انرژی بادی

امروزه با توجه به افزایش روزافزون تقاضای انرژی و آلودگی محیط زیست استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر به سرعت درحال افزایش می‌باشند . در آینده نزدیک نیز سهم مهمی را در تولید انرژی به عهده خواهند داشت.یکی از بهترین و اقتصادی‌ترین این انرژی‌ها، انرژی بادی و استفاده از توربین‌های بادی است. نيروی حاصل از انرژی بادی سه هزار سال مورد استفاده قرار گرفته است. 

دراین مقاله می‌آموزیم:

• انرژی بادی چیست؟
• تاریخچه انرژی بادی
• مزایای  استفاده انرژی بادی چیست؟
• منشا باد کجاست ؟
• توزیع جهانی باد چگونه  است؟
• اندازه‌گیری پتانسیل انرژی بادی به چند صورت است؟
• قدرت  باد چگونه  ارزیابی می‌شود؟
• پتانسیل باد در ایران به چه‌صورت است؟
• انرژی بادی و توربین‌های بادی
• پارامترهای مهم در انتخاب توربین‌های بادی چیست؟
• انواع دسته‌بندی توربین‌های بادی
• انواع سیستم‌های مورد استفاده جهت اتصال ژنراتورهای نیروگاه‌های بادی به شبکه برق چیست؟
• محل نصب توربین‌های بادی منفرد کجاست؟

انرژی بادی چیست؟

انرژی بادی يكی از انواع اصلی انرژی‌های تجديدپذير می‌باشد. از ديرباز ذهن بشر را به خود معطوف كرده بود. به‌طوری كه بشر همواره به فكر كاربرد اين انرژی در صنعت بوده است. بشر از انرژی بادی برای به‌حركت درآوردن قايق‌ها و كشتی‌های بادبانی و آسياب‌های بادی استفاده می‌كرده است.

در شرايط كنونی نيز با توجه به موارد ذكر شده و توجيه پذيریی اقتصادی. انرژی بادی در مقايسه با ساير منابع انرژی‌های نو، پرداختن‌به انرژی بادی امری حياتی و ضروری به‌نظر می‌رسد. دركشورما ايران قابليت‌ها و پتانسيل‌های مناسبی جهت نصب و راه‌اندازی توربين‌های برق بادی وجود دارد.

باتوجه به توجيه‌پذيری آن و تحقيقات، مطالعات و سرمايه‌گذاری كه در اين زمينه صورت گرفته. توسعه و كاربرد اين تكنولوژی چشم‌انداز روشنی را فرا‌روی سياست‌گذاران بخش انرژی كشور در اين زمينه قرار داده است.

انرژی بادی

تاریخچه انرژی بادی

بشر از زمان‌های بسيار دور به نيروی لايزال باد پی‌برده و سال‌ها بود كه از انرژی بادی برای به حركت درآوردن كشتی‌ها و آسياب‌های بادی بهره می‌گرفت. طی ساليان دراز ثابت شده است كه ميتوان انرژی بادی را به انرژی مكانيكی و يا انرژی الكتريكی تبديل كرد و مورد استفاده قرار داد.

در قرن 17 قبل از ميلاد، هامورابی پادشاه بابل طرحی ارائه داده بود. تا بتوان به كمك آن دشت حاصلخيز بين النهرين را توسط انرژی حاصل از باد آبياری نمود. آسياب‌هايی كه در آن زمان ساخته می‌شدند از نوع ماشين‌های محور قائم و شبيه به آنهايی هستند. كه امروزه آثار آنها در نواحی  خواف و تايباد ايران به چشم می‌خورد.

جهت دانلود کتاب مدار های الکتریکی دکتر جبه دار کلیک کنید

تاریخچه انرژی  بادی (قسمت دوم)

ايرانيان اولين كسانی بودند كه در حدود ۲۰۰۰ سال قبل از ميلاد مسيح برای آرد كردن غالت از آسياب‌های بادی با محور قائم استفاده كردند.

مثلا در كتاب‌های قديمی نوشته اند.: ديار سيستان ديار باد و ريگ است و همان شهری است كه گويند. باد آنجا آسياب ها را گرداند و آب از چاه كشد و باغها را سيراب كند و در همه دنيا شهری نيست كه بيشتر از آنجا از باد سود ببرد. و نيز نوشته اند كه در سيستان بادهای سخت مدام ميوزد .

به همين دليل در آنجا آسياب‌های بادی برای آرد كردن گندم ساخته اند. از ديگر استان‌های دارای قدمت كاربرد انرژی بادی ميتوان به كرمان، اصفهان و يزد اشاره نمود.  در اين مكان‌ها در زمان قديم برای خنك كردن منازل از كانال‌های مخصوص جهت هدايت باد استفاده می‌كردند.

تاریخچه انرژی بادی (قسمت سوم)

بعد از ايران كشورهای عربی و اروپايی پی به قدرت باد در تبديل انرژی بردند .در قرن سوم بعد از ميلاد، يك محقق مصری كه در زمينه نيروی هوای فشرده تحقيق می‌كرد.

آسياب بادی چهار پرهای را بامحور افقی طراحی نمود كه از هوای فشرده آن جهت نواختن يك ارگ استفاده می‌كرد. با توجه به شواهد موجود می‌توان ادعا كرد كه زادگاه ماشین‌های بادی از نوع محور قائم، حوزه شرقی مديترانه و چين بوده است.

در قرون وسطی، آسياب‌های بادی در ايتاليا،فرانسه، اسپانيا و پرتغال متداول گرديده و کمی بعد در بريتانيا، هلند و آلمان نيز به كار گرفته شد.

برخی از مورخان اظهار داشته اند كه ورود اين آسياب‌ها به اروپا را بايد مديون شركت كنندگان در جنگ‌های صليبی دانست كه از خاورميانه بازگشتند. آسياب‌های بادی كه در اروپا ساخته می‌شدند ازنوع آسياب‌های محور افقی چهار پره بودند. كه برای آرد كردن حبوبات و گندم به كار می‌رفتند.

طراحی یک نمونه نیروگاه بادی سیاهپوش با توربین‌های 2.3 مگاوات زیمنس با استفاده از نرم افزار Wind Pro

مزایای انرژی بادی چیست؟

از جمله مهم‌ترین مزایای انرژی بادی می‌توان به:
الف- عدم نياز توربین‌های بادی به سوخت كه در نتيجه از ميزان مصرف سوخت‌های فسيلی می‌کاهد.
ب- رايگان بودن انرژی بادی
ج- توانايی تأمين بخشی از تقاضای انرژی برق
د- كمتر بودن نسبی قيمت انرژی حاصل از باد در بلندمدت
ر- تنوع بخشيدن به منابع انرژی و رویکرد به سوی سيستم پايدار انرژی

ز- قدرت مانور زياد جهت بهره‌برداری در هر ظرفيت و اندازه (از چند وات تا چندين مگاوات)
ق- عدم نياز به آب (در مقایسه با نیروگاه‌های متعارف همچون سد و …)
ک- عدم نياز به زمين زياد برای نصب
گ- ايجاد اشتغال
و- نداشتن آلودگی‌های زيست محيطی

برای مطلعه بیشتر چگونه از انرژی دریایی به تولید برق می‌رسیم؟

منشا باد کجاست؟

هنگامی كه تابش خورشید به طور نامساوی به سطوح ناهموار زمين می‌رسد. سبب ايجاد تغييرات در دما و فشار می‌گردد و در اثر اين تغييرات باد به وجود می‌آيد.

همچنين اتمسفر كره زمين به دليل حركت وضعي زمين، گرما را از مناطق گرمسيری به مناطق قطبی انتقال می‌دهد كه اين امر نيز باعث به وجود آمدن باد ميگردد.

جريانات اقيانوسی نيز به صورت مشابه عمل نموده و عامل ۳۰ درصد انتقال حرارت كلی در جهان می‌باشند. در مقياس جهانی اين جريانات اتمسفری به صورت يك عامل قوی جهت انتقال حرارت و گرما عمل می‌نمايند.

دوران كره زمين نيز می‌تواند در برقراری الگوهای نيمه دائم جريانات سيارهای در اتمسفر، انرژی مضاعف ايجاد نمايد. پس همانطور كه عنوان شد باد يكی از صورت‌های مختلف انرژی حرارت خورشيدی می‌باشد كه دارای يك الگوی جهانی پيوسته می‌باشد.

تغييرات سرعت باد، ساعتی ،روزانه و فصلی بوده و متأثر از هوا و توپوگرافی سطح زمين می‌باشد. بيشتر منابع انرژی بادی در نواحی ساحلی و كوهستانی واقع شده اند.

توزيع جهانی باد چگونه است؟

به طور كلی جريان باد در جهان دارای دو نوع توزيع می‌باشد:
الف-جريان چرخشی هادلی(Hadly ) :بين عرض‌های جغرافيايی ۳۰ درجه شمالی و ۳۰ درجه جنوبی، هوای گرم شده در استوا به بالا صعود كرده و هوای سردتری كه از شمال و جنوب در می‌آيد جايگزين آن مي‌شود. اين جريان را چرخش هادلی می‌نامند.

در سطح زمين اين جريان بدين معنی است كه بادهای سرد به اطراف استوا ميوزند و از طرف ديگر هوايی كه در ۳۰ درجه شمالی و ۳۰ درجه جنوبی به پايين می‌آيد خيلی خشك است و به دليل آنكه سرعت دوران زمين در اين عرض‌های جغرافيايی به مراتب كمتر از سرعت دوران زمين در استوا است، به سمت شرق حركت می‌كند. معمولا در اين عرض‌های جغرافيايی نواحی بيابانی مانند صحرا قرار دارند.

ب-جريان چرخشی راسبی(Rossby)

بين عرض‌های جغرافيايی ۳۰ درجه شمالی (جنوبی) و ۷۰ درجه شمالی (جنوبی) عمدتاً بادهای غرب در جريان هستند. اين بادها تشكيل يك چرخش موجی را می‌دهند و هوای سرد را به جنوب و هوای گرم را به شمال انتقال می‌دهند. اين الگو را جريان راسبی می‌نامند.

برای مطالعه بیشتر: نحوه تولید انرژی برق در ایران و جهان

اندازه گيری پتانسيل انرژی بادی به چند صورت انجام می‌شود ؟

پتانسيل انرژی بادی به عنوان يك منبع قدرت در مناطق متخلف و بر اساس اطلاعات موجود در مورد منابع باد قابل دسترس در هر منطقه مورد مطالعه قرار گرفته است. پتانسيل مربوط به منابع باد به طور كلی به پنج دسته تقسيم می‌شود:

۱-پتانسيل هواشناسی

 اين پتانسيل بيانگر منبع انرژی بادی در دسترس می‌باشد.
۲-پتانسيل محلی

 اين پتانسیل برمبنا پتانسیل هواشناسی بنا شده ولی محدود به محل‌هايی است كه از نظر جغرافيايی برای توليد انرژی بادی در دسترس هستند.

۳-پتانسيل فنی

اين پتانسيل با در نظر گرفتن نوع تكنولوژی در دسترس (كارايی، اندازه توربين و…) از پتانسيل محلی محاسبه می‌شود.
۴-پتانسيل اقتصادی

 اين پتانسيل، استعداد بالقوه فنی است كه به‌صورت اقتصادی و برپايه سياست‌های اقتصادی قابل تحقيق و اجراست.
۵-پتانسيل اجرايی

اين پتانسيل با درنظر گرفتن محدوديت‌ها و عوامل تشويقی برای تعيين ظرفيت توربين‌های بادی قابل اجراء در يک محدوده زمانی خاص تعيين می‌شود. مانند تعرفه‌های تشويقی كه طبق سياست‌های دولت‌های مختلف به توليد‌كنندگان انرژی برق بادی حاصل از توربين‌های بادی تخصيص داده می‌شود.

قدرت باد چگونه ارزیابی می‌شود؟

انرژی جنبشی باد همواره متناسب با توان دوم سرعت باد است. هنگامی كه باد به يک سطح برخورد می‌كند انرژی‌ جنبشی از آن به فشار (نيرو) روی آن سطح تبديل می‌شود.

حاصل ضرب نيروی باد در سرعت باد مساوی قدرت باد می‌شود. نيرو باد متناسب با مربع سرعت باد است پس قدرت باد متناسب با مكعب سرعت باد خواهد بود.

بنابراين هر چه سرعت باد بيشتر باشد آن نيز بيشتر خواهد شد. مثلاً اگر سرعت باد دوبرابر شود قدرت آن هشت برابر و اگر سرعت باد سه برابر گردد قدرت باد بيست و هفت برابر خواهد شد.

برای مطالعه بیشتر : چگونگی فرآیند توزیع شبکه‌‌برق

پتانسیل باد در ایران به چه صورت است؟

كشور ايران ۱۶۴۸۱۹۵ كيلومتر مربع وسعت دارد و در غرب قاره آسيا واقع شده و جزء كشورهای خاورميانه محسوب می‌شود. در مجموع محيط ايران ۸۷۳۱ كيلومتر می‌باشد. حدوداً ۹۰ درصد خاک ايران در محدوده فلات ايران واقع است. بنابراين ايران كشوری كوهستانی محسوب می‌شود.

بيش از نيمی از مساحت ايران را كوه ها و ارتفاعات، يك چهارم را صحراها و كمتر از يك چهارم را اراضی قابل كشت تشكيل می‌دهند. ايران دارای آب‌و‌هوای متنوع و متفاوت است. با مقايسه نقاط كشور اين تنوع را به خوبی‌ می‌توان مشاهده كرد.

ارتفاع كوه‌های شمالی، غربی و جنوبی به قدری زياد است كه از تأثير بادهای دريای خزر، دريای مديترانه و خليج فارس در نواحی داخلی ايران جلوگيری می‌كند. به همين سبب دامنه‌های خارجی اين كوه‌ها دارای آب‌و‌هوای مرطوب بوده و دامنه‌های داخلی آن خشک است.

در رابطه با بادهای ايران می‌توان گفت كه ايران با موقعيت جغرافيايي كه دارد، در آسيا بين شرق و غرب و نواحی گرم جنوب و معتدل شمالی واقع شده است و در مسير جريان‌های عمده هوايی بين آسيا، اروپا، آفريقا، اقيانوس هند و اقيانوس اطلس است.

ايران در مسير جريان‌های مهم هوايی زير می‌باشد.

۱- جريان مركز فشار آسيای مركزی در زمستان
۲- جريان مركز فشار اقيانوس هند در تابستان
۳- جريان غربی از اقيانوس اطلس و دريای مديترانه مخصوصا در زمستان
۴- جريان شمال غربی در تابستان

سازمان انرژی‌های نو ايران تكميل مطالعات فاز صفر تهيه اطلس باد كشور كه توسط معاونت انرژی وزارت نيرو صورت گرفته است را انجام داده است. در مطالعات اوليه صورت گرفته در بررسی ميدانی در ۴۵ سايت در ۲۶ منطقه از كشور، پتانسيل انرژی بادی كشور ۶۵۰۰ مگا وات برآورد گرديده بود.

انرژی بادی و توربين‌های بادی

از نظر عملكردی در توربين‌های بادی انرژی جنبشی باد به انرژی مكانيكی و سپس به انرژی الكتريكی تبديل می‌گردد. بهره‌برداری از انرژی باد توسط توربين‌های بادی تفكر بسيار قديمی است.

مثال سيستم‌های اوليه انرژی بادی در چين باستان و خاور نزديك زمان‌های طولانی به كارگرفته می‌شدند. يك دوره نيز در قرن پانزدهم كه فعاليت‌های اقتصادی در اروپای غربی افزايش پيدا كرد.

از توربين‌های بادی جهت تأمين نيروی مكانيكی برای پمپاژ آب و آسياب غلات استفاده می‌كردند. امروزه گستره فعاليت‌ها و كاربرد توربين‌های بادی طيف وسيعی از صنايع را تحت پوشش قرار می‌دهد.

برای مطالعه بیشتر: انواع رله‌های حفاظتی سیستم قدرت

مثال برای پمپاژ آب يا شارژ باتری از اين توربين‌های بادی استفاده می‌شود. می‌توان  توربين‌های بادی را جهت استفاده بهينه و توليد بيشتر قدرت با سلول‌های خورشيدی (فتوولتائيک) نيز تركيب نمود. در حال حاضر بيشترين ظرفيت توربين‌های بادی نصب شده در چند دهه گذشته از نوع متصل به شبكه بوده است.

البته گاهی اوقات در نواحی دور افتاده از توربين‌های بادی منفصل از شبكه استفاده شده است. شارژ باتری از كاربرد‌های مهم ديگری است كه توربين‌های بادی دارند. توليد انرژی مكانيكی جهت پمپاژ آب نيز از نمونه كاربردهای ديگر توربين‌های بادی است. سيستم‌های شارژ باتری و پمپ‌های بادی با وجود كوچك بودن از اهميت ويژه‌ای برخوردارند.

پارامترهای مهم در انتخاب توربین‌های بادی چیست؟

مهم‌ترین مواردی را که بایستی در انتخاب توربین جهت تولید الکتریسیته در نظر گرفت عبارتند از:

الف – قدرت نسبی

در این ارتباط توربین‌های بادی از نوع محور افقی به سبب تولید ضریب کارائی بهتر و توان بالا نسبت به توربین‌های بادی محور عمودی ارجحیت دارند.

ب – ظرفیت اقتصادی 

توربین‌های بادی با ظرفیت بالا به سبب توان تولیدی بیشتر که اولاً قابل اتصال به شبکه و ثانیاً دارای توجیه اقتصادی شامل سرمایه گذاری اولیه و برگشت سرمایه مناسب‌تری هستند، مورد توجه بیشتری می‌باشند.

هر چه توربین با ظرفیت بالاتری انتخاب شود انرژی بیشتری تولید خواهد نمود و از نظر اقتصادی هزینه واحد انرژی پایین خواهد بود.

البته توربین‌های بادی در حد چند مگاوات دارای پیچیدگی خاص بوده، به علت وزن بسیار سنگین و مراقبت‌های ویژه، همچنین ملاحظات مربوط به حمل و نقل، نصب و نگهداری، معمولاً توصیه نمی‌شوند.

لذا مناسب‌ترین آنها در حال حاضر توربین‌های بادی با قدرت ۴۰۰۰ کیلووات تا یک و نیم مگاوات می‌باشند.

ج- اندازه

 ماشین‌های بادی که نسبت به ماشین‌های مشابه خود از قطر کمتر و توان بالاتر، در نتیجه انرژی تولید سالیانه بیشتر برخوردار باشند و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشند.

د- سرعت

 مولدهایی که سرعت شروع پایین داشته باشند و سرعت نامی آنها نزدیک به سرعت متوسط باد در منطقه با گرایش به سمت سرعت حامل بیشترین مقدار انرژی باشند و برای سرعت انفصال بالاتری طراحی شده باشند مناسب‌ترند.

ه- نوع ساختار تعمیرات و نگهداری

هر چه ساختار توربین‌های بادی ساده تر و تعمیرات آن آسان‌تر باشد هزینه نگهداری آن کمتر است و برای نصب در مزارع پیشنهادی اولویت دارد.

و- خدمات پس از فروش

 انتخاب توربینی بهتر است که از خدمات پس از فروش مطمئن و مناسب برخوردار باشد و بیشترین امکان انتقال تکنولوژی را داشته باشد.

برای مطالعه بیشتر : آثار، اهداف و انواع اتصال کوتاه در شبکه چیست ؟

انواع  دسته‌بندی توربین‌های بادی

الف- توربین‌های بادی با محور چرخش عمودی:‌ توربين‌ های بادی بامحور عمودی نظير (ساوينوس، داريوس، صفحه‌ای و كاسه‌ای ..) از ۲ بخش اصلی تشكيل شده اند.

 يك ميله اصلی كه رو به باد قرار ميگيرد و ميله‌های عمودی ديگری كه عمود بر جهت باد كار گذاشته می‌شوند. اين توربين شامل قطعاتی با اشكال گوناگون بوده كه باد را در خود جمع‌كرده و باعث چرخش محور اصلی می‌گردد.

ساخت اين نوع توربين بسيار ساده است، ولی بازده پايينی دارد. در اين نوع توربين‌ها یک طرف توربين باد را بيشتر از طرف ديگر جذب می‌كند و باعث می‌شود سيستم لنگر پيدا كرده و بچرخد.

نتيجه اين نوع طراحی اين است كه سرعت چرخش سيستم دقيقا با سرعت باد برابر بوده و در مناطقی كه سرعت باد كم است، چندان كارآمد نيست. يكی از مزايای آن وابسته نبودن سيستم به جهت وزش باد می‌باشد.

ب-توربین‌های بادی بامحور چرخش افقی

اين نوع توربين‌ها نسبت به مدل بامحور عمودی رايج‌تر می‌باشد، توربين‌های بادی با‌محور افقی پيچيده‌تر و گرانتر از نوع قبلی هستند و ساخت آنها هم مشكل‌تر است ولی راندمان بسيار بالایی دارند.

در همه سرعت‌ها حتی سرعت‌های پايين باد هم كار می‌كنند و در انواع پيشرفته‌تر می‌توان جهت آنها را با جهت وزش باد تنظيم كرد. نمای ظاهری اين توربين‌ها ۳ يا در مواردی ۲ پره است كه روی يك پايه بلند نصب شده‌اند. اين پره‌ها همواره در جهت وزش باد قرار می‌گيرند.

اين توربين ها چگونه كار می‌كند؟

مراحل كار يک توربين كاملاً برعكس مراحل كار يک پنكه است. در‌پنكه انرژی الكتريسيته به انرژی مكانيكی تبديل شده و باعث چرخيدن پره می‌شود. در توربين‌ها، چرخش پره‌ها انرژی‌جنبشی باد را به انرژی مكانيكی تبديل كرده، سپس به الكتريسيته تبديل می‌شود.

باد به پره‌ها برخورد می‌كند و آنها را می‌چرخاند. چرخش پره‌ها باعث چرخش محور اصلی می‌شود و اين محور به يك ژنراتور برق متصل است.

چرخش اين ژنراتور، برق متناوب توليد می‌كند می‌گردد. ساخت اين نوع توربين بسيار ساده است، ولی بازده پايينی دارد. در اين نوع توربين‌ها يك طرف توربين باد را بيشتر از طرف ديگر جذب می‌كند و باعث می‌شود سيستم لنگر پيدا كرده و بچرخد.

نتيجه اين نوع طراحی اين است كه سرعت چرخش سيستم دقيقا با سرعت باد برابر بوده و در مناطقی كه سرعت باد كم است، چندان كارآمد نيست. يكی ازمزايای آن وابسته نبودن سيستم به جهت وزش باد می‌باشد.

توربين‌های بادی عمودی امروزه می‌توانند بين ۵ تا ۶۵۰۰ كيلو وات برق توليد كنند. يك توربين بادی مستقل با سايز كوچك می‌تواند مصرف يك خانه يا انرژی مورد نياز برای پمپ كردن آب از چاه را تأمين كند، ولی توربين‌های سايز بزرگتر برای توليد برق و تزريق آن به شبكه سراسری مورد استفاده قرار می‌گيرند.

برای مطالعه بیشتر : روش‌های محاسبات پخش بار سیستم قدرت

انواع سیستم‌های مورد استفاده جهت اتصال ژنراتورهای نیروگاه‌های بادی به شبکه برق

• اتصال مستقیم ژنراتور آسنکرون به شبکه
• اتصال به وسیله ژنراتور دو سو تغذیه به شبکه
• اتصال ژنراتور آسنکرون به کانورتر به همراه سیستم گیربکس
• اتصال ژنراتور سنکرون به کانورتر بدون سیستم گیربکس

۱) اتصال مستقیم ژنراتور آسنکرون به شبکه
در این سیستم دور روتور به وسیله سیستم گیربکس به دور حدود ۱۵۰۰ دور رسیده و نیروی مکانیکی جعبه‌دنده توسط یک محور به ژنراتور منتقل می‌گردد. به منظور این که از حالت کار موتوری ژنراتور در سرعت‌های کمتر از سرعت سنکرون جلوگیری گردد یک کلید در کنترلر تعبیه گشته تا از عملکرد موتوری جلوگیری نماید.

۲) اتصال به وسیله ژنراتور دو سو تغذیه به شبکه

ژنراتورهای مورد استفاده در این سیستم همان ژنراتور آسنکرون رتور سیم‌پیچی شده می‌باشند. در این سیستم برای کنترل توان بجای استفاده از محدود کردن جریان روتور (توسط وارد شدن واحد مقاومتی به مدار روتور)، از یک مبدل فرکانس استفاده می‌شود.

این عمل بدین صورت انجام می‌پذیرد که با استفاده از برق شبکه توسط یک مبدل ac/ac که این مبدل ولتاژ شبکه را با فرکانس Hz50 (f1) دریافت و به همان ولتاژ با فرکانس مشخصی (f2) تبدیل کرده و به سیم پیچی‌های روتور اعمال می‌کند. در صورت افزایش سرعت باد مبدل (کانورتر) با کاهش فرکانس اعمالی به مدار روتور میدان دوار را ضعیف‌تر کرده در نتیجه توان خروجی کنترل می‌گردد.

همچنین با کاهش سرعت باد. مبدل فرکانس اعمالی به مدار روتور را افزایش داده در نتیجه میدان دوار قوی‌تر گشته و توان خروجی افزایش می‌یابد.

۳) اتصال ژنراتور آسنکرون به مبدل به همراه سیستم گیربکس

در این سیستم با استفاده از سیستم گیربکس و ژنراتور آسنکرون برق تولیدی با فرکانس متغیر توسط یک مبدل به برق با فرکانس ثابت تبدیل می‌شود.

از جمله مزایای این سیستم تولید توان در تمامی سرعت‌های باد، جبران توان راکتیو توسط سیستم مبدل. قابلیت تعویض ژنراتور سنکرون بجای ژنراتور آسنکرون و قیمت پایین‌تر نسبت به سیستم دو سو تغذیه می‌باشد.

۴) اتصال ژنراتور سنکرون به کانورتر بدون سیستم گیربکس

امكان حذف گيربكس و اتصال مسـتقيم ژنراتـور بـه تـوربين يكي از مسائلی است كه با توجه به مزایای زیاد آن تا به امروز تحقيقات زيادی بـر روی آن انجام گرفته است.

در واقع حذف گيربكس ضـمن كـاهش تلفات در مسـير روتـور تـا شـبكه و افـزايش رانـدمان، عمـر قطعــات مكــانيكی تــوربين را نيــز افــزايش مــی‌دهــد. در توربين‌های بدون گيربكس، سرعت كم چرخش قطعات سبب كاهش فرسايش، هزينـه‌هـای تعميـر و نگهـداری و در نتيجـه افزايش عمر خواهد شد.

امـا از سـوی ديگـر وجـود محــدوديت‌هــای فنــی و اقتصــادی در ايــن مســير، اكثــر توربين‌سازان دنيا را به‌سمت توليـد تـوربين‌هـای بـا گيـربس سوق داده است. از جمله مزايای حذف گيربكس می‌توان به افزايش رانـدمان و توليد سالانه ، افزايش عمـر قطعـات بـه دليـل سـرعت كـم چرخش، عدم نياز به تعميرات اساسی يـا تعـويض گيـربكس، كاهش هزينه‌های نگهداری ،كاهش حجـم ناسـل،كاهش نـويز آن اشــاره كــرد.

برای مطالعه بیشتر: منابع و آثار هارمونیک در شبکه چیست؟

انواع كاربرد توربين‌های بادی

۱- كاربردهای غير نيروگاهی:

الف-پمپ‌های بادی آبكش
يكی از كاربردهای مهم غيرنيروگاهی انرژی باد، پمپاژ آب می‌باشد. پس از دوران استفاده وسيع از پمپ‌های بادی‌ در قرن گذشته و نيمه اول اين قرن، با افزايش كاربرد برق به عنوان انرژی برتر در طی دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ و جايگزينی روزافزون پمپ‌های الكتروموتوری به جای پمپ‌های بادی، هنوز پمپ‌های بادی عمدتاً در چين، آفريقا جنوبی، آرژانتين و ايالات متحده آمريكا به فروش می‌رسند.

پمپ‌های بادی بهره‌برداری شده، عمدتا از نوع توربين‌های بادی پُر پَره کلاسیک می‌باشند.  تكنولوژی در اين زمينه در طی ۱۵ سال گذشته به طور مداوم بهبود يافته است.

امروزه به طور كلی موارد استفاده از توربين‌های بادی جهت پمپاژ آب عبارتند از:
۱ -تأمين آب آشاميدنی حيوانات در مناطق دور افتاده
۲ -آبياری در مقياس كم
۳ -آبكشی از عمق كم جهت پرورش آبزيان
۴ -تأمين آب مصرفی خانگی

ب- كاربرد توربين‌های كوچك به‌ عنوان توليدكننده برق :

اصلی‌ترين كاربرد‌های غيرنيروگاهی توربين‌های برق بادی، تأمين برق جزيره‌های مصرف می‌باشد. يك جزيره مصرف محل يا منطقه‌ای است كه تأمين مصرف آن از طريق شبكه سراسری برق بسيار مشكل و غيرمنطقی می‌باشد.

تا چند سال پيش تأمين برق اين مناطق كه تعدادشان كم نيست بسيار سخت و از طريق مولدهای كوچك ديزلی تأمين می‌شد.

امروزه از توربين‌های بادی كوچك تا قدرت ۱۰ كيلووات برای تأمين برق موردنياز اين مناطق استفاده می‌شود. يك توربين بادی در مقياس كوچك دارای نصب بسيار آسان و سريع است. حتی بر‌روی قايق‌ها اتوبوس‌ها بدون هيچ‌گونه هزينه‌های برق مورد نياز اين مناطق را تأمين می‌كند .

قيمت اين توربين‌ها نسبت به مجموع قيمت موتور برق و هزينه سوخت آن اقتصادی نيز می‌باشد. اين توربين‌ها معمولاً به‌همراه باتری‌های ذخيره‌كننده انرژی به‌كار برده می‌شوند. می‌توانند باساير منابع مانند فتوولتائيک با ژنراتورهای ی به صورت تركيب مورد بهره‌برداری قرار گيرند.

ج- شارژ باتری: برای اين كار بيشتر از توربين‌های بادی با قيمت ارزان و متوسط كه روتورهايی با قطر ۳ متر دارند استفاده می‌شود. اين نوع بهره‌برداری عموماً توربين‌های بادی كوچك جهت مصارف خانگی را شامل می‌شوند. نمونه كاربرد چنين توربين‌هايی شامل تأمین دستگاه‌های كمك ناوبری دريايی و مخابرات می‌شود.

برای مطالعه بیشتر : انواع انرژی تجدیدپذیر

۲ : كاربردها نيروگاهی

كاربرد‌های نيروگاهی توربين‌های برق بادی شامل كاربردهای متصل به شبكه برق رسانی است كه به شرح زير می‌باشند

محل نصب توربين‌های بادی منفرد کجاست؟

از اين توربين‌ها جهت تأمين بار‌های الکتریکی از نوع مسكونی، تجاری، صنعتی يا كشاورزی استفاده می‌شود. بار مصرفی به شبكه نيز متصل است. اكثراً اين توربين‌ها در نزديكی كشتزار‌ها يا گروهی از منازل قرار داده می‌شوند.

عموما اندازه اين توربين‌ها بين ۱۰-۱۰۰ كيلو وات است. اندازه‌های معمولی اين توربين‌های بادی بين ۵۰- ۵۰۰ كيلو وات است. سياست‌های ملی توليد انرژی، تعيين‌كننده بازار پراكنده توربين‌های متصل به شبكه است.

مثال در آمريكا، دانمارك، هلند و آلمان به افراد اجازه داده شده كه توربين‌های بادی در تملک خود را به شبكه وصل نموده . توليد اضافی خود را به سازمان برق محلی بفروشند. امروزه هدف اصلی محققين، حركت به سمت راه اندازی واحدهای بزرگتر مزارع برق بادی می‌باشد.

سجاد