استفاده از توربینهای بادی شناور در اقیانوس اطلس

سونال پاتل

فوریه 2012

در نوامبر سال قبل یک ساختار نیمه شناور به عنوان پایه ای برای یک توربین بادی به قدرت 2 مگاوات در حدود 350 کیلومتر یدک کشیده شد تا به آبهایی با عمق 35 متر در اقیانوس اطلس برده شود و در سواحل آگوخادورای پرتغال نصب شود(تصویر-1). اگرچه پروژه توربین شناور به چند پروژه در دست توسعه مشابه دیگر متصل است به خاطر امکانات نوینی که در بهره برداری از بادهای فلات قاره در خطوط ساحلی بزرگ و عمیق ارائه می کند می تواند در جلب توجه در حوزه انرژی بادی موثر باشد.

تصویر1- پروژه توربین شناور

پروژه توربین شناور توسط شرکایی از کنسرسیوم ویند پلاس شامل شرکت پرینسیپل پاور (واقع در سیاتل)، انرژیاس دی پرتغال، آ سیلوا ماتو، وستاس ویند سیسیتمز، انوو کاپیتال و فوندو دی آپیو آ اینواخائو توسعه یافته است. گزارش شده که بیش از 60 فروشنده اروپایی در سوارکردن، نصب و تحویل ابتدایی این توربین بادی 80 ولتی در کارخانه لیسناوه ، نزدیک ستوبال پرتغال، مشارکت داشته اند.

پس از آن ،بنا به گفته پرینسیپل پاور، تمامی مجموعه بدون استفاده از جرثقیلهای سنگین دریایی به میان آبهای اقیانوس یدک کشیده شده است. از ژانویه به بعد دست اندرکاران این توربین شناور آن را آزمایش کرده و عملیات راه اندازی آن را انجام داده اند که این فعالیتها شامل آزمایشهایی در زمینه بهره برداری و رسیدن به ظرفیت نهایی می شود.

این پروژه نه اولین توربین بادی شناور است و نه بزرگترین آنها. در ماه ژوئن 2009 شرکت زیمنس انرژی و شرکت نروژی استات اویل یک توربین بادی شناور 2.3 مگاواتی را در 12 کیلومتری ساحل و در عمق 220 متری دریای شمال نصب کردند.  این پروژه در حال بهره برداری است و اخیرا استات اویل درخواست اجاره یک مکان برای یک پروژه آزمایشی شناور در خلیج ماین را به دفتر مدیریت انرژی اقیانوس آمریکا داده است.

اما چه چیزی توربین شناور را از پروژه های دیگر متمایز می کند؟ توربین شناور بر خلاف های ویند استات اویل که اساسا شبیه یک بویه (یک تیر که با سه کابل به کف دریا بسته شده) است یک ساختار نیمه شناور دارد که توسط 4 تا 6 کابل به کف دریا بسته شده است و بیشتر شبیه یک سه پایه عمل می کند. توربین شناور همچنین در این نکته متمایز است که می تواند به خارج دریا کشیده شود یا در آبهای کم عمق تر (بین 30 تا 50 متر) بکارگرفته شود.

توربین شناور با صفحات محصور کننده ای که آب را به دام می اندازند در هر پایه اش مجهز شده است که تأثیرات جریانات گردابی را کاهش می دهند. همچنین این سیستم یک بدنه حلقه بسته قابل تنظیم را ارائه می کند که می تواند نیروی ناشی از باد را کاهش دهد و فواید زیادی در هنگامی که سرعت و جهت باد عوض می شود دارد. تمام مجموعه توسط اجزای متعارف ،شامل زنجیرها و کابلهای پلی استر و لنگرهای پیش دفن شده کاهش دهنده پسا، به کف دریا متصل می شود. ستیزه هایی که می توند اسباب زحمت طرح شوند شامل قیمت فولاد بکار رفته و شبکه اتصال است.

تولیدکنندگان طرح می گویند که با وجود اینها، سادگی و طراحی اقتصادی می تواند صنعت انرژی فلات قاره ای را تقویت کند. آنتونیو ویدیگال ، مدیر اجرایی فوندو دی آپیو آ اینواخائو، می گوید:" اعماق اقیانوس جبهه بزرگ بعدی در حوزه انرژی است." او پروژه توربین شناور را یکی از تکنولوژی های قابل اعتماد می داند و اضافه می کند:" تکنولوژی توربینهای بادی فلات قاره ای ، به ویژه این پروژه، به ما اجازه خواهند داد تا بادهای قوی تر و پایدارتر را مهار کنیم و در میان مدت انرژی قابل توجهی را به شبکه های خود تحویل دهیم. امروزه زمان آزمایشهای گسترده و معتبرسازی است، پیشروی در توسعه این تکنولوژی قابل اتکا."

منبع

http://www.powermag.com/renewables/wind/4319.html

ملاحظات طراحی و ساخت ترانسفورماتورهای WTSU

مایک دیکینسون

مقدمه

تبدیل انرژی باد به توان الکتریکی یکی از صنایعی است که با سرعت در حال رشد است. تنها در آمریکا، توان حاصله از نیروگاه های بادی در 5 سال به طور متوسط گذشته 29 درصد رشد کرده است و اکنون این انرژی بیش از یک درصد انرژی مورد نیاز این کشور را تأمین می کند.

مانند دیگر سیستمهای انتقال و پخش توان الکتریکی، ترانسفورماتورهای قدرت قلب تولید انرژی توسط نیروگاه های بادی هستند. طراحی اولیه یک ترانسفورماتور می تواند در سوددهی نیروگاه های بادی تأثیری به سزا داشته باشد و بنابر این فرض می شود که طراحی و ساخت ترانسفورماتورها ، به ویژه برای استفاده در نیروگاه های بادی شامل ترانسفورماتورهای افزاینده توربینهای بادی، اهمیتی حیاتی دارد.

با اینکه تکنولوژی تهیه انرژی از باد در چند سال گذشته بهبود بسیار یافته است، چند مشکل مهم در طراحی، کنترل و بهره برداری هنوزهم حل نشده باقی مانده اند. اگر این موارد به صورتی شایسته در زمان صحیح عنوان نشوند، ممکن است که موجب اختلال های زیادی در سیستم ،به ویژه هنگامی که نیروگاه به شبکه سراسری متصل می شود، بشوند.

توربین بادی

توربین بادی نشانه ای برجسته از بازار بزرگ انرژی های قابل تجدید می باشد. باد پره های توربین را می چرخاند، که آن هم محور یک ژنراتور را به حرکت در می آورد و برق تولید می کند. یک ترانسفورماتور محلی برای افزایش ولتاژ تولید شده لازم است تا برق از طریق خطوط انتقال و توزیع به مصرف کننده عمومی انتقال یابد. این توربینها عموما هنگامی که سرعت باد در حدود 8 مایل بر ساعت یا بیشتر است برق تولید می کنند. هنگامی که سرعت باد از 55-60 مایل بر ساعت بیشتر می شود این توربینها به دلایل امنیتی خاموش می شوند. توربینهای بادی مدرن معمولا از یک روتور و 3 پره بلند استفاده می کند که قطری بین 40 تا 80 متر دارند تا بتوانند بیشترین انرژی ممکن را از باد دریافت کنند. پره ها را در زوایای مختلف قرار می دهند تا بتوانند خود را با سرعتهای مختلف باد هماهنگ کنند، و ژنراتور و پره های می توانند برای قرارگرفتن در جهت صحیح باد بچرخند. توربین های بادی بر روی برجهایی با ارتفاع 40 تا 100 متر نصب می گردند تا بتوانند از باد قدرت بگیرند. این توربینها در اندازه های مختلف ساخته می شوند و می توانند در تأسیسات بزرگ و کوچک به کار گرفته شوند. یک توربین کوچک ،با توانی در حدود 300 کیلووات، را می توان برای مصارف گوناگونی چون شارژ باتری، برق رسانی به خانه های موقت، ایستگاه های تلفن سیار، مزارع یا کارخانه ها بکار گرفت. توربینهای بکارگرفته شده در نیروگاه های بادی ممکن است که با ظرفیت 500 کیلووات با بیشتر باشند. این توربینها اغلب در مزارع بادی یا نیروگاه های بادی برای تغذیه برق شبکه کنارهم نصب می شوند. با نصب یک مزرعه بادی امکان دارد تا برق به صورت اقتصادی تری و با ظرفیت بیشتر تولید شود. این امر همچنین تعمیرات و بهره برداری از آنها را مقرون به صروف می سازد.

چرا ترانسفورماتورهای افزاینده؟

یک ترانسفورماتور افزاینده جهت توربین بادی (WTSU) نقشی حیاتی در تبدیل سطح ولتاژ خروجی توربین به سطح انتقال و عبور از شبکه های انتقال تا رسیدن به مصرف کننده بازی می کند. ولتاژ خروجی توربینهای بادی نوعا بین 480 تا 690 ولت است. این ولتاژ به ترانسفورماتور WTSU داده میشود و به ولتاژی بین 13.8 تا 46 کیلوولت تبدیل می شود. نقش این ترانسفورماتورهای حیاتی است  و لازم است که طرحی قوی داشته باشند. ترانسفورماتورهای امروی باید از پس نیازهای مختلفی چون مسائل زیر برآیند:

• بارهای گوناگون و مختلف.

• بارهای دارای هارمونی و غیرسینوسی تولید شده توسط عناصر کنترلی الکترونیک و ژنراتورها.

• حفاظت در برابر ولتاژ بالا/پایین یا اضافه بار.

• توانایی تحمل جریانهای گذارا و خطاها.

نیاز به طراحی مخصوص و ملاحظات ساخت

محلهای دارای باد مناسب اغلب در مکانهای دورافتاده هستند و مقادیر مختلفی از انرژی را دریافت می کنند. این عوامل باد را به یک منبع انرژی به شدت دارای نوسان تبدیل کرده است که خروجی آن می تواند تا 25 درصد بازی کند. در حدود 10 درصد از زمان کار توربین، باد می تواند توربین را با 5 تا 20 درصد ظرفیت نامی اش به حرکت درآورد. این تغییرات می تواند تأثیر منفی بر روی شبکه بگذارد. ترانسفورماتورهای توزیع و ترانسفورماتورهای قدرت معمولا در حوالی بار کامل خود بکارگرفته می شوند. این چنین است که فشارهای حرارتی بر روی عایقهای این نوع ترانسفورماتورها  طبیعتا بیشتر می شود. ترانسفورماتورهای WTSU دچار چنین اشکالی نمی شوند اما بار متغیر آنها مشکلات دیگری را برایشان ایجاد می کند مانند:

تلفات هسته

تلفات هسته می تواند به صورت یک عامل مهم اقتصادی در زمانی که ترانسفورماتورها بی بار هستند یا بارکمی دارند درآید. استفاده از ترانسفورماتور با 30 تا 35 درصد بار کامل فرمولهای معمولی تخمین قیمت را به هم می ریزد.

نوسانات حرارتی

کم و زیاد شدن بار فشار حرارتی زیادی را به سیم پیچهای ترانسفورماتور، سازه های نگهدارنده، درزگیرها و نشت بندها وارد می کند. همچنین، نوسانات حرارتی موجب ایجاد گاز نیتروژن در روغن ترانسفورماتور شده که در زمان خنک شدن روغن به صورت حباب در آمده و در اطراف عایقها و سیم پیچها تجمع می کنند که سبب تخلیه جزئی و خراب شدن عایقها می شوند. ترانسفورماتورهای توزیع و قدرت نمی توانند با این مشکل به خوبی رویاروی شوند و حوادث ناشی از عایقها در آنها دیده می شود.

راه حل: ترانسفورماتورها سفارشی ساخته شوند

یک ترانسفورماتور سفارشی برای نیروگاه بادی می تواند از ابتدا با در نظر گرفتن مشکلات خاص این نیروگاه ها طراحی شود. استفاده از هسته های صلیبی شکل، سیم پیچ ها و سازه ی قوی تر، درزگیرها و نشت بندهای مخصوص و ابزارهای حفاظتی که از ایجاد نقاط داغ و در نتیجه تخلیه جزئی جلوگیری می کنند می توانند سبب افزایش طول عمر ترانسفورماتور و بهبود کارایی آن شوند.

مانند بیشتر ترانسفورماتورهای یکسوساز، ترانسفورماتورهای WTSU باید برای مقابله با هارمونیها و اضافه بار طراحی شوند تا از انتقال هارمونی ها بین اولیه و ثانویه ترانسفورماتور جلوگیری کنند.

مترجم رضا کیانی موحد

منبع

http://ezinearticles.com/?Design-and-Construction-Considerations-For-WTSU-Transformers&id=3529140