نگاهی دیگر به نیروگاه های خورشیدی و بادی

در سالهای اخیر تمرکز شدیدی بر روی منابع انرژی تجدید پذیر در ایالات متحده صورت گرفته است. بیشترین تأکید بر روی نیروگاه های بادی و خورشیدی است و ظاهرا توجه زیادی به نواحی صحرایی جنوب کالیفرنیا برای تأسیس این نیروگاه ها می شود. به همراه شنزارهای میلیون هکتاری، صحراهای موجاوه و کلورادو جایگاهی مناسب برای نصب نیروگاه های بادی و خورشیدی بشمار می آیند. جالب اینکه، دولت ایالات متحده بر تعدادی از این پروژه ها مهر تأیید زده است و بسیاری از آنها به سرعت پیگیری می شوند. امروزه کالیفرنیا نقش پایتخت تولید انرژی خورشیدی را برعهده گرفته است. اما، در حالی که توجه زیادی به منابع انرژی تجدید پذیر می شود و سرمایه کلانی به گلوی آن ریخته می شود بسیاری فکر می کنند که این گونه نیروگاه ها سبب کاهش وابستگی ما به نیروگاه های فسیلی نمی شوند.

آیا زیرساختهای صنعت برق برای انرژی های تجدیدپذیر آماده اند؟

به نظر می رسد که تولید انرژی از منابع تجدید پذیر تنها یک روی سکه باشد. روی دیگر سکه اهمیت زیرساختهای صنعت برق در تولید و پخش توان الکتریکی می باشد. آمریکا یکی از بزرگترین تولید کننده های انرژی الکترکی دنیا است و بزرگترین شبکه تولید و پخش توان در جهان را داراست. متاسفانه بیشتر تأسیسات این صنعت قدیمی و کهنه می باشند. قدمت این شبکه حجم زیادی از انرژی تولید شده را هدر می دهد. همچنین، سیستمهای پخش نیاز به برنامه های به روزسازی دارند تا بتوانند مواجه با مقتضیات منابع انرژی های قدیمی تر و جدید را همزمان به سامان برسانند.

بدون شک نیروگاه های خورشیدی و بادی می توانند روشنایی میلیونها خانه را در آمریکا تأمین نمایند. باوجود سرمایه گذاری اولیه بالا، منابع تجدید پذیر انرژی به صورت طبیعی در چند سال هزینه خود را مستهلک می نمایند و تولید گازهای گلخانه ای و نیاز به واردات نفت از خارج را کاهش می دهند. اما قبل از تأکید بر روی مزایای این گونه منابع انرژی نیاز داریم تا زیرساختهای لازم برای ذخیره سازی، انتقال و پخش این انرژی را به صورتی با کارایی بالا فراهم آوریم.

مشکلات همراه با منابع انرژی تجدید پذیر

یکی از اشکالات مهم منابع انرژی تجدید پذیر این است که توان خروجی متغیری دارند. این مشکل را تنها می توان با نصب واحدهای ذخیره سازی انرژی و ذخیره آن هنگامی که تولید زیاد بوده و استفاده از آن در زمانی که تولید کم می باشد برطرف کرد. به نظر می رسد که باتری خانه های بزرگ راه حل مناسبی برای این مشکل می باشند.

شبکه های هوشمند یکی دیگر از زیرساختهای هستند که نیاز است نسبت به آنها پاسخگو باشیم. این شبکه ها باید آنقدر باهوش باشند که بتوانند پیامدهای ناشی از نوسان انرژی خروجی را دسته بندی کرده و این که انرژی تولید شده کجا مصرف می شود و کجا کمبود انرژی وجود دارد را رهگیری کنند. به هرحال بزرگترین پیامد خود را در قالب انرژی تلف شده در ترانسفورماتورها نشان می دهد. ترانسفورماتورها نقش حساسی در شبکه های توزیع و انتقال، از جمع آوری انرژی در نیروگاه گرفته تا انتقال آن با ولتاژ بالا و توزیع آن با ولتاژ پایین، بازی می کنند.

هزاران ترانسفورماتور در شبکه برق ایالات متحده وجود دارند که در حال خارج شدن از رده هستند و باید که با ترانسفورماتورهای با بازده بالاتر تعویض شوند. ترانسفورماتورهای جدیدتر با دوام تر می باشند و می توانند انرژی تولید شده توسط نیروگاه های مدرن تر یا قدیمی را انتقال دهند.

مانند بیشتر ترانسفورماتورهای بکارگرفته شده در یکسوسازها، ترانسفورماتورهای موجود در نیروگاه های بادی برای کار با هارمونیکها و بارهای اضافی طراحی شده اند و دارای محافظ الکترواستاتیک هستند تا از انتقال هارمونیکها از سیم پیچ اولیه به ثانویه جلوگیری کنند.

پس در حالیکه امروزه تأکید اصلی بر روی منابع تجدید پذیر می باشد زمان آن فرارسیده است تا توانایی های ترانسفورماتورهای در تبدیل انرژی مورد نیاز به صورت جدی مورد بررسی قراربگیرند.

ترانسفورماتور گردنده متغیر تفاضلی یاRVDT

ترانسفورماتور گردنده متغیر تفاضلی[1] گونه ای از ترانسفورماتورهای الکتریکی است که برای اندازه گیری جابجایی های زاویه ای بکار می رود. به صورت دقیق تر یک RVDT عبارت است از یک ترانسدیوسر الکترومکانیکی که یک خروجی متناوب ایجاد می کند. ولتاژ خروجی به صورت خطی با زوایه جابجایی محور ورودی متناسب است. هنگامی که RVDT با استفاده از یک منبع ثابت متناوب تغذیه شود سیگنال خروجی در حدود یک بازه مشخص با زاویه جابجایی محور نسبت خطی دارد.

RVDT از یک ماشین الکتریکی بدون ذغال و بدون اتصال استفاده می کند تا عمر طولانی تر و قابلیت اعتماد بیشتری داشته باشد و قادر به موقعیت یابی تکرارپذیر باشد. این قابلیت اعتماد و تکرارپذیری، موقعیت یابی دقیق تحت شرایط کاری سخت را تضمین می کند.

بیشتر RVDT ها از سیم پیچ ها، استاتور ورقه ورقه و روتور دو قطبی قطب برجسته تشکیل می شوند. استاتور دارای چهار شکاف می باشد و دو سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه را در خود جای می دهد. در بعضی موارد سیم پیچ های ثانویه را به هم متصل می کنند. 

  

عملکرد RVDT

ولتاژهای القا شده در سیم پیچ های ثانویه -یعنی V1 و V2- نسبت به زوایه مکانیکی روتور دارای اختلافی خطی هستند. پس θ : 

G همان گین یا حساسیت است. V2 را می توان به دست آورد: 

تفاضل بین V1 و V2 ولتاژ متناسب را به دست می دهد: 

و مجموع ولتاژها مقداری ثابت است: 

این مقدار ثابت -در زمان اندازه گیری زاویه- به RVDT پایداری زیادی می دهد چرا که این مقدار از ولتاژ ورودی، فرکانس یا حرارت مستقل است و قادر است تا خطاها را آشکار سازد.

استفاده از معادلات ریاضی بالا در یک قالب تئوری سبب می شود تا کارکرد RVDT را بتوان به صورت زیر توضیح داد:

ساختار و عملکرد اساسی یک RVDT به وسیله چرخش یک هسته آهنی (روتور) در درون یک استاتور فراهم می شود. محل نصب روتور از فولادضدزنگ ساخته می شود. استاتور شامل سیم پیچهای اولیه (تحریک) و یک جفت سیم پیچ ثانویه (خروجی) است. یک جریان متناوب ثابت به سیم پیچ اولیه اعمال می شود که این جریان به صورت الکترومکانیکی با ثانویه کوپل می شود. این کوپلینگ با زوایه محور ورودی متناسب است. سیم پیچ های ثانویه به گونه ای طراحی شده اند که زمانی که یکی از آنها همفاز با اولیه است سیم پیچ دیگر 180 درجه با اولیه اختلاف فاز داشته باشد. هنگامی که روتور در موقعیتی باشد که شار موجود را به صورت مساوی بین دو سیم پیچ ثانویه تقسیم کند ولتاژ خروجی صفر می شود. این نقطه را نقطه صفر الکتریکی یا E.Z می نامند. هنگامی که محور نسبت به E.Z جابجا می شود ولتاژ خروجی دارای مقدار و زاویه فاز متناسب با جهت چرخش می شود. به دلیل اینکه RVDT اساسا مانند یک ترانسفورماتور عمل می کند ولتاژ اولیه با نسبت تبدیل ثابت به ثانویه منتقل می شود.  

  

از آنجا که بیشتر RVDTها سیگنال رابه عنوان تابعی از یک نسبت تبدیل اندازه گیری می کنند، تغییرات ولتاژ تغذیه تا 7.5 درصد نوعا بر روی دقت آن تأثیر نمی گذارد و نیاز به یک ولتاژ رگولاتر دقیق ندارند. برای داشتن دقت کافی باید فرکانس ولتاژ ورودی را بین ±1درصد فرکانس اصلی کنترل کرد.

اگرچه RVDT به صورت نظری می تواند بین زوایه ±45° عمل کند اما فراتر از ±35° از دقت آن به سرعت کاسته میشود. بنابر این آن را بیشتر در زوایای ±30° بکار و حداکثر ±40°می برند. نمونه های دقیقتری هم ساخته شده اند که می توانند تا زوایه ±60° به درستی عمل کنند.

مزایای RVDT عبارتند از:

·        حساسیت کم نسبت به حرارت، ولتاژ اولیه و تغییرات فرکانس

·        استحکام

·        قیمت کم

·        نیاز به تجهیزات کنترلی اندک

·        اندازه کوچک 

 

انواع RVDT

یک RVDT را می تواند با دو ورقه هم ساخت که اولی شامل اولیه و دومی شامل ثانویه باشد. این گونه RVDTها می توانند چرخش بیشتری داشته باشند.

یک نمونه دیگر به نام ترانسفورماتور متغیر چرخان شناخته می شود و تنها دارای یک ثانویه است و یک خروجی دارد: 

مترجم:رضاکیانی موحد 

منبع: اینجا

---

[1] rotary variable differential transformer (RVDT)

اولین هواپیما با سلولهای سوختی

بوئینگ با ساخت اولین هواپیمای سرنشین دار که توسط سلولهای سوختی هیدروژنی نیرو می گیرد نام خود را در تاریخ هوانوردی ثبت کرد. این هواپیما یک تلاش بین المللی توسط بوئینگ و چند شرکت اتریشی، فرانسوی، آلمانی، اسپانیایی، بریتانیایی و آمریکایی است.

بدنه هواپیما در اصل یک گلایدر موتوردار دو نفره با نام دیمونا است که عرض بال آن به 53.5 فوت می رسد. این هواپیما بهینه سازی شده و از جمله یک باتری هایبریدی برای به حرکت درآوردن موتور الکتریکی -که پروانه معمولی هواپیما را به گردش در می آورد- در آن نصب شده است. پیشرانه الکتریکی هواپیما در آمریکا و بر اساس طرح کارخانه UQM Technologies -یکی از پیشگامان عرصه انرژی های جایگزین- ساخته شده است.

در طی 3 آزمایش پروازی -که در ماه های فوریه و مارس در فرودگاهی در جنوب مادرید انجام شد- خلبان آزمایشی به ارتفاع 3300 پایی صعود کرد و با استفاده از ترکیب انرژی تولید شده به وسیله باتری ها و سلول های سوختی هیدروژنی هواپیمایش را به پرواز درآورد. سپس، پس از رسیدن به ارتفاع پیمایش و قطع اتصال باتریها، خلبان با سرعت 62 مایل در ساعت و در حدود 20 دقیقه تنها با سلولهای سوختی به پرواز ادامه داد.

بر اساس اظهارات محققین بوئینگ، تکنولوژی باتریهای PEM می تواند برای به پرواز درآوردن پهپادهای کوچک نیز بکارگرفته شود. برای پروازهای طولانی تر باتریهای سوختی اکسید خشک را می توان به عنوان منبع ثانویه انرژی بکاربرد. بوئینگ در ماه آوریل اعلام کرد که استفاده از سلولهای سوختی به عنوان منبع انرژی اولیه هواپیماهای بزرگ مسافربری رویاپردازی صرف نیست. آنها می گویند که به تحقیقاتشان برای کشف توانایی های سیستم جدید و کشف دیگر روشهای جایگزین مناسب جهت بهبود شرایط زیست محیطی ادامه خواهند داد.

مترجم:رضاکیانی موحد 

منبع: 

http://www.powermag.com/gas/Global-Monitor-June-2008_131_p2.html