آزمایش نیرگاه آبی کوچک با استفاده از توربین جریان عرضی

چکیده

برای مقابله با توزیع نابرابر انرژی الکتریکی در مناطق دورافتاده اندونزی، ایجاد نیروگاه‌های آبی کوچک (MHPP) به عنوان یک راهکار کلیدی در نظر گرفته شده است. قبل از به کارگیری دائمی یک MHPP، انجام آزمایش‌های میدانی ضروری به نظر می‌رسد؛ این آزمایش‌ها شامل استفاده از یک مدل یا نمونه اولیه برای جمع‌آوری داده‌های ویژه از محل، ارزیابی قابلیت اطمینان و افزایش درک ما از عملکرد MHPP به عنوان یک ژنراتور انرژی الکتریکی است. این تحقیق به دنبال درک عمیق‌تری از عملکرد سیستم توربین جریان عرضی MHPP و تعیین قدرت خروجی و راندمان آن می‌باشد. فرآیند آزمایش با طراحی تجهیزات میدانی آغاز می‌شود و سپس مراحل ساخت و مونتاژ صورت می‌گیرد. پس از آن، می‌توان تجهیزات را آزمایش و داده‌ها را جمع‌آوری کرد؛ داده‌های به‌دست‌آمده برای تعیین قدرت خروجی و راندمان سیستم MHPP با استفاده از توربین جریان عرضی تحلیل می‌شوند. پارامترهای آزمایش شامل جریان آب، ارتفاع، قدرت ورودی توربین، قدرت خروجی ژنراتور و راندمان کلی سیستم MHPP هستند. پس از تحلیل نتایج و بحث درباره آن‌ها، به این نتیجه می‌رسیم که آزمایش انجام شده، پارامترهای کلیدی مانند جریان آب، ارتفاع، قدرت ورودی توربین، قدرت خروجی ژنراتور و راندمان سیستم MHPP را مدنظر قرار داده است. بالاترین راندمان ثبت‌شده در شرایط باری متغیر و با تخلیه نوسانی در حدود ۰.۰۲۵ متر مکعب بر ثانیه به‌دست آمد که راندمانی معادل ۱.۳۹ درصد را در بار ۸۰ وات به نمایش گذاشت. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهند که تغییرات ارتفاع و تخلیه به‌طور قابل توجهی بر راندمان سیستم MHPP تأثیر می‌گذارند.

کلمات کلیدی

آزمایش، نیروگاه آبی کوچک، راندمان، توربین جریان عرضی

مقدمه

بر اساس سیاست‌های انرژی، هدف ترکیب انرژی‌های تجدیدپذیر جدید (EBT) تا سال ۲۰۲۵ به میزان ۲۳ درصد تعیین شده است. علاوه بر این، هدفی بلندپروازانه به منظور افزایش این میزان به ۳۱ درصد تا سال ۲۰۵۰ وجود دارد [۱][۲]. این سیاست انرژی ملی از طریق انتشار برنامه ملی کلی انرژی در سال ۲۰۱۷ (RUEN) که ظرفیتی معادل ۴۵.۲ گیگاوات برای تولید برق از منابع تجدیدپذیر تا سال ۲۰۲۵ و هدفی بزرگ‌تر معادل ۱۶۷.۷ گیگاوات تا سال ۲۰۵۰ را ترسیم کرده، تقویت شده است. با این حال، در سال ۲۰۲۱، توسعه EBT در نیروگاه‌ها تنها به ۳۸۶ مگاوات رسید که حدود ۱۳ درصد از هدف کلی را پوشش می‌دهد [۳].

برای تسریع در دستیابی به هدف ترکیب EBT، می‌توان بر توسعه پتانسیل منابع محلی، مانند آب برای استفاده در نیروگاه‌های برق آبی تمرکز کرد [۴][۵]. این پژوهش به‌طور خاص به بررسی سازگاری یک نیروگاه برق آبی با محیط محلی در رودخانه‌ای واقع در شهرستان ماروس، استان سلتو (Sulawesi جنوبی) می‌پردازد. مقیاس انتخابی برای این نیروگاه، MHPP است که برای این زمینه کاملاً مناسب به نظر می‌رسد. بر اساس یافته‌های تحقیقات پیشین [۶]، یک مطالعه اولیه به‌منظور ارزیابی پتانسیل انرژی جایگزین با استفاده از منابع آب رودخانه ماروس در استان سلتو (Sulawesi جنوبی) انجام شده است.

MHPP به‌عنوان ابزاری برای تبدیل انرژی جایگزین عمل کرده و فرصتی را برای افزایش نقش و پتانسیل منابع انرژی محلی فراهم می‌آورد. با درک پتانسیل انرژی آبی در منطقه هم‌جوار تومبولو، روستای تومپوبولو در شهرستان ماروس، استان سلتو (Sulawesi جنوبی)، منابع آبی متعددی برای استفاده در این نیروگاه در دسترس می‌باشند. توربین آبی، ماشینی است که توسط آب حرکت می‌کند و سیال کارساز آن خود آب است. این توربین بر اساس اصل کار یک توربین عمل می‌کند و از تکانه سیال کارساز خود برای تبدیل انرژی پتانسیل آب به انرژی مکانیکی بهره می‌گیرد [۷][۸].

مزایای توربین جریان عرضی در مقایسه با سایر انواع

توربین جریان عرضی (cross-flow turbine) از نظر مزایا بر قدرت چرخ آب (water wheel) یا سایر توربین‌های میکرو هیدرولیک (micro-hydro turbine) برتری دارد [۹، ۱۰]. به عنوان مثال، میانگین بازده توربین جریان عرضی از بازده چرخ آب بالاتر است [۱۱، ۱۲]. آزمایش‌های آزمایشگاهی در کارخانه توربین اسبرگر (Ossberger) نشان داد که حتی بهترین نوع چرخ آب نمی‌تواند بیش از ۷۰٪ بازده داشته باشد، در حالی که توربین جریان عرضی بازده ۸۲٪ را ثبت کرد [۱۳]. این بازده بالا ناشی از بهره‌گیری دوگانه از انرژی آب در توربین جریان عرضی است: نخست، انرژی اصطکاک آب به لبه‌ها در هنگام ورود، و دوم، نیروی هل‌دهی آب به لبه‌ها در هنگام خروج از دورنده (runner). این فرآیند چندمرحله‌ای عبور آب مزایایی چون بازده بالا و سادگی در سامانه تخلیه آب از دورنده به ارمغان می‌آورد.

تاکنون آزمایش‌های متعددی بر روی توربین‌های جریان عرضی انجام شده است. مطالعه [۱۴] به طراحی و تحلیل توربین‌های جریان عرضی برای کاربرد در نیروگاه‌های میکرو هیدرولیک با بهره‌گیری از فاضلاب می‌پردازد. تحقیق دیگر، [۱۵]، بر طراحی و ویژگی‌شناسی توربین هیدروکینتیک (hydrokinetic) جریان عرضی با محور عمودی متمرکز است، با تأکید بر ابعادی که مسدودکردن جریان آب در کانال را در سرعت‌های بسیار پایین بهینه می‌کنند. همچنین، پژوهش [۱۶] روی طراحی بهینه توربین جریان عرضی keskسته است، با هدف ارتقای کارایی از طریق تغییرات هندسی در چندین پارامتر.

توربین جریان عرضی MHPP پیش از این در سال ۲۰۲۲ در آزمایشگاه تبدیل انرژی پلی‌تکنیک دولتی اوجونغ پاندانگ (State Polytechnic of Ujung Pandang) آزمایش شده بود. این توربین موضوع پروژه پژوهشی با عنوان «طراحی و ساخت نمونه اولیه توربین نوع جریان عرضی MHPP» قرار گرفت [۱۷]. آزمایش‌های آزمایشگاهی بازده ۲.۳۲۹٪ را در شرایط بار با بازه‌های متغیر لبه‌ها ثبت کرد. علاوه بر این، در شرایطی که لبه‌های متحرک اختلاف ۵ درجه‌ای داشتند و بازه‌های لبه راهنما ثابت ماند، بازده تحت بارهای متغیر به ترتیب برای بارهای ۲۰، ۴۰ و ۶۰ وات به مقادیر ۴.۱۴۸٪، ۳.۹۹۹٪ و ۳.۶۷۹٪ ثبت گردید. بر پایه این نتایج آزمایشگاهی، تحقیق قرار است به مرحله آزمون‌های میدانی در دامنهٔ تومبولو (Tombolo)، ده تومپوبولو (Tompobulu)، Kecamatan تومپوبولو، کابوپاتن ماروس (Maros Regency)، استان سولاوسی سلاتان (South Sulawesi Province) ادامه یابد.

۲. روش‌های پژوهش

این پژوهش در دامنهٔ تومبولو، ده تومپوبولو، Kecamatan تومپوبولو، کابوپاتن ماروس، استان سولاوسی سلاتان، با مختصات ۵°۰۷’۰۷.۹″S ۱۱۹°۴۲’۴۸.۴″E انجام شده است. مطالعه در فوریه ۲۰۲۳ آغاز و در آگوست ۲۰۲۳ به پایان رسید. مراحل انجام این پژوهش به شرح زیر است:

۲.۱. مرحله طراحی

فعالیت‌های این مرحله شامل موارد زیر است:

• تعیین مکان آزمون.
• طراحی سیستم نصب نیروگاه میکرو هیدرولیک (MHP) با توربین جریان عرضی.

۲.۲. مرحله مونتاژ

پس از اتمام طراحی، مرحله بعد مونتاژ تجهیزات است. مراحل انجام‌شده عبارتند از:

• تهیه کلیه ابزار و مواد لازم.
• مونتاژ توربین جریان عرضی.
• مونتاژ سیستم برقی.
• ساخت کفه‌های حمایتی برای لوله‌ها.
• نصب لوله‌ها روی بندها و کفه‌های نگهدارنده.
• نصب لوله ورودی به توربین.

۲.۳. تکنیک جمع‌آوری داده‌ها

این آزمون nhằm ارزیابی توان تولیدی توربین جریان عرضی در نیروگاه میکرو هیدرولیک است. داده‌ها پس از راه‌اندازی سامانه، تحت شرایط آزمون زیر جمع‌آوری می‌شوند:

• ثبت داده‌های MHPP در حالت بی‌بار.
• ثبت داده‌های MHPP در حالت بار دار.

۲.۴. مرحله آزمون

پس از اتمام مونتاژ، مرحله بعد آزمون تجهیزات و جمع‌آوری داده‌هاست. مراحل انجام‌شده:

• کالیبراسیون تمام ابزارهای اندازه‌گیری.
• اطمینان از اتصال ایمن و بدون شل بودن کفه‌ها.
• تأیید ورود آب به لوله.
• بررسی نشتی در لوله.
• تأیید چرخش مناسب توربین.
• انجام فرآیند آزمون.
• ثبت داده‌های هید (head)، دبی آب، ولتاژ خروجی ژنراتور AC و جریان الکتریکی.

۲.۵. تکنیک تحلیل داده‌ها

این آزمون MHPP به منظور تحلیل بازده سیستم تولید شده توسط توربین جریان عرضی انجام شده است. داده‌های مورد تحلیل عبارتند از:

• قدرت هیدرولیکی (Ph) (Hydraulic Power) با فرمول (۱):

  (۱) Ph = ρ.g.Q.Hn (وات)

  با: Ph = قدرت هیدرولیکی (وات)؛ ρ = چگالی (kg/m³)؛ g = گرانش زمین (۹.۸۱ m/s²)؛ Q = دبی آب (m³/s)؛ H = هید (m)

• قدرت ژنراتور (Pg) (Generator power) به عنوان توان خروجی با فرمول (۲):

  (۲) Pout = V.I (وات)، V = ولتاژ (ولت). I = جریان (آمپر)

• بازده سیستم (ᶯs) (Efficiency System)

  (۳) Eff = (Pout/Pin) × ۱۰۰٪

  با: Pout = توان خروجی؛ Pin = توان ورودی

۳. نتایج و بحث

۳.۱. تحلیل داده‌های آزمون

محاسبه داده‌های توربین بی‌بار

۱) محاسبه دبی آب (Q)

• زمان مشاهده میانگین = ۸۶.۱۵ ثانیه
• فاصله مشاهده = ۲ متر
• عمق مشاهده میانگین = ۲ متر
• عمق مشاهده میانگین = ۰.۴۳ متر

محاسبه سرعت آب
U = p/t = (۲ m)/(۸۶.۱۵ s) = ۰.۰۲۳ m/s

محاسبه مقطع جریان
A = l . t = ۲ m . ۰.۴۳ m = ۰.۸۶ m²

Q = U . A = ۰.۰۲۳ m/s × ۰.۸۶ m² = ۰.۰۲ m³/s

محاسبه ضریب اصلاح
ضریب اصلاح در نظر گرفته شده = ۰.۸ برای کانال‌های باز
Q = U . A . ۰,۸ = ۰.۰۲۳ m/s × ۰.۸۶ m² × ۰.۸ = ۰.۰۱۶ m³/s

شکل ۱. رابطه بین دبی آب و دور پولی ژنراتور، دور محور توربین و ولتاژ ژنراتور

شکل ۲. رابطه زمان عملکرد با ولتاژ، جریان و توان با بار ولتاژ DC در دبی نوسان‌کننده در حدود ۰.۰۲ m³/s

۲) محاسبه توان ورودی (Pin)

• ρ = ۱۰۰۰ kg/m³
• Q = ۰.۰۱۶ m³/s
• g = ۹.۸ m/s²
• H = ۶.۱۲ m

Pin = ρ.Q.g.H = ۱۰۰۰ kg/m³ × ۰.۰۱۶ m³/s × ۹.۸ m/s² × ۶.۱۲ m = ۹۵۸.۸۹ وات

محاسبه داده‌های توربین بار دار DC

• هید (Head) = ۶.۱۲ m
• ولتاژ AC = ۸.۸۶۷ V
• جریان AC = ۰.۱۸۶ A
• ولتاژ DC = ۸.۸۶۷ V
• جریان DC = ۰.۱۸۶ A
• دور ژنراتور = ۲۱۸.۷۰۰ rpm
• دور توربین = ۵۱.۰۵۰ rpm
• دبی (Debit) = ۰.۰۱۶ m³/s

۱) محاسبه توان ورودی (Pin)

• ρ = ۱۰۰۰ kg/m³
• Q = ۰.۰۱۶ m³/s
• g = ۹.۸ m/s²
• H = ۶.۱۲ m

Pin = ρ.Q.g.H = ۱۰۰۰ kg/m³ × ۰.۰۱۶ m³/s × ۹.۸ m/s² × ۶.۱۲ m = ۹۵۸.۸۹ وات

۲) محاسبه توان خروجی

Pout = V . I = ۸.۸۶۷ V × ۰.۱۸۶ A = ۱.۶۵ وات

۳) محاسبات کارایی (Efficiency Calculations)

Eff = (Pout/Pin) . ۱۰۰% = (۱.۶۵ وات / ۹۵۸.۸۹ وات) . ۱۰۰% = ۰.۲۳

Fig ۳. رابطه زمان کارکرد با ولتاژ، جریان، قدرت و کارایی سیستم با بار لامپ AC ۱۵ وات، ۳۰ وات و ۴۵ وات در شرایط دبی نوسانی حدود ۰.۰۲۵ متر مکعب بر ثانیه.

Fig ۴. رابطه زمان کارکرد با ولتاژ، جریان، قدرت و کارایی سیستم با بار لامپ AC ۴۰ وات، ۸۰ وات و ۱۲۰ وات در شرایط دبی نوسانی حدود ۰.۰۲۵ متر مکعب بر ثانیه.

آمار توربین تحت بار AC

• ولتاژ ژنراتور = ۴۴.۶۸ ولت
• جریان ژنراتور = ۰.۱۲۹ آمپر
• ولتاژ تنظیم کننده = ۱۰۳ ولت
• جریان تنظیم کننده = ۰.۰۴۸ آمپر
• سرعت چرخش ژنراتور = ۱۱۰۶.۴۵ دور در دقیقه
• سرعت چرخش توربین = ۲۴۴.۴۳ دور در دقیقه
• هوت = ۰.۰۲۵ متر مکعب بر ثانیه

۱) محاسبه قدرت ورودی (Pin)

چگالی آب (ρ) برابر با ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و دبی (Q) برابر با ۰.۰۲۵ متر مکعب بر ثانیه است.

شتاب گرانش (g) برابر با ۹.۸ متر بر ثانیه دو و ارتفاع (H) برابر با ۶.۱۲ متر تعیین شده است.

با قرار دادن این مقادیر، فرمول محاسبه قدرت ورودی به این شکل درمی‌آید: Pin = ρ.Q.g.H = ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب . ۰.۰۲۵ متر مکعب بر ثانیه . ۹.۸ متر بر ثانیه دو . ۶.۱۲ متر = ۱۴۸۸.۸۳ وات.

۲) محاسبه قدرت خروجی

برای محاسبه قدرت خروجی، رابطه زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد: Pout = V . I = ۴۴.۶۸ ولت . ۰.۱۲۹ آمپر = ۵.۷۷ وات.

۳) محاسبات کارایی

حالا با استفاده از مقادیر خروجی و ورودی، می‌توانیم کارایی سیستم را محاسبه کنیم: Eff = (Pout/Pin) . ۱۰۰% = (۵.۷۷ وات / ۱۴۸۸.۸۳ وات) . ۱۰۰% = ۰.۳۳ %.

۳.۲ نمودار نتایج تحلیل داده ها (Figure ۱)

نمودار شماره ۱ نشان‌دهنده رابطه بین سرعت چرخش پولک ژنراتور، سرعت چرخش شفت توربین و ولتاژ ژنراتور است. با افزایش دبی آب ورودی به توربین، شاهد افزایش همزمان در سرعت چرخش شفت توربین و پولک ژنراتور هستیم که در نتیجه منجر به افزایش ولتاژ ژنراتور می‌شود. به‌ویژه در کمترین دبی (۰.۰۲۷ متر مکعب بر ثانیه)، سرعت چرخش شفت توربین به اوج خود (۴۶۸.۹۷ دور در دقیقه) و سرعت چرخش پولک ژنراتور به ۲۱۵.۸۲ دور در دقیقه می‌رسد. در مقابل، در بالاترین حالت دبی (۰.۰۱۶ متر مکعب بر ثانیه)، کمترین مقادیر را مشاهده می‌کنیم؛ به‌طوری که سرعت چرخش شفت توربین به ۴۹.۳۹ دور در دقیقه و سرعت چرخش پولک ژنراتور به ۲۰۶۸.۲۲۵ دور در دقیقه می‌رسد. این اطلاعات نشان‌دهنده تأثیر مستقیم مقدار دبی بر روی چرخش شفت توربین و پولک ژنراتور است. به‌خصوص، دبی آب بالاتر به‌شدت بر روی شتاب توربین تأثیر می‌گذارد و این شتاب در سه برابر شدن سرعت چرخش پولک ژنراتور قابل مشاهده است که منجر به تولید ولتاژ قابل توجهی می‌شود.

Figure 2

در نمودار شماره ۲، رابطه بین ولتاژ و جریان به‌ویژه در ارتباط با بار لامپ به تصویر کشیده شده است که نشان‌دهنده نسبت معکوس آنها است (با افزایش بار لامپ). بالاترین مقدارهای ثبت شده، ۲۹.۳ ولت برای ولتاژ، ۰.۳۲ آمپر برای جریان و ۹.۳۸ وات برای قدرت هستند که در بار لامپ ۲۰ وات مشاهده گردید. در مقابل، کمترین مقادیر ثبت شده شامل ۱۰.۳ ولت برای ولتاژ، ۰.۳ آمپر برای جریان و ۳.۰۹ وات برای قدرت است که در بار لامپ ۶۰ وات رخ می‌دهد. بر اساس گراف، روشن است که ولتاژ، جریان و قدرت به تغییرات بار لامپ واکنش نشان می‌دهند. این نوسانات تحت تأثیر تغییرات دبی آب قرار دارند، گرچه تلاش می‌شود تا دبی آب در طول جمع‌آوری داده‌ها ثابت بماند.

Figure 3

نمودار شماره ۳، رابطه بین ولتاژ و جریان در پاسخ به بار لامپ AC را به تصویر می‌کشد که نسبت معکوس این پارامترها را نشان می‌دهد (با افزایش بار لامپ). بالاترین ولتاژ ژنراتور ثبت شده ۴۶.۶ ولت است، در حالیکه کمترین جریان ژنراتور ۰.۱۲۸ آمپر گزارش شده است. به‌علاوه، تنظیم کننده هم بالاترین ولتاژ خود را در ۱۰۰ ولت و کمترین جریان خود را در ۰.۰۵ آمپر، با کمترین قدرت ۴.۸۵ وات نشان می‌دهد، که همه در بار سبک ۱۵ وات روی می‌دهد. در مقابل، کمترین ولتاژ ژنراتور ۳۹.۳ ولت و بالاترین جریان ژنراتور ۰.۲۹۷ آمپر است. کمترین ولتاژ تنظیم کننده ۸۱ ولت با بالاترین جریان ۰.۱۳ آمپر و بالاترین قدرت ۱۱.۴۴ وات، به بار سبک ۴۵ وات نسبت داده می‌شود. کارایی سیستم در بار لامپ ۴۵ وات به اوج خود (۰.۷۷%) می‌رسد، در حالی که کمترین کارایی (۰.۳۳%) در بار لامپ ۱۵ وات مشاهده می‌شود. این گراف نوسانات ولتاژ، جریان و قدرت را به وضوح در واکنش به تغییرات بار لامپ نشان می‌دهد، در حالیکه این نوسانات همچنان تحت تأثیر دبی آب قرار دارند، با این حال، حفظ دبی ثابت در طول جمع‌آوری داده‌ها مورد توجه قرار گرفته است.

Figure 4

نمودار شماره ۴ رابطه درونی بین ولتاژ و جریان را در پاسخ به بار لامپ AC نشان می‌دهد که هم‌چنان نسبت معکوس را نمایان می‌سازد (با افزایش بار لامپ). بالاترین ولتاژ ژنراتور ثبت شده ۴۱ ولت است که با کمترین جریان ژنراتور ۰.۲۴۸ آمپر هم‌زمان است. در این راستا، تنظیم‌کننده هم بالاترین ولتاژ خود را در ۹۹ ولت، کمترین جریان خود را در ۰.۱۱ آمپر و کمترین قدرت خود را در ۱۰.۰۱ وات نشان می‌دهد که این نتایج در بار سبک ۴۰ وات مشاهده می‌شود. در عوض، کمترین ولتاژ ژنراتور به ۳۰.۶ ولت می‌رسد، در حالی که بالاترین جریان ژنراتور ۰.۶۱۲ آمپر ثبت شده است. کمترین ولتاژ تنظیم کننده نیز ۷۱ ولت است، در حالی که بالاترین جریان تنظیم کننده ۰.۲۹ آمپر و بالاترین قدرت ۲۱.۱۷ وات، در بار سبک ۱۲۰ وات دیده می‌شود. کارایی سیستم در بار لامپ ۱۲۰ وات به بالاترین مقدار خود (۱.۴۲%) می‌رسد و حداقل کارایی (۰.۶۷%) نیز در بار لامپ ۴۰ وات رخ می‌دهد. گراف نوسانات ولتاژ، جریان و قدرت در پاسخ به تغییرات بار لامپ نشان‌دهنده تأثیر تغییرات دبی آب است که همواره تلاش بر حفظ دبی ثابت در حین جمع‌آوری داده‌ها می‌باشد.

۴. نتیجه گیری

نتایج آزمایش‌های کوچک توربین جریان عرضی

۱. در سیستم DC، بیشترین توان خروجی ثبت‌شده برابر با ۹.۳۸ وات است که در بار ۲۰ وات و با دبی ۰.۰۲ متر مکعب بر ثانیه به دست آمده است. همچنین، کمترین توان خروجی معادل ۲.۱۴ وات در بار ۲۰ وات و دبی ۰.۰۱۶ متر مکعب بر ثانیه مشاهده شد. در سیستم AC، بالاترین توان خروجی ۲۳.۷۶ وات در بار ۸۰ وات ثبت گردید، در حالی که کمترین مقدار توان خروجی ۴.۰۴ وات در بار ۱۵ وات به دست آمد.

۲. در سیستم DC، بهترین کارایی ثبت‌شده، ۰.۸۰٪، تحت شرایط دبی ۰.۰۲ متر مکعب بر ثانیه و بار لامپ ۲۰ وات حاصل شد. در مقابل، کمترین کارایی، تنها ۰.۲۲٪، با بار لامپ ۲۰ وات و دبی ۰.۰۱۶ متر مکعب بر ثانیه مشاهده گردید. برای سیستم AC، بالاترین کارایی ۱.۶۰٪ تحت شرایط دبی ۰.۰۲۵ متر مکعب بر ثانیه و بار لامپ ۸۰ وات ثبت شد. از سوی دیگر، کمترین کارایی ۰.۲۷٪ در شرایط مشابه با بار لامپ ۱۵ وات به ثبت رسید.

مراجع

• [۱] H. Handoko، A. Adianto، و S. C. Loon، “تأثیر رفتار جمعیت بر انرژی تجدیدپذیر جدید در مخلوط انرژی اولیه برای هدف ملی سال ۲۰۲۵: بررسی شهرستان سومدنگ، جاوه غربی،” Journal of Ocean, Mechanical and Aerospace science and engineering-، جلد ۶۴، شماره ۱، صفحات ۱-۸، ۲۰۲۰.
• [۲] M. Azhar، S. Solechan، R. Saraswati، P. Suharso، S. Suhartoyo، و B. Ispriyarso، “سیاست مصرف انرژی تجدیدپذیر جدید فلزات ارثی برای ساخت امنیت انرژی ملی اندونزی،” در E3S Web of Conferences، ۲۰۱۸، جلد ۶۸: EDP Sciences، صفحه ۰۳۰۰۸.
• [۳] A. Q. Al-Shetwi، “توسعه پایدار بخش برق یکپارچه انرژی تجدیدپذیر: روندها، تأثیرات زیست‌محیطی و چالش‌های اخیر،” Science of The Total Environment، جلد ۸۲۲، صفحه ۱۵۳۶۴۵، ۲۰۲۲/۰۵/۲۰، doi: https://doi.org/۱۰.۱۰۱۶/j.scitotenv.۲۰۲۲.۱۵۳۶۴۵.
• [۴] C. Buana، M. R. Djalal، I. Ikram، M. Iqbal، و L. L. La Ode Musa، “تحلیل عملکرد نیروگاه‌های برق آبی میکرو با استفاده از توربین Pellet با دو تغییر حالت نازل،” Przeglad Elektrotechniczny، جلد ۲۰۲۳، شماره ۷، ۲۰۲۳، doi: ۱۰.۱۵۱۹۹/۴۸.۲۰۲۳.۰۷.۱۶.
• [۵] F. Firman، M. Y. Yunus، M. Anshar، N. Hamzah، Y. Klistafani، و M. R. Djalal، “اصلاح طراحی توربین چرخ آب با تغییرات پیکربندی متنوع،” Przeglad Elektrotechniczny، جلد ۲۰۲۳، شماره ۶، ۲۰۲۳، doi:۱۰.۱۵۱۹۹/۴۸.۲۰۲۳.۰۶.۴۶.
• [۶] D. Yelvius، S. Sitampang Bato’، B. Erni Rante، و T. Benyamin، “پتانسیل هیدرومندان و هیدروالکتریسیته نیروگاه برق‌آبی رودخانه ماروس/PLTM، جنوب سولاتِسی،” Paulus Civil Engineering Journal، جلد ۱، شماره ۱، ۲۰۲۰/۰۱/۲۴، doi: ۱۰.۵۲۷۲۲/pcej.v1i1.۵۰.
• [۷] M. Khattak، N. M. Ali، N. Z. Abidin، N. Azhar، و M. Omar، “نوع رایج توربین‌ها در نیروگاه‌ها: بررسی،” Journal of Advanced Research in Applied Sciences and Engineering Technology، جلد ۳، شماره ۱، صفحات ۷۷-۱۰۰، ۲۰۱۶.
• [۸] R. D. Muhammad و K. Nasrun، “طراحی بهینه سیستم ذخیره‌سازی انرژی برای کنترل فرکانس بار در نیروگاه برق‌آبی میکرو با استفاده از الگوریتم بات،” SINERGI، جلد ۲۶، شماره ۱، صفحات ۸-۱۴، ۲۰۲۲، doi: http://dx.doi.org/۱۰.۲۲۴۴۱/sinergi.۲۰۲۲.۱.۰۰۲.
• [۹] O. OYEBODE و J. OLAOYE، “ارزیابی عملکرد تطبیقی چرخ Pellet و توربین‌های جریان عرضی برای تولید برق،” European Mechanical Science، جلد ۳، شماره ۱، صفحات ۶-۱۲، ۲۰۱۹.
• [۱۰] A. M. Kaya، İ. Kandemir، M. F. Akşit، و K. S. Yiğit، “بررسی شرایط کاری بهینه یک توربین میکرو جریان عرضی،” Environmental Progress & Sustainable Energy، جلد ۳۴، شماره ۵، صفحات ۱۵۰۶-۱۵۱۱، ۲۰۱۵.
• [۱۱] Y. Nishi، T. Inagaki، Y. Li، و K. Hatano، “مطالعه در مورد توربین آبی جریان عرضی زیرماهواره‌ای با تیغه‌های مستقیم،” International Journal of Rotating Machinery، جلد ۲۰۱۵، ۲۰۱۵.
• [۱۲] S. Patel و P. N. Pakale، “مطالعه در مورد تولید برق با استفاده از توربین آبی جریان عرضی در نیروگاه برق‌آبی میکرو،” International journal of research in engineering and technology، جلد ۴، شماره ۰۵، صفحات ۱-۴، ۲۰۱۵.
• [۱۳] M. Hidayat، F. Ronilaya، I. Eryk، و G. Joelianto، “طراحی و آنالیز یک توربین هیدوروتور ماهواره‌ای پیچشی قابل حمل برای نیروگاه برق‌آبی پیڪو،” در IOP Conference Series: Materials Science and Engineering، ۲۰۲۰، جلد ۷۳۲، شماره ۱: IOP Publishing، صفحه ۰۱۲۰۵۱.
• [۱۴] M. A. Khan و S. Badshah، “مقاله پژوهشی طراحی و آنالیز توربین جریان عرضی برای کاربرد نیروگاه برق‌آبی میکرو با استفاده از آب فاضلاب،” Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology، جلد ۸، شماره ۷، صفحات ۸۲۱-۸۲۸، ۲۰۱۴.
• [۱۵] R. Espina-Valdés، A. Fernández-Jiménez، J. F. Francos، E. B. Marigorta، و E. Álvarez-Álvarez، “توربین کوچک جریان عرضی: طراحی و آزمایش در شرایط انسداد بالا،” Energy Conversion and Management، جلد ۲۱۳، صفحه ۱۱۲۸۶۳، ۲۰۲۰.
• [۱۶] N. Acharya، C.-G. Kim، B. Thapa، و Y.-H. Lee، “آنالیز عددی و بهبود عملکرد یک توربین هیدوروتور جریان عرضی،” Renewable energy، جلد ۸۰، صفحات ۸۱۹-۸۲۶، ۲۰۱۵.
• [۱۷] M. Abidin و M. T. Radani، “طراحی و ساخت نمونه اولیه نیروگاه برق‌آبی میکرو از نوع توربین جریان عرضی (PLTMH)،” مؤسسه پلی‌تکنیک ایالتی اوجانگ پاندانگ، ۲۰۲۲.

پرسش‌های متداول

توربین جریان عرضی چیست؟

توربین جریان عرضی یک نوع توربین آبی است که جریان آب را در یک جهت عرضی به بلوک توربین وارد می‌کند. این نوع توربین به دلیل راندمان نسبتاً بالا در شرایط پرتعداد و جریان متغیر آب، برای نیروگاه‌های آبی کوچک مناسب است.

چرا آزمایش میدانی پیش از نصب دائمی MHPP الزامی است؟

آزمایش‌های میدانی به محققان امکان می‌دهند تا عملکرد سیستم را در شرایط واقعی ارزیابی کنند، اطمینان حاصل کنند که طراحی با پارامترهای هیدرولوژیکی محلی سازگار است و داده‌های دقیق برای تحلیل راندمان و قدرت خروجی جمع‌آوری کنند.

پارامترهای کلیدی اندازه‌گیری شده در آزمایش چه هستند؟

پارامترهای اصلی شامل جریان آب (m³/s)، ارتفاع (متر)، قدرت ورودی توربین (وات)، قدرت خروجی ژنراتور (وات) و راندمان کلی سیستم MHPP می‌باشند.

بالاترین راندمان به دست آمده در این تحقیق چقدر بود؟

بالاترین راندمان ثبت شده در شرایط بار متغیر با تخلیه حدود ۰.۰۲۵ m³/s به دست آمد که راندمان ۱.۳۹ درصد را در بار ۸۰ وات نشان داد.

منبع: powerquality.blog