اجزای تشکیل دهنده توربین بادی

در مطلب قبل به بررسی انرژی بادی پرداختیم. از آنجایی که منابع فسیلی مانند نفت وگاز روزی به پایان می رسند، باد به عنوان یک منبع انرژی پاک محسوب می شود که هزینه تولید برق بوسیله آن کمتر از تولید برق با سوخت های فسیلی بوده و همچنین آلودگی و گاز گلخانه ای کمتری تولید می کند. در این مطلب به بررسی اجزای تشکیل دهنده توربین بادی خواهیم پرداخت.

اجزای تشکیل دهنده توربین بادی

بستر یا ناسل (Nacelle) :

قسمت اصلی توربین بادی و پوشش خارجی مجموعه توربین که دربرگیرنده شاسی، جعبه دنده ، شافت اصلی ژنراتور، بخش کنترل ، ترمز و سیستم دوران حول محور برج را ناسل می گویند، که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد. گاهی ناسل آنقدر بزرگ است که تکنسین ها می توانند داخل آن بایستند.

پره ها (Blades ) :

اکثر توربین ها ۲ یا ۳ پره دارند، باد به پره ها برخورد می کند و سبب چرخش آن ها می شود. پهنای پره (یا کورد) بستگی به شرایط محیط و طراحی توربین متفاوت است. ممکن است پره در امتداد محور طولی تاب داشته باشد.

ترمز (Brake ) :

جهت توقف موتور در مواقع اضطراری از این وسیله استفاده می گردد. ترمز کردن می‌تواند به صورت مکانیکی، الکتریکی یا هیدرولیکی انجام می گیرد. در توربین های بادی با ظرفیت بسیار پایین ( ١ الی ۵ کیلووات) معمولاً از سیستم‌های ترمز کفشکی استفاده می‌شود، زیرا جهت متوقف نمودن پره ها نیروی زیادی مورد نیاز نیست. در توربین های بادی با ظرفیت بالا، از ترمزهای دیسکی استفاده می شود.

کنترلر (Controller ) :

کنترلر‌ها وقتی که سرعت باد به ۸ تا ۱۶ mph می‌رسد ماشین را، راه‌اندازی می‌کنند و وقتی سرعت از ۶۵ mph بیشتر می‌شود دستور خاموش شدن ماشین را می‌دهند. این عمل از آن جهت صورت می‌گیرد که توربین‌ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به ۶۵ mph می‌رسد حرکت کنند، زیرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.

برج (Tower ) :

برج‌ها از فولادهای لوله ای یا استوانه ای شکل ساخته شده و چون با افزایش ارتفاع سرعت باد نیز افزایش می یابد، معمولا دارای ارتفاع زیادی هستند. باتوجه به اندازه توربین و طراحی، انواع متفاوتی از برج‌ها استفاده می‌شود. برج‌های استوانه‌ای بتنی، فولادی و کامپوزیتی رایج ترین برج‌ها برای کاربرد‌های تجاری در مقیاس نیروگاهی هستند. . ارتفاع برج معمولاً بین یک تا یک و نیم برابر قطر روتور در نظر گرفته می شود. استحکام برج فاکتور مهمی در دینامیک سازه توربین باد محسوب می گردد چرا که احتمال همسان شدن ارتعاشات بین برج و روتور که منجر به خطر رزونانس می گردد وجود دارد.

اجزای تشکیل دهنده توربین بادی – سیستم انتقال قدرت (Transmission):

گیربکس(Gear box) : توربین های بادی می تواند سرعت کم چرخش محور پره ها را با ضریب تبدیل مثبت به سرعت بالا که در ژنراتور استفاده می شود، تبدیل کندکه اینکار در گیربکس توسط چرخ دنده ها انجام می گیرد. چرخ دنده‌ها از یک طرف به شفت سرعت پایین و از طرف دیگر به شفت سرعت بالا متصل هستند. و افزایش سرعت چرخش از ۳۰ تا ۶۰ rpm به سرعتی حدود ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ rpm را ایجاد می‌کنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور لازم است. هزینه ساخت گیربکس‌ها بالابوده وهمچنین سنگین هستند.

دو نوع گیربکس در توربین‌های بادی قالبا استفاده می شوند: گیربکس‌های با شفت‌های موازی و گیربکس‌های سیاره‌ای.

ژنراتور (Generator ) : وظیفه تولید برق متناوب را دارد و بیشتر از نوع ژنراتور‌های القایی می‌باشد.

ژنراتور در حقیقت برای تبدیل انرژی مکانیکی باد به انرژی برق (الکتریکی) است. ژنراتورهای بکار گرفته در این سیستم ، ژنراتورهای آسنکرون و سنکرون می باشند.

شفت با سرعت بالا(High-speed shaft ) : وظیفه به حرکت درآوردن ژنراتور را دارد.

شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft ): رتور حول محور این شفت می چرخد، سرعت چرخش آن ۳۰ تا ۶۰ دور در دقیقه می‌باشد.

روتور(Rotor) : مجموعه دواری که پره ها به آن متصل هستند و شامل تیغه(پره)، یاتاقان ها، هاب، دماغه است را روتور می گویند. در توربین‌ بادی با محور افقی(HAWT)، روتورعمود بر جهت باد می چرخد. در صورتیکه در توربین‌های عمود محور(VAWT)، روتور هم جهت با وزش باد چرخش می کند. از جعبه دنده‌ی سیاره ای برای گردش توربین‌های بادی مدرن استفاده می گردد.

درایو انحراف (Yaw drive ) : توربین‌های بادی افقی باید در جهت مستقیم باد قرار گیرند.سیستم این درایو جهت قرار گرفتن مناسب روتور و دوران در جهت مناسب و بهینه طراحی شده است . همانند گل آفتابگردان نسبت به باد عمل می کند.

موتور انحراف (Yaw motor): این موتور وظیفه به حرکت درآوردن درایو انحراف را برعهده دارد. سیستم ترکیبی الکتریکی مکانیکی است. هدایت این موتور توسط واحد کنترل انجام می گیرد.

سنسورهای اندازه گیری: دو سنسور سرعت سنج و جهت نما را شامل می شود. که اطلاعات بدست آمده از این سنسورها به بخش کنترل منتقل شده و نحوه و جهت چرخش توربین را تعیین می کنند.

جهت باد (Wind direction ) : توربین‌هایی که دارای این فناوری هستند می توانند در خلاف جهت باد نیز کار کنند. توربین‌های معمولی فقط جهت وزش باد به پره‌های آن باید از روبرو باشد.

باد سنج (Anemometer) : سرعت باد توسط این وسیله اندازه گرفته شده و به کنترل کننده ها منتقل می شود.

باد نما (Wind vane) : توسط این وسیله جهت وزش باد تعیین می گردد تا توربین نسبت به باد در وضعیت مناسب قرار بگیرد.

• در توربین های بادی سایز کوچک به جای موتور انحراف (Yaw motor) از بالچه استفاده می کنند.این بالچه ، توسط جریان باد خود به خود توربین را درراستای مناسب قرار می دهد.
• کنترل چرخش عمودی پره‌ها (Pitch Control) در توربین‌های پیشرفته برای جلوگیری از دوران روتور در باد‌های شدید، پره‌ها حول محور عمودی خود می چرخند تا حداقل نیروی ممکن را از باد دریافت کنند.

سیستم هیدرولیک: سیستم هیدرولیک به مجموعه جک و یونیت هیدرولیکی و اتصالات جانبی آنها اطلاق می شود.