آیا یک توربین بادی با چرخش سریعتر، برق بیشتری تولید میکند؟
به عبارت ساده، یک توربین بادی با چرخش سریعتر، برق بیشتری تولید نمیکند. این توربین یک محدوده سرعت بهینه دارد که فراتر از آن ممکن است تولید برق را متوقف کند یا راندمان را کاهش دهد.
در زیر توضیح مفصلی برای شما آورده شده است:
۱. قبل از سرعت باد نامی: هر چه سریعتر، بیشتر (در یک محدوده خاص)
وقتی سرعت باد از صفر افزایش مییابد، پرههای ژنراتور شروع به چرخش میکنند و هرچه سرعت (سرعت نوک) بیشتر باشد، تولید برق بیشتر میشود. این فرآیند با شهود ما مطابقت دارد.
۲. پس از رسیدن به سرعت باد نامی: توان ثابت، دیگر افزایش نمییابد
این مهمترین نکته است. هر توربین بادی دارای توان نامی طراحیشده (مثلاً ۲ مگاوات) و سرعت باد نامی (معمولاً حدود ۱۲ تا ۱۵ متر بر ثانیه) است.
وقتی سرعت باد به سرعت باد نامی برسد، سیستم کنترل به طور فعال سرعت پرهها و انرژی باد جذب شده را با تنظیم زاویه پره (گام) و سایر روشها محدود میکند، به طوری که تولید برق در توان نامی تثبیت شده و دیگر افزایش نیابد.
چرا این کار را انجام میدهید؟ برای محافظت از اجزای کلیدی مانند ژنراتورها و گیربکسها در برابر نیروی مکانیکی بیش از حد و "سوختن" انرژی الکتریکی. شتاب نامحدود میتواند به تجهیزات آسیب جدی برساند.
۳. تجاوز از سرعت باد قطع: خاموش کردن ایمن، توقف تولید برق
وقتی سرعت باد خیلی زیاد باشد و به سرعت باد قطع شده (معمولاً حدود ۲۵ متر بر ثانیه، معادل یک تندباد ۱۰ درجهای) برسد، برای جلوگیری از آسیب بارهای باد شدید به سازه، سیستم کنترل پرهها را کاملاً به حالت شیبدار (موازی با جهت باد مانند بال هواپیما) در میآورد که باعث میشود فن از چرخش بایستد و ترمز کند و تولید برق صفر شود.
مکمل کلیدی: کارایی و "نسبت سرعت نوک"
هدف از تولید انرژی بادی، راندمان آیرودینامیکی بهینه است، نه فقط سرعت بالا. این راندمان با پارامتری به نام "نسبت سرعت نوک پره" (نسبت سرعت نوک پره به سرعت باد) اندازهگیری میشود. هر طراحی پره دارای یک مقدار نسبت سرعت نوک بهینه است و سیستم کنترل تلاش میکند تا توربین بادی را در این نقطه بهینه به کار اندازد تا حداکثر تبدیل انرژی باد به انرژی مکانیکی تضمین شود.
اگر سرعت خیلی زیاد باشد، علاوه بر مشکلات ایمنی تجهیزات، میتواند به دلیل افزایش تلاطم و مقاومت، منجر به کاهش راندمان نیز شود.
استعاره تصویر
شما میتوانید یک توربین بادی را به عنوان یک ماشین با کروز کنترل هوشمند تصور کنید:
مرحله شروع (نسیم ملایم): هرچه دریچه گاز (باد) بیشتر باشد، سرعت خودرو (دور در دقیقه) بیشتر میشود و جادههای بیشتری (تولید برق) به طور طبیعی حرکت میکنند.
رانندگی در بزرگراه (سرعت باد مجاز): حتی اگر پدال گاز را تا انتها فشار دهید، سرعت توسط سیستم الکترونیکی به ۱۲۰ کیلومتر در ساعت (قدرت مجاز) محدود میشود تا از موتور محافظت شود و مقررات ایمنی رعایت گردد.
آب و هوای نامساعد (طوفان): این سیستم شما را مجبور میکند که توقف کنید (از پارکینگ خارج شوید) و قبل از رانندگی منتظر بهبود آب و هوا باشید.
خلاصه کنم:
تولید برق یک توربین بادی با سرعت باد افزایش مییابد تا زمانی که به توان نامی خود برسد. پس از آن، سرعت و توان به طور فعال کنترل میشوند تا ایمنی تجهیزات حفظ شود و خروجی پایدار و کارآمد حفظ شود. بنابراین، عبارت «سریعتر، بیشتر» فقط در سرعتهای پایین باد قابل اجرا است، در حالی که پایداری و ایمنی در سرعتهای بالای باد دنبال میشود.
