخش زمانی، قدرت تولیدی در عرض یک ساعت محاسبه می شود. بر این اساس، محاسبه انرژی را می توان با استفاده از E (w-hr) = P (w) x T (hr) انجام داد.

ضرب هر توان تولیدی با سرعت باد (W) با زمان (ساعت) مربوط به آن با استفاده از P (w) x T (hr) و سپس جمع آوری آنها با هم انرژی کل تولید شده در روز را نشان می دهد.

روش برای تکمیل پرسش 3

(A) اولین گام این است که یک طرح داده ای را که نشان می دهد نسل توربین بادی در روز معمولی به تصویر کشیده شده را ایجاد کنید. برای رسیدن به این، مورد یک جدول با عنوان زیر ایجاد کنید: زمان روز (ساعت)، نسل توربین های بادی (w-hr)

برای هر ساعت از روز، اطلاعات درخواست شده از پرسش دوم و داده های جمع آوری شده، برای وارد شدن به تولید انرژی مربوطه (w-hr) از سیستم WindLab استفاده کنید.

نمودار جدولی را به دست آورید و این را روی “منحنی مصرف انرژی الکتریکی روزانه” برای مقایسه قرار دهید. (مثال منحصر به فرد استفاده از لوازم خانگی به راحتی می تواند در اکسل برای قرار دادن دو قطعه تکرار شود.)

برای پیدا کردن درصد قدرت روزانه تحت پوشش توربین باد، کل مقدار وات ساعت تولید شده می تواند به عنوان یک درصد در مقایسه با کل وات ساعت مصرف شده باشد.

(B) این سوال میزان ثابت قیمت دلار 0.3 دلار در هر ساعت را نشان می دهد که نشان دهنده هزینه های صاحبان هر وات ساعت مصرف می باشد. همانطور که می دانیم کل وات ساعت مصرف هر روز، ما می توانیم کل هزینه برای مالک در ابتدا بدون توربین بادی شامل موارد زیر است.

کل هزینه (بدون توربین) = مجموع w – hr مصرف * 0.30 دلار

راه حل سوال A درصد برق تحت پوشش توربین بادی است. پس انداز برای مالک توربین بادی می تواند با ضرب کردن این درصد با کل هزینه روزانه (بدون توربین بادی) فرموله شود.

(C) صرفه جویی در هر روز که از سیستم WindLab با تعداد کل روز در یک سال ارائه می شود.

(D) با استفاده از راه حل بخش C، کل زمان بازپرداخت محاسبه می شود . اگر سیستم هزینه 10،000 دلار باشد سپس:

آزمایشگاه MODULE # 2 (تجزیه و تحلیل سیستم): راه حل های نمونه

با استفاده از شرایط مشخص شده، یک جدول در اکسل با تمام داده ها ایجاد کنید. نمودار انرژی و منحنی باد را نمایش دهید. نشان دادن توان خروجی توربین بادی (W) در سرعت های مختلف باد به صورت زیر است.

بر اساس نمودار قدرت نسبی باد منحنی و بارگیری متوسط 50٪ است ، اگر وات ساعت های تولید شده برای دوره 24 ساعته باشد ، اگر داده های باد ایجاد شده را نشان دهد، نتیجه چه خواهد بود.

Midnight to 1:00AM: CALM

1:00 to 2:00 AM: CALM

2:00 to 3:00 AM: Steady at 1 m/s

3:00 to 4:00 AM: Steady at 2 m/s

4:00 to 5:00 AM: Steady at 4 m/s

5:00 to 6:00 AM: Steady at 4 m/s

6:00 to 7:00 AM: Steady at 4 m/s

7:00 to 8:00 AM: Steady at 4 m/s

8:00 to 9:00 AM: steady at 4-6 m/s

9:00 to 10:00 AM: steady at 4-6 m/s

10:00 to 11:00 AM: Heavy at 6-7 m/s

11:00 to 12:00 Noon: Heavy at 6-7 m/s

12:00 Noon to 1:00 PM: steady at 4-6 m/s

1:00 to 2:00 PM: steady at 4-6 m/s

2:00 to 3:00 PM: Steady at 6 m/s

3:00 to 4:00 PM: Steady at 6 m/s

4:00 to 5:00 PM: Steady at 5 m/s

5:00 to 6:00 PM: Steady at 4 m/s

6:00 to 7:00 PM: Steady at 2 m/s

7:00 to 8:00 PM: CALM

8:00 to 9:00 PM: CALM

9:00 to 10:00 PM: CALM

10:00 to 11:00 PM: CALM

11:00 to Midnight: CALM

سرعت باد (m/s) زمان اندازه گیری سرعت (ساعت) قدرت  ژنراتور  (وات/ساعت) قدرت نهایی ژنراتور  @سرعت باد   (وات)
1 1 0 0
2 2 0 0
3 0 0.115 0
4 5 0.245 1.225
5 1 0.397 0.397
6 2 0.547 1.094
7 0 0.715 0
4-6 (average of 5) 4 0.397 1.588
6-7 (average of 6.5) 2 0.629 1.258

تجزیه کل زمان در طول روز:                    17 ساعت کارکرد، 7 ساعت آرامش (بدون باد)

مجموع ساعت تولید شده توسط توربین بادی در روز = 5.562 وات

3. اگر امکانات شما یک منحنی مصرف انرژی الکتریکی روزانه داشته باشد،  به شرح زیر بیان می شود:

الف. بر اساس شرایط ذکر شده قبل از آن، بخشی از این نیاز توسط توربین بادی مورد استفاده قرار خواهد گرفت (اگر هر دو توربین بادی و سرویس توزیع برق تجاری متصل باشند)؟ نمایش یک طرح همپوشانی از عملکرد توربین بادی بر روی منحنی معمول برای مقایسه بصری می باشد.

مجموع تولید وات ساعت توسط توربین باد = 5.562 در مجموع

میزان وات ساعت مصرف انرژی روزانه = 74

 =قدرت٪ تحت پوشش توربین باد

بنابراین، توربین باد 7.5٪ از قدرت مورد نیاز در دوره مشخص شده را فراهم می کند.

ب. اگر هزینه خدمات الکتریکی به صاحب اموال در ساعت 0.30 دلار برسد، آیا برای مالک توربین باد برای این روز صرفه جویی انجام می شود؟

هزینه کل (بدون توربین) = 74 * 0.30 دلار

مجموع هزینه (بدون توربین) = 22.20 دلار توربین باد 7.5 درصد از کل مصرف برق را پوشش می دهد، بنابراین کل بودجه روزانه = 22.20 دلار * 0.075 کل بودجه روزانه = 1.70 دلار می شود.

ج. اگر از این الگو استفاده شود در کل یک سال ثابت باشد، صرفه جویی متوسط برای یک سال چقدر است؟

صرفه جویی روزانه در طول دوره ،

اگر سیستم هزینه خرید 10،000.00 $ باشد، در سال برای واحد پرداخت چقدر می شود؟

= مجموع زمان بازپرداخت

مجموع زمان بازپرداخت = 16.11 سال

تمرین: تکرار بخش (ج) با استفاده از تجزیه و تحلیل ارزش خالص فعلی و فرض بر میزان تخفیف 5٪ می باشد.

Module 3

آزمایشگاه MODULE # 3 (به حرکت درآوردن تیغه): کارگاه آموزشی

هدف:

1. برای درک اهمیت و به دست آوردن مهارت های اساسی در تنظیم زاویه تیغه برای کنترل عملکرد توربین های بادی انجام می شود.

اهداف:

1. برای تعیین تأثیر موقعیت قدرت ژنراتور در روی زمین ، ولتاژ، جریان، روتور RPM و فرکانس در توربین باد در سراسر محدوده عملیاتی آن فعال می باشد.

2. برای نشان دادن درک اهمیت و ضرورت، کنترل میدان اتوماتیک برای توربین های بادی در مقیاس وسیع می باشد.

سیستم مورد نیاز:

WindLab Wind Turbine Data Acquisition Computer WindLab 1.0

نرم افزار – کابل USB

کلید Allen برای تغییر موقعیت تیغه

روش کار عمومی:

1. با تمرین جمع آوری داده های مورد نیاز از طریق آزمایش با موقعیت تیغه در توربین بادی  WindLab، تمرینات زیر را انجام دهید.

روش آزمایشگاهی خاص:

مراحل دقیق برای تکمیل برگه زیر به LAB Module # 3 مراجعه کنید.

روش تجربی:

شرایط: آزمایش زیر را از طریق اجرای این روش انجام دهید

 پاسخ سیستم ها را با موقعیت توربین های تیغه ای که در 0، 5، 10 و 15 درجه تنظیم شده است، تجزیه و تحلیل شده است،  در زیر به آن اشاره شده است.

1. زاویه تیغه را روی هر سه تیغه تا 0 درجه تنظیم و ضبط کنید.

2. با شرایط متعادل، تخلیه شده و تحریک برق DC 5V، RPM سرعت باد را تا 2 متر بر ثانیه تنظیم کنید.

3. توجه داشته باشید که توربین شروع به چرخش می کند. پس از تثبیت، ضبط توان RPM را خالی کنید.

4. ذخیره داده ها و داده های نمونه را برای 30 ثانیه در هر مقدار کل سرعت باد شروع کنید تا زمانی که به جریان آستانه برسید. به ولتاژ، جریان، روتور RPM، خروجی قدرت و تغییر فرکانس توجه داشته باشید.

5. با استفاده از Reostart، به آرامی به هر سه مرحله اضافه کنید و 20٪ افزایش دهید و مراحل 2، 3 و 4 را تکرار کنید.

6. تکرار مراحل 1 تا 5، تنظیم زاویه تیغه با افزایش سرعت بعدی در هر یک از سه تیغه انجام می گیرد.

برای تنظیم زاویه تیغه، به روش ” Lab Module #3 ” مراجعه کنید.

سوالات:

1. نمودار برای نشان دادن رابطه بین مقادیر زیر و زاویه نسبت به زمین :

الف. ولتاژ

ب. جاری

ج. فرکانس

د. روتور RPM

ث. قدرت

2. یک نمودار قدرت (W) به سرعت باد (m / s) برای هر یک از زاویه های زمین که اثر تغییر بارها نشان داده شده است ایجاد کنید. چهار نمودار جداگانه باید ایجاد شوند.

3. چگونه کنترل میدان اتوماتیک در مدیریت عملیات توربین های بادی ضروری است.

آزمایشگاه MODULE # 3 (به حرکت درآوردن تیغه): مراحل را از طریق راهنمای گام به گام پیگیری کنید.

مراحل زیر برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای تکمیل3  Module Lab Worksheet # لازم است.

مشخصات ظاهری تیغه:

زاویه تیغه همانطور که در مرکز توربین باد WindLab نشان داده شده است، در شکل 5 نمایش داده شده است. این نشان می دهد که زاویه ای که پایین تیغه با Hub ایجاد می کند ، تا چه حد درست است.

زاویه تیغه از نقطه انتهایی تیغه محاسبه می شود،  و وقتی صورت تیغه عمود بر باد است، به صفر درجه می رسد. برای تفسیر بصری به شکل زیر مراجعه کنید.

جدول زیر نشان دهنده همبستگی بین زاویه نشان داده شده بر روی محفظه توربین بادی است.

شکل 5 – زاویه تیغه توربین WindLab

زاویه توپی توربین بادی  (درجه) زاویه گره تیغه (درجه)
60 0
55 5
50 10
45 15

شکل 6.0 – زاویه پایین لبه از نقطه انتهایی گرفته شده است

تغيير زاويه دنده توربین WindLab:

مراحل زیر در هنگام پیگیری منجر به تنظیم موفقیت آمیز موقعیت تیغه توربین بادی WindLab می شود:

1. قبل از دست زدن به روتر و در داخل توربین بادی، لازم است که از خاموش بودن  دستگاه مطمئن باشید و برق قطع است.

2. مرحله اول – حفاظ روتر باید برداشته شود. این را می توان با چرخش روتر در جهت عقربه های ساعت تا زمانی که گیره آزاد شود، انجام داد. ساختار گیره ها در شکل 7.0 و 8.0 نشان داده شده است.

3. هنگامی که روتر برداشته شود، از کلید Allen برای از بین بردن سه پیچ استفاده کنید اما اینها را به طور کامل حذف نکنید. محل این پیچ در شکل 9.0 نشان داده شده است. این روش اجازه می دهد که تیغه چرخانده شود و زاویه بدون افتادن یا تخریب محور توربین تنظیم شود.

 شکل 8.0 – نمایش خرابی روتور در موقعیت های مختلف          شکل 7.0 – محافظ روتر

4. هنگامی که در زاویه مورد نظر، تمام پیچ ها را محکم کنید و دو بار قبل از قرار دادن روتر، آنها را محکم کنید.

شکل 9.0 – موقعیت پیچ های قفل کردن تیغه ها

سوال 1

این سوال نیاز به جمع آوری و تجزیه و تحلیل اطلاعات مهم دارد. برای هر زاویه نسبت به زمین (0، 5، 10 و 5 درجه)، یک بار متعادل باید انتخاب و سپس داده ها برای هر کل سرعت باد از 2 تا 7 متر بر ثانیه برای این آزمایش جمع آوری شوند.

با استفاده از تکنیک های آموخته شده از طریق moduleقبلی، سیستم جمع آوری داده ها می تواند برای وارد کردن نتایج به اکسل استفاده شود. یک بار در اکسل کارهای چندگانه ایجاد می شود، برای هر زاویه ای که در آن داده های مربوطه می توانند سازماندهی شوند.

با استفاده از یک صفحه در اکسل، شما می توانید بیش از یک تیغه را در همان محور با مقادیر x و y مرتبط کنید.

یک نمودار برای هر بخش با چهار قطعه ایجاد می شود که نشان دهنده زاویه های مختلفی است که استفاده می شود.

سوال 2

روش تجربی که در برگه 3 مشخص شده است فرآیند مورد نیاز برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای پاسخ به این سوال در خود دارد.

دو هدف اصلی یادگیری این پرسش و جنبه هایی وجود دارد که باید در ذهن داشته باشید: ابتدا وقتی که نمودار رسم می شود، متوجه اثر افزایش بار خروجی قدرت توربین بادی را درک می کنید. در مرحله دوم، به طور واضح مقادیر قدرت را در میان تغییر زاویه تیغه تعیین و مقایسه کنید.

سوال 3

منابع مرتبط و اطلاعاتی در زمینه کنترل توربین بادی:

https://www.google.com/patents/US4584486 http://uk.farnell.com/wind-turbine-pitch-control-applications www.nrel.gov/electricity/transmission/pdfs/windworkshop2 16shao.pdf

آزمایشگاه MODULE # 3 (به حرکت درآوردن تیغه): راه حل های نمونه

اظهار نظر در مورد مقادیر زیر و نشان دادن یک نمودار که نشان می دهد چگونه آنها را با زاویه تیغه تغییر می کند:

نمودار های زیر با استفاده از داده های متعادل شده و بارگذاری 60٪ ایجاد شده است.

A .ولتاژ

در این نمودار، مشخصات ولتاژ فاز A برای طیفی از زاویه های مختلف مقایسه می شود. کاهش ولتاژ با افزایش زاویه تیغه در هر سه تیغه نشان داده شده است. انتظار می رود به دلیل کاهش کل قدرت خروجی با افزایش زاویه تیغه، در نتیجه موجب کاهش ولتاژ شود.

شبیه به ولتاژ فاز A، کاهش جریان فاز با افزایش زاویه های تیغه مشاهده می شود. انتظار می رود به عنوان قدرت ولتاژ به طور مستقیم متناسب با جاری است.

B. صحیح

فرکانس یک اثر جالب را با زاویه های مختلف نشان می دهد. بدیهی است که در زاویه های بالاتر ارتفاع کمتری شروع می شود و با افزایش سرعت باد، تمام زاویه ها در فرکانس 35 هرتز توسط ویژگی های ایمنی داخلی WindLab بوجود می آیند.

C.فرکانس

نفوذ موقعیت زمین بر روتور RPM شبیه فرکانس است. RPM روتور با افزایش سرعت باد، زاویه های بالاتر را نشان می دهد و از پایین با RPM اولیه شروع می شود. همه در نهایت به RPM می رسند، که مقدار محدود از 260 است. واضح است که کنترل زاویه تیغه ضروری است تا اطمینان حاصل شود که RPM روتور در حد مجاز خود باقی می ماند.

D. روتر RPM

شکل نشان می دهد که برای یک سرعت مشخص داده شده، خروجی قدرت با افزایش زاویه تیغه کاهش می یابد. از این رو، سیستم کنترل زمین برای صاف کردن خروجی قدرت باد بسیار مهم باشد.

G) قدرت

2. یک نمودار از “قدرت (W) را ایجاد کنید. سرعت باد (m / s) برای هر یک از زاویه های تیغه که در آن اثر تغییر بارها نشان داده شده است. چهار نمودار جداگانه باید ایجاد شوند.

نمودار قدرت زاویه ای:

صفر درجه

پنج درجه

ده درجه

پانزده درجه

3. از یافته ها می توان به این نتایج رسید که این اصطلاحات ساخته شده است، اظهار نظر در مورد اینکه چگونه کنترل میدان پیچیده برای توربین های بادی کامل در مقیاس بزرگ بسیار مهم است و به چه معناست.

سیستم های کنترل توربین بادی برای کنترل و تغییر نوع تیغه و روتور بر اساس سرعت باد واقعی در زمان واقعی اجرا می شود. هدف این است که تنظیم قدرت خروجی، دستیابی به بهره وری بهره برداری بالاتری از قدرت باد و اطمینان از اینکه تیغه های روتور در محدوده عملیات ایمن کار می کنند، ادامه دارد.

از درک  این module، که تا زمانی که سرعت باد پایین تر از سرعت استاندارد است، تیغه در 0 درجه تنظیم شده تا حداکثر جذب توان را از طریق حداکثر بهره وری آیرودینامیکی  انجام دهد (هرچند حداکثر بهره وری آیرودینامیک در این module). هنگامی که سرعت باد بالاتر از سرعت حد مجاز باشد، مکانیزم کنترل تیغه با تغییر شیب ، تیغه را به طوری که قدرت خروجی ژنراتور در در محدوده مجاز قرار دهد ، می چرخاند .

مزایای استفاده از روش کنترل مؤثر و کارآمد، ایمنی و کارایی توربین را با جلوگیری از سرعت زیاد بهبود می بخشد، در حالیکه بهترین بهره برداری ممکن را از باد در دسترس ما قرار می دهد .

توصیه های بیشتر از  LAB آموزشی:


error: شما فقط اجازه مطالعه دارید
قیمت می خواهید؟ ما ارزانترین قیمت را ارائه می کنیم. کافیست فایل خود را یا از طریق منوی خدمات ترجمه => ثبت سفارش ترجمه ارسال کنید یا برای ما به آدرس research.moghimi@gmail.com ایمیل کنید یا در تلگرام و واتس آپ و حتی ایمو با شماره تلفن 09367938018 ارتباط بگیرید و ارزانترین قیمت ترجمه را از ما بخواهید
+