دانلود پایان نامه
شکل 3-10- منحنی توان توربین بادی
3-2-1- مدل قابلیت اطمینان برای واحد بادی بر اساس تکنولوژی ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده
از بین تکنولوژیهای تولید توان در نیروگاههای بادی، ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده (شکل 3-11) به دلیل داشتن کیفیت و بازده مناسب بسیار مورد توجه قرار گرفته و بیش از 70 درصد از توربینهای بادی نصب شده در سطح جهان بر اساس این تکنولوژی ساخته شدهاند ]22[. مدل قابلیت اطمینان برای مزرعه بادی باید در مرحله اول خرابی اجزای تشکیل دهنده را در نظر گرفته و تأثیر آنها را بر خرابی کل سیستم لحاظ و در مرحله دوم عدم قطعیت سرعت وزش باد را به مدل به دست آمده اعمال نماید.

شکل 3-11- اجزای تشکیل دهنده توربین بادی V90
3-2-1-1- معرفی اجزای تشکیل دهنده واحد بادی و به دست آوردن مدل قابلیت اطمینان واحد بر اساس خرابی اجزا
اجزای مهم یک واحد بادی که بر اساس تکنولوژی ژنراتورهای دوسو تغذیه شونده کار میکند در شکل 3-12 نشان داده شده است. همانگونه که در این شکل مشخص است توربین توسط دکل نگه داشته شده و شامل پرهها میباشد که با وزش باد میچرخند. یک سیستم کنترلی موسوم به کنترل حرکت عرضی برای ثابت نگه داشتن سرعت ژنراتور در سرعتهای بالاتر از سرعت نامی و دستیابی به توان خروجی ثابت استفاده میشود. این سیستم کنترلی به کمک یک موتور جهت پرهها را تغییر داده تا سطح مقطع موثر پرهها که با باد درگیر هستند را کم و زیاد نموده و توان ثابت بماند. ترمز به منظور متوقف نمودن چرخش پرهها در سرعتهای بالاتر از سرعت ماکزیمم (سرعت قطع بالا) به منظور جلوگیری از آسیب دیدن توربین استفاده میشود. سیستم حرکت دورانی به منظور ماکزیمم نمودن توان توربین استفاده میشود. توسط سنسورهای مربوطه جهت وزش باد تعیین شده و موتورهای مربوطه کل محفظه را حول دکل چرخانده تا پرهها در معرض وزش موثر باد قرار بگیرند و توان حاصل ماکزیمم شود. دو نوع سنسور در توربینهای بادی وجود دارد: یکی بادسنج که سرعت وزش باد را اندازهگیری میکند و دیگری بادنما که جهت وزش باد را تشخیص میدهد. جعبه دنده که روتور ژنراتور را به محور چرخش وصل میکند دارای نسبت بالا در سرعتهای کم و نسبت کمتر در سرعتهای زیاد است. ژنراتور از نوع القایی با روتور سیمپیچی شده میباشد که استاتور آن مستقیما و روتور توسط مبدل الکترونیک قدرت به شبکه وصل میشود. توان الکتریکی ژنراتور توسط کابل از بالای دکل به پایین در محل خطوط انتقال منتقل میشود. در این قسمت برای هر کدام از اجزا یک مدل قابلیت اطمینان ارائه شده و تأثیر خرابی هر کدام از اجزای تشکیل دهنده بر خرابی کل سیستم بررسی میشود.

مطلب مرتبط :   منابع و ماخذ مقاله صادرات کالا و خدمات و تجارت الکترونیکی

شکل 3-12- اجزای تشکیل دهنده واحدهای بادی مبتنی بر تکنولوژی ژنراتورهای دو سو تغذیه شده
دکل: دکل تحت تأثیر عواملی به ماننند زلزله و یا آتشسوزی (ناشی از برخورد صاعقه و یا موارد دیگر) ممکن است دچار خرابی شود. یک مدل قابلیت اطمینان 2 حالته به صورت نشان داده شده در شکل 2-3 برای دکل در نظر گرفته میشود. در این مدل دکل با نرخ خرابی از حالت سالم به حالت خراب رفته و با نرخ تعمیر و یا تعویض به حالت سالم بر میگردد.
پرهها و سیستم کنترل حرکت عرضی: پرهها تحت تأثیر عوامل مختلف به مانند زلزله ممکن است دچار شکستگی شوند. سیستم کنترل عرضی به منظور تغییر راستای پرهها به ویژه در سرعتهای بالاتر از سرعت نامی و جلوگیری از آسیب دیدن توربین در شرایط سرعتهای زیاد استفاده میشود و در صورت خراب شدن آن باید توربین بلافاصله متوقف شود تا قسمتهای مختلف آسیب نبیند. خراب شدن سیستم کنترل عرضی میتواند به علت خرابی سنسورها، موتورها و یا سیستم کنترل آن باشد. در این قسمت خرابی پرهها و سیستم کنترل عرضی به همراه هم با یک مدل قابلیت اطمینان 2 حالته به مانند شکل 2-3 مدلسازی شده است. در این مدل با خراب شدن پرهها و یا سیستم کنترل عرضی سیستم از حالت سالم به حالت خراب میرود.
ترمز : در صورتی که سرعت وزش باد خیلی زیاد شود و برای قسمتهای مختلف توربین خطرناک باشد سیستم ترمز بلافاصله توربین را متوقف میکند. در صورت خراب شدن این قسمت توربین باید متوقف شود زیرا ممکن است به قسمتهای مختلف به دلیل سرعت بیش از حد آسیب برسد. مدل قابلیت اطمینان این قسمت نیز به صورت یک مدل دو حالته به مانند شکل 2-3 نمایش داده میشود.
جعبه دنده: سرعت چرخش پرهها توسط نیروی باد با سرعت چرخش روتور ژنراتور متفاوت است و به همین دلیل از جعبه دنده به منظور افزایش سرعت و رساندن آن به مقدار مناسب برای ژنراتور استفاده میشود. جعبه دنده دارای اجزای مکانیکی بوده و احتمال خرابی آن نسبت به سایر قسمتهای واحد بادی بیشتر میباشد. در جدول 3-1 قسمتهای مختلف جعبه دنده و نرخ خرابی آنها آورده شده است ]23[. در صورتی که این تجهیز خراب شود ارتباط توربین با ژنراتور قطع شده و توان خروجی واحد بادی صفر میگردد. جعبه دنده نیز دارای مدل قابلیت اطمینان دو حالته به مانند نشان داده شده در شکل 2-3 میباشد.
سیستم حرکت دورانی: این سیستم دارای سنسور تعیین جهت باد و موتورهای مربوطه بوده که متناسب با جهت وزش باد محفظه را حول محور عمودی دوران داده و پرهها را در راستای وزش باد قرار میدهد. با خراب شدن این سیستم، که ناشی از خراب شدن سنسورها، موتورها و درایور آنها میباشد، دیگر توربین قادر نیست جهت وزش باد را دنبال نماید و توان خروجی توربین کاهش مییابد. از آنجا که ممکن است جهت وزش باد 180 درجه با راستای قرار گرفتن پرهها تفاوت داشته باشد روتور را برعکس میچرخاند که ممکن است به جعبه دنده، ژنراتور و سایر تجهیزات آسیب برساند. لذا با خراب شدن سیستم حرکت دورانی لازم است توربین متوقف و این سیستم تعمیر و یا تعویض گردد. یک مدل قابلیت اطمینان دو حالته به مانند شکل 2-3 برای این سیستم در نظر گرفته شده است.
سنسورها: در توربین بادی سنسورهای متفاوتی به منظور حفاظت و کنترل قرار گرفتهاند. با خراب شدن این سنسورها عملکرد توربین دچار مشکل شده و باید سنسور آسیب دیده تعویض و یا تعمیر گردد. یک مدل قابلیت اطمینان دو حالته نیز برای مجموعه سنسورها در نظر گرفته شده است.
جدول 3-1- قسمتهای تشکیل دهنده جعبه دنده و نرخ خرابی آنها در سالهای 1997 تا 2005 ]23[
اجزای تشکیل دهنده نرخ خرابی (تعداد) متوسط زمان تعمیر (ساعت)
یاتاقان 41 562
چرخ دنده 3 272
محور 0 0
درزگیر 8 52
سیستم روغن 13 26