تحقیق چیدمانی بهینه توربینهای بادی در مزارع بادی (نیروگاه بادی)

فهرست مطالب

چکیده: 1
مقدمه 2
فصل اول:مقدمه ای بر نیروگاه بادی 4
-1-1 باد چیست 5
-1-2 تاریخچه انرژی باد 5
-1-3 باد مخرب است یا مفید 6
-1-4 مزایای و معایب انرژی بادی 6
-1-5 توان بادی: 8
-1-5-1 توزیع سرعت باد 9
-1-5-2 ضریب ظرفیت 11
-1-6 نحوه به وجود آمدن انرژی باد : 11
-1-7 تولید برق از طریق انرژی باد با استفاده از توربین بادی : 12
-1-7-1 نیروگاه ساحلی 12
-1-7-2 نیروگاههای جدید بادی 13
-1-7-3 نیروگاه بادی در آسمان 14
-1-8 محاسبه سرعت میانگین باد 16
1-9 مسائل اقتصادی ماشینهای بادی 17
-1-10 محدودیتهای ادواری و نفوذ 19
-1-10-1 پیشبینی پذیری 19
-1-10-2 جاگذاری توربین 19
-1-11 بهرهبرداری از برق بادی 25
-1-12 برق بادی در مقیاسهای کوچک 26
-1-13 آثار زیست محیطی 26
و آلودگی 27 CO -1-13-1 انتشار 2
-1-13-2 تاثیرات بوم شناختی 27
-1-13-3 استفاده از زمین 28
-1-14 آثار بر روی حیات وحش 28
-1-14-1 پرندگان 29
-1-15 بزرگترین توربین بادی جهان 30
-1-16 توربینهای بادی چگونه کار می کنند ؟ 31
-1-17 تقسیم بندی توربین های بادی 33
-1-18 قسمت های مختلف توربین بادی 36
-1-18-1 یک پره از یک توربین بادی 37
-1-20 انواع توربین هادی بادی براساس محور چرخش پره ها: 39
1-21 آمارهای کمی از کاربردهای توربین بادی : 40
-1-22 استفاده از توربین بادی در کویرها : 42
-1-23 تقسیم بندی توربین از نظر تولید توان 43
-1-23-1 توربینهای بادی کوچک 43
-1-23-2 توربینهای بادی متوسط 43
-1-23-3 توربینهای بادی بزرگ( مزارع بادی) 44
-1-24 مراحل ساخت بزرگترین توربین بادی جهان در آلمان 46
-1-25 هندسه نصب توربین های بادی 47
فصل دوم: سایت یابی جهت احداث یک نیروگاه بادی 48
-2-1 چگونگی پیدا کردن محل سایت احداث نیروگاه بادی 51
-2-2 شرایط راه اندازی و تولید 52
-2-3 سایت مناسب احداث نیروگاه بادی: 53
-2-4 بررسی پتانسیل باد سیاهپوش در استان قزوین برای احداث نیروگاه
برق بادی
56
-2-4-1 مشخصات منطقه سیاهپوش و ایستگاه هواشناسی نصب شده 58
-2-5 تئوری و روش محاسبه انرژی قابل حصول باد 60
-2-6 نتایج آنالیز پتانسیل جریان باد و انرژی قابل حصول 63
-2-7 نتیجه گیری از مباحث ذکر شده: 65
فصل سوم:مدلسازی ، شبیه سازی و کنترل نیروگاه بادی ایزوله از شبکه 66
-3-1 مقدمه: 71
-3-2 مدلسازی توربین بادی: 71
-3-2-1 مدل توربین ایده آل 73
-3-2-2 توربین بادی محور افقی با جریان حلقوی 77
-3-2-3 مدل پره ها در توربین های چند پره ای: 80
-3-2-4 روابط کامل مدل توربین (با جریان های گردشی باد): 81
-3-2-5 اثر تعداد پره ها بر عملکرد بهینه توربین بادی: 83
-3-3 شبیه سازی نیروگاه بادی 87
فصل چهارم:بررسی و تحلیل فاصله بهینه بین توربینهای بادی در یک مجتمع بادی 88
-4-1 مقدمه: 89
-4-2 مدل بهینه سازی به روش خطی 90
93 : Wake -4-3 مدل
-4-4 مدل بهینه سازی به روش غیر خطی 96
-4-5 روش بهینه سازی استقرار توربینهای بادی برای یک منطقه مشخص: 97
-4-6 مزایای روش ارائه شده در مقایسه با روشهای دیگر 98
-4-7 نتیجه گیری این فصل: 101
فصل پنجم: بهینه سازی محل استقرار توربینهای بادی در یک مزرعه بادی به 102
کمک الگوریتم ژنتیک
-5-1 مقدمه: 103
106 : Risoe -5-2 شرح مدل
-5-3 الگوریتم محاسبه مزرعه بادی: 107
-5-4 مدل هزینه: 108
108 : (Objective function) -5-5 تابع هدف
-5-6 الگوریتمهای ژنتیک: 109
-5-6-1 عملگر انتخاب: 111
-5-6-2 عملگر پیوند: 112
-5-6-3 عملگر جهش: 113
-5-7 مزرعه بادی بینالود (دیزباد): 115
-5-8 بهینه سازی جهت مزرعه بادی بینالود: 121
فصل ششم: چیدمانی بهینه توربینهای بادی در مزارع بادی 122
-6-1 مقدمه: 123
-6-2 سایت یابی برای احداث نیروگاه بادی: 124
-6-3 چیدمانی توربین های باد در یک مزرعه بادی: 125
-6-4 راندمان توربین بادی: 128
-6-5 محاسبات نحوه چیدمانی توربینهای بادی: 129
-6-6 مدار جریان دنباله ای در روش خطی: 134
-6-7 نیروگاه بادی خراسان 136
-6-7-1 بازده مزرعه: 136
-6-7-2 انرژی خروجی سالیانه: 136
-6-8 وضعیت نیروگاههای بادی در جهان: 137
نتیجه گیری: 151
منابع و مآخذ: 154

چکیده:
در پروژه ای که پیش روی شماست تحت عنوان چیدمانی بهینه توربین هادی بادی در مزارع بادی (نیروگاه بادی) می باشد در این پروژه سعی شده است که در طی 6 فصل به بررسی این مطلب پرداخته و با ارائه مدل های مختلف چیدمانی به مدل مطلوب و چیدمانی بهینه توربین های در یک مزرعه بادی بررسیم. در ابتدا و در فصل اول شما را با نیروگاه بادی و انواع مختلف توربین ها در این نیروگاه آشنا می نمائیم. در ادامه و در فصل دوم ابتدا به بررسی این مطلب پرداخته که باید ابتدا برای تعیین فاصله بهینه بین توربین ها باید به محل سایت یابی مناسبی برای نیروگاه بادی داشته باشیم و در ادامه
فصل دوم برای مثال به بررسی سایت یابی برای نیروگاه بادی سیاهپوش قزوین پرداخته ایم در ادامه در فصل سوم با استفاده از نرم افزار مطلب به شبیه سازی و ایزوله شبکه یک نیروگاه بادی پرداخته و در ادامه در فصل چهارم و پنجم و فصل ششم به ارائه مدل مورد بررسی قرار می Wake های مختلف چیدمانی می پردازیم در فصل چهارم می گیرد و در فصل پنجم این چیدمانی از طریق الگوریتم ژنتیک مورد بررسی قرار و در به بررسی سه مدل پرداخته و سپس به ارائه Risoe فصل ششم پس از بررسی مدل چیدمانی بهینه توربینها از بین سه مدل، مدل چیدمانی بهینه را انتخاب می کنیم.

مقدمه
باد پدیده ای است که در اثر حرکات درونی زمین اتفاق می افتد یا زمانی که تابش خورشید بطور نامساوی به سطوح ناهموار زمین می رسد که سبب تغییراتی در دما و فشار می شود . نیروی شیب فشار باعث وزش باد بطور مستقیم از مرکز پرفشار به مرکز کم فشار می شود . اما چرخش زمین باعث پیدایش نیروی دیگری به نام نیروی کریولیس می شود .که بر مسیر جریان اثر می گذارد. در اثر فعالیت نیروی فشار و نیروی کریولیس در کنار یکدیگر باد پدیدار می شود . نیروی اصطکاک نیز بر سرعت و جهت باد اثر می گذارد . اتمسفر کرة زمین به جهت حرکت وضعی گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که خود باعث بوجود آمدن باد می شود.
جریانات اقیانوسی نیز بطور مشابه تا 30 % عامل انتقال حرارت کلی در جهان می باشند. انرژی باد نوع ویژه ای از انرژی خورشیدی محسوب می گردد و از انرژیهای تجدید پذیر 2 درصد از انرژی خورشیدی که به زمین می رسد به باد تبدیل می شود . / است . و 51 از سطح زمین موجود است برای تولید برق به km حدود 35 درصد انرژی باد در مقدار زیاد که بتواند از شبکۀ سراسری برق را تغذیه کند نیاز به ایجاد مزرعه یا پارک بادی است که از مجموعه ای از توربین های بادی تشکیل شده است . بدین طریق می توان برق تولیدی را از نظر اقتصادی با نیروگاههای متداول قا بل رقابت و عملکرد نیروگاه
و هزینۀ نگهداری آن را به صرفه و بهینه نمود. در یک مزرعه بادی تعداد توربینهای بادی متناسب با ظرفیت نیروگاه متغیر است . برق تولیدی باید با کیفیت قابل قبول وارد شبکه شود و در دراز مدت بازده خوبی داشته باشد
از جمله مسائل دیگر فاصلۀ بهینه بین توربینهای نصب شده و نحوة آرایشآنها می باشد تا از زمین و باد موجود در منطقه حداکثر استفاده شود. بیشتر منابع انرژی باد در نواحلی ساحلی و کوهستانی واقع شده اند . که بجهت اصطکاک زیاد با سطح ناهموار زمین قسمت بیشتری از قدرت آن کاهش یافته و بدین سبب است که سرعت وزش باد در روی دریاها بیشتر از خشکی است و سواحل دریاها از مناطق باد خیز محسوب می شوند.

منابع و مآخذ:
-1 دکتر مجید جمیل"مقدمه ای بر نیروگاه های بادی"، 1383 ، ناشر :روابط عمومی
شرکت توانیر
-2 دکتر علی کیایی فر" مطالعه انرژی بادر در دشت دیزباد خراسان"
-3 وزارت نیرو مرکز مطالعات انرژی " تخمین پتانسیل انر ژی باد در جمهوری اسلامی
ایران " گزارش نهایی .
-4 دکتر مجید جمیل"مقدمه ای بر نیروگاه های بادی"، 1383 ، ناشر :روابط عمومی
شرکت توانیر
-5 دکتر علی کیایی فر" مطالعه انرژی بادر در دشت دیزباد خراسان"
-6 وزارت نیرو مرکز مطالعات انرژی " تخمین پتانسیل انر ژی باد در جمهوری اسلامی
ایران " گزارش نهایی ، جلد اول
-7 مهندس بیطرف، وزیر نیرو، دفتر روابط عمومی و بین الملل وزارت نیرو مرداد
1383
-8 مهندس بیطرف، وزیر نیرو، همایش بین المللی انرژی های تجدیدپذیر خرداد
1838 بن آلمان.
-9 گزارش سالانه مرکز توسعه انرژی های نو سازمان انرژی اتمی، مهر 1383
-10 مسعود سرگزی کوشه، شبیه ساز نیروگاه بادی، تز کارشناسی ارشد، دانشگاه
تربیت مدرس، زمستان
11- Garry L.Janson “wind energy systems, second eddtion.
12- P.A. Smith and P.K. Stansby Impulsively started flow around
a circular cylinder by the vortex method.
13- WWEA: wind world energy association.
14- Erick Hau “wind turbines” 2000
15- Garry L.Janson “wind energy systems, second eddtion.
16- Wind Power Mounthly website
17-www.civilica.com
18-www.sid.ir
19-www.tavanir.org.ir