تحلیل ژنراتور توربین بادی: انواع، مزایا، معایب و криتری‌های انتخاب بهینه

مقدمه

در دنیای امروز، با افزایش نقش منابع انرژی تجدیدپذیر در مقابله با تغییرات اقلیمی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، انرژی بادی به یکی از مهم‌ترین گزینه‌ها تبدیل شده است. توربین‌های بادی به بخشی رایج و پرتقاضا از منابع انرژی پاک تبدیل شده‌اند و ژنراتور، به عنوان یکی از اجزای کلیدی این سیستم‌ها، اهمیت حیاتی پیدا کرده است. انتخاب ژنراتور مناسب برای یک سیستم بادی فرآیندی پیچیده است که نیازمند بررسی و ارزیابی دقیق عوامل متعدد می‌باشد. ژنراتور نه تنها انرژی جنبشی بادی را به برق تبدیل می‌کند، بلکه بر کارایی کلی سیستم، قابلیت اطمینان و هزینه‌های عملیاتی نیز تأثیر مستقیم دارد.

در این مقاله، انواع اصلی ژنراتورهای برقی مورد استفاده در نیروگاه‌های بادی بررسی می‌شوند. نمودارهای بلوکی توربین‌های بادی مبتنی بر این ژنراتورها ارائه شده و مزایا و معایب هر یک به تفصیل تشریح گردیده است.

مقدمه (ادامه)

امروزه انواع متنوعی از طرح‌های توربین بادی شناخته شده‌اند. این توربین‌ها عمدتاً بر اساس محور چرخش روتور، سرعت چرخش، نوع انتقال قدرت (مستقیم یا از طریق گیربکس) و وجود یا عدم وجود سیستم جهت‌یابی طبقه‌بندی می‌شوند. این تنوع گسترده امکان بهره‌برداری بهینه از انرژی بادی را در شرایط مختلف فراهم می‌کند. با این حال، بادی به دلیل ماهیت ناپایدار خود، همواره در جهت و سرعت در حال تغییر است. همین امر باعث می‌شود توربین‌های بادی در طیف وسیعی از سرعت‌های چرخشی کار کنند.

از نظر نظریه‌های کلی ماشین‌های الکتریکی، سرعت چرخش روتور ژنراتور به طور مستقیم بر پارامترهای اصلی برق تأثیر می‌گذارد. در نتیجه، چرخش با سرعت متغیر، ولتاژی با دامنه، فرکانس و فاز متغیر تولید می‌کند. چالش اصلی در انرژی بادی، تبدیل این جریان برقی با پارامترهای متغیر به برق با پارامترهای استاندارد در هنگام تغییر جهت و شدت جریان بادی است. مشکل ناپایداری جهت جریان بادی با استفاده از سیستم‌های جهت‌یابی در توربین‌های بادی محور افقی و با استفاده از توربین‌های بادی محور عمودی که به جهت بادی حساس نیستند، برطرف شده است.

برای پایدار کردن فرکانس و ولتاژ خروجی، دو راه‌کار اصلی وجود دارد. رویکرد اول، تأثیر مستقیم بر سرعت مکانیکی چرخ بادی است که از نظر فنی با تغییر زاویه حمله پره‌ها (تنظیم پیچ) امکان‌پذیر است. رویکرد دوم، تبدیل الکتریکی انرژی غیراستاندارد به انرژی استاندارد است که از طریق استفاده از سیستم‌های کنترل تحریک ژنراتور و سیستم‌های تنظیم انرژی خروجی در توربین‌های بادی محقق می‌شود. با این حال، ترکیب و معماری این سیستم‌های الکتریکی مستقیماً به نوع ژنراتور مورد استفاده در نیروگاه بادی بستگی دارد. به همین دلیل، مهم‌ترین عامل در ساخت یک توربین بادی، انتخاب نوع ژنراتور است. هنگام انتخاب ژنراتور برای یک توربین بادی، باید مشخصات نصب فنی مانند توان، ارتفاع نصب، سرعت بادی در منطقه مورد نظر و ویژگی‌های توپوگرافی را نیز در نظر گرفت. انواع مختلف ژنراتورها دارای مشخصات و مزایای منحصر به فردی هستند که باید با شرایط خاص پروژه تطبیق یابند.

علاوه بر جنبه‌های فنی، مؤلفه اقتصادی انتخاب ژنراتور نیز نقش مهمی ایفا می‌کند. هزینه‌های نصب، نگهداری و کارایی انرژی بالقوه باید به دقت تحلیل شوند تا بتوان گزینه‌ای آگاهانه انتخاب کرد که با بودجه پروژه هماهنگ باشد و بازده هزینه‌ای بهینه را تأمین کند. در این مقاله، به بررسی انواع ژنراتورهای توربین بادی، ویژگی‌های آنها، مزایا و معایبشان و همچنین تحلیل کاربردشان در شرایط عملیاتی مختلف می‌پردازیم. هدف ما ارائه اطلاعات کاربردی به مهندسان، طراحان و توسعه‌دهندگان است تا بتوانند ژنراتور مناسب را انتخاب کرده و بهره‌برداری کارآمد از نیروگاه‌های بادی را تضمین کنند[1]–[5].

مواد و روش‌ها

از میان طیف وسیعی از ماشین‌های الکتریکی، به طور سنتی ژنراتورهای اصلی زیر در توربین‌های بادی کاربرد دارند:

1. ژنراتورهای آسنکرون (Asynchronous Generators)
2. ژنراتورهای همگام (Synchronous Generators)

۳) ژنراتور آسنکرون دو سرعته

۴) ژنراتور سنکرون آسنکرون

هر نوع ژنراتور، ویژگی‌ها و محدودیت‌های خاص خود را دارد. بنابراین، ما به بررسی دقیق‌تر هر یک از آن‌ها خواهیم پرداخت.

ژنراتور آسنکرون

این سیستم‌ها از ژنراتورهای آسنکرون قفس سنجابی یا همان ژنراتورهای القایی بهره می‌برند که به‌طور مستقیم به شبکه متصل می‌شوند. شکل بلوکی یک توربین بادی مبتنی بر ژنراتور آسنکرون در شکل ۱ نشان داده شده است.

یکی از چالش‌های این سیستم این است که ژنراتور آسنکرون فاقد منبع تحریک مستقل است و بنابراین برای کارکرد به مصرف قدرت راکتیو از شبکه خارجی نیاز دارد. در نتیجه، هنگام کار به‌طور مستقیم با شبکه، این ژنراتور از خود شبکه قدرت راکتیو می‌کشد که می‌تواند بر پارامترهای کلیدی مانند ضریب قدرت شبکه (cos φ) تأثیر منفی بگذارد. برای جبران این قدرت راکتیو و در حالت کار مستقل، توربین‌های بادی معمولاً به بانک‌های خازنی مجهز هستند، اما این راهکارها هزینه‌بر و ممکن است غیرقابل‌اعتماد باشند. همچنین، یکی دیگر از محدودیت‌های این ژنراتور این است که تنها در بادهای مشخصی قادر به کارکرد است که سرعت روتور از سرعت چرخش میدان مغناطیسی بیشتر باشد. به همین خاطر، ژنراتورهای آسنکرون یا القایی با روتور سیم‌پیچی شده نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند (شکل ۲) زیرا این طراحی امکان تغییر مقدار لغزش را فراهم می‌آورد.

شکل ۲. توربین بادی با ژنراتور القایی روتور سیم‌پیچی شده

در این وضعیت، امکان کار در دامنه‌های گسترده‌تری از سرعت وجود دارد. این سیستم در اروپا به‌عنوان الگویی برای ژنراتورهای بادی با توان پایین و متوسط مورد استفاده قرار گرفته است، اما معایب مرتبط با ویژگی‌های الکتریکی این دستگاه‌ها مانع توسعه شدیدتر آن‌ها می‌شود.

ژنراتور سنکرون

از همان آغاز توسعه انرژی بادی، ژنراتور سنکرون سه‌فاز به‌عنوان یکی از انواع اصلی ژنراتورها مورد توجه قرار گرفته است. این طراحی‌ها با تحریک الکترومغناطیسی یا با مگنت‌های دائمی در دسترس هستند و به همین دلیل دارای خصوصیات وزنی و ابعاد مناسبی هستند. اما مشکل اصلی در این نوع ژنراتورها این است که برای تولید جریان متناوب با پارامترهای خاص، باید سرعت روتور را ثابت نگه‌داشت. در حالت تحریک الکترومغناطیسی، امکان حفظ دامنه تحریک تولید شده در یک محدوده مشخص با تغییر تحریک وجود دارد، که این تغییر توسط جریان سیم‌پیچ تحریک انجام می‌شود. با این حال، به‌منظور حفظ فرکانس ولتاژ مشخص هنگام تغییر سرعت چرخش، نیاز به دستگاه‌های اضافی است. شکل بلوکی از یک توربین بادی مبتنی بر ژنراتور سنکرون در شکل ۳ نمایان است.

همان‌طور که از دیاگرام مشخص است، این توربین بادی علاوه بر خود توربین و ژنراتور، شامل یک مبدل فرکانس الکترونیکی نیز می‌باشد. این مبدل ابتدا ولتاژ تولید شده را به ولتاژ DC تبدیل کرده و سپس به ولتاژ AC با مشخصات معین تغییر می‌دهد. این نوع ژنراتورها به‌طور گسترده در توربین‌های بادی با ظرفیت‌های مختلف استفاده می‌شوند. با این وجود، در توربین‌های بادی با توان بالا، استفاده از این ژنراتورهای سنکرون به‌ندرت مشاهده می‌شود به دلیل محدودیت‌های موجود در فناوری الکترونیک قدرت. همچنین، مراحل زیاد تبدیل می‌تواند منجر به کاهش کارایی کلی سیستم تولید شود.

شکل ۳. شکل بلوکی از یک توربین بادی مبتنی بر ژنراتور سنکرون

ژنراتور آسنکرون دو سرعته

ژنراتور آسنکرون دو سرعته، ژنراتوری است که می‌تواند در دو سرعت متفاوت روتور عملکرد داشته باشد. این نوع ژنراتور به‌ویژه در توربین‌های بادی بسیار کاربردی است، زیرا سرعت چرخش چرخ بادی بسته به شدت باد می‌تواند به‌طور قابل توجهی تغییر کند. برای اطمینان از کارایی مطلوب ژنراتور در سرعت‌های مختلف روتور، از سیستم دو سیم‌پیچ مستقل استفاده می‌شود.

مزایای استفاده از ژنراتور آسنکرون دو سرعته در انرژی بادی:

• افزایش کارایی انرژی: ژنراتور آسنکرون دو سرعته این امکان را فراهم می‌آورد که کارایی انرژی یک توربین بادی با استفاده مؤثرتر از انرژی باد در سرعت‌های مختلف افزایش یابد.
• کاهش هزینه‌های سیستم کنترل: با توجه به این‌که این ژنراتور می‌تواند سرعت روتور را به‌طور مستقل بر اساس سرعت باد تنظیم کند، نیاز به سیستم‌های کنترل پرهزینه کاهش می‌یابد.
• افزایش قابلیت اطمینان: استفاده از ژنراتور آسنکرون دو سرعته می‌تواند قابلیت اطمینان یک توربین بادی را با کاهش بار بر روی تجهیزات در شرایط متغیر باد افزایش دهد.

جنبه‌های فنی استفاده از ژنراتور آسنکرون دو سرعته (TSAG) در توربین‌های بادی:

• طراحی و ادغام: به‌کارگیری TSAG مستلزم طراحی و ادغام تخصصی در طراحی توربین بادی است. این شامل توسعه یک سیستم کنترل بهینه، انطباق انتقال و انتخاب پیکربندی مؤثر ژنراتور می‌باشد.
• کنترل سرعت چرخش: برای اطمینان از عملکرد بهینه یک توربین بادی، ضروری است که یک سیستم کنترلی توسعه یابد تا بتواند سرعت روتور را با تغییرات سرعت باد به‌طور مؤثر تنظیم کند.
• ادغام شبکه: TSAG باید به‌گونه‌ای با شبکه الکتریکی موجود ادغام شود که حداقل تلفات و جریان‌های هارمونی داشته باشد. این موضوع نیازمند تطبیق پارامترهای ژنراتور با پارامترهای شبکه و استفاده از دستگاه‌های تخصصی برای همگام‌سازی و حفاظت می‌باشد.

ژنراتور سنکرون آسنکرون یا ماشین دو سرعته

اخیراً، ژنراتور القایی دو سرعته یا ژنراتور سنکرون آسنکرون در توربین‌های بادی به محبوبیت فراوانی رسیده است. از نظر طراحی، این نوع یک ماشین آسنکرون با روتور سیم‌پیچی شده است. با این وجود، روش اتصال این ژنراتور به شبکه به‌طرز قابل توجهی متفاوت است. سیم‌پیچ استاتور به‌طور مستقیم به شبکه متصل می‌شود، در حالی که سیم‌پیچ روتور معمولاً از طریق یک مبدل فرکانس به شبکه متصل می‌گردد. شکل بلوکی از یک توربین بادی مبتنی بر این نوع ژنراتور در شکل ۴ نمایش داده شده است.

شکل ۴. شکل بلوکی از یک توربین بادی مبتنی بر ژنراتور القایی دو سرعته

۳. نتیجه‌گیری

از میان انواع ژنراتورهای بادی، دو مدل برجسته‌ترین عملکرد را دارند: ژنراتور آسنکرون دو‌سرعت و ژنراتور سنکرون ناهمگام (ماشین دو‌تغذیه‌ای). مدل اول، کارایی توربین را در بادهای ضعیف تضمین کرده و تولید برق را افزایش می‌دهد؛ در نتیجه، هم بازده انرژی و هم قابلیت‌اطمینان توربین ارتقا می‌یابد. مدل دوم، تولید مستقیم برق با استاندارد شبکه را در طیف وسیعی از سرعت‌ها — از صفر تا فراسنکرون — بدون مراحل تبدیل اضافه امکان‌پذیر می‌سازد و بازده تبدیل بالایی را تضمین می‌کند. علاوه بر این، این ژنراتور توان راکتیو را از شبکه جذب نمی‌کند؛ بلکه خود می‌تواند منبع تولید توان راکتیو باشد. تبدیل توان از مسیر مدار برانگیزش انجام می‌شود، که ابعاد و هزینه مبدل‌های الکترونیکی را به‌شدت کاهش می‌دهد.

مزایای ژنراتورهای سنکرون ناهمگام (ASG) در توربین‌های بادی:

1. اتصال نرم به شبکه: این ژنراتورها الحاقی نرم به شبکه فراهم می‌آورند که جریان‌های ضربه‌ای را کاهش داده و قابلیت‌اطمینان توربین را بالا می‌برد.
2. مقاومت در برابر نوسانات باد: ASGها در طیف وسیعی از سرعت‌های بادی کارآمد عمل کرده و خروجی توان پایدار تحویل می‌دهند.
3. انطباق با سیستم‌های ترکیبی: این ژنراتورها به‌راحتی با سایر منابع — مانند célulaهای فتovoltaیک یا ژنراتورهای دیزلی — ادغام شده و قابلیت‌اطمینان و انعطاف‌پذیری کل سامانه را تقویت می‌کنند.
4. کنترل پیشرفته: ASG امکان پیاده‌سازی استراتژی‌های کنترلی متنوع را برای بهینه‌سازی عملکرد و افزایش اطمینان فراهم می‌آورد [۲۰-۲۵].
5. بازده بالا: ژنراتورهای سنکرون ناهمگام قابل پیکربندی‌اند تا در تبدیل انرژی بادی به برق، بازدهی üst‌سطح ارائه دهند.

جنبه‌های فنی کاربرد ژنراتورهای سنکرون ناهمگام

بهره‌گیری از ASG در توربین‌های بادی مستلزم طراحی و یکپارچه‌سازی تخصصی است که شامل مدارهای الکتریکی، انتخاب سامانه‌های کنترلی، و آزمون و نگهداری تجهیزات می‌شود. موارد کلیدی عبارتند از:

1. طراحی و ساخت: ASG باید با سرعت‌های متغیر باد و بارهای متغیر سازگار باشد. این یعنی بهینه‌سازی پارامترهای طراحی — مانند سیم‌پیچ‌های استاتور و روتور — و انتخاب مواد مناسب.
2. کنترل و فرمان: توسعه کنترلرهایی که عملکرد بهینه ASG را تحت شرایط گوناگون تضمین کنند، حیاتی است. این شامل تنظیم فرکانس و ولتاژ، پایش بار، و حفاظت در برابر اضافه‌بار و کوتاه‌ساز است.
3. ادغام با شبکه: ASG باید با حداقل ضرر و جریان ضربه‌ای در شبکه‌های موجود الحاق شود. این کار نیازمند تطبیق پارامترهای ژنراتور با پارامترهای شبکه و استفاده از تجهیزات تخصصی برای همگام‌سازی و حفاظت است [۲۵-۳۰].

حالت‌های عملیاتی ژنراتور دو‌تغذیه‌ای

این ژنراتور در سه رژیم کار می‌کند:

1. سرعت زیرِ همگام روتور: جریان الکتریکی با فرکانس موردنیاز از شبکه به روتور تزریق شده و بر‌عکس، انتقال انرژی از سیم‌پیچ استاتور به شبکه را برقرار می‌کند.
2. سرعت همگام روتور: ولتاژ DC به سیم‌پیچ روتور印加 شده و ماشین در حالت ژنراتور همگام عمل می‌کند.
3. سرعت فراسنکرون روتور: مشابه رژیم زیرِ همگام، با تفاوت اینکه جهت میدان چرخان روتور معکوس می‌شود [۱۶-۲۰].

این ماشین قادر است در طیف وسیعی از سرعت‌های روتور، برق با پارامترهای ثابت تولید کند. کنترل توان راکتیو از طریق مدار برانگیزش (اگزایتر) انجام می‌شود که تنها بخشی از قدرت از آن می‌گذرد؛ در نتیجه، ابعاد و هزینه مبدل الکترونیکی به‌شدت کاهش می‌یابد. این ویژگی‌ها، ماشین دو‌تغذیه‌ای را برای توربین‌های بادی جذاب‌ترین و کارآمدترین گزینه می‌سازند، به‌گونه‌ای که تا سال ۲۰۱۵، حدود ۸۵٪ از ظرفیت نصب‌شده ژنراتورهای بادی از این نوع بوده است. نکته‌ی ضعفی که دارد، وجود برش‌های گرافیتی (کربنی) برای جریان‌رسانی به مدار روتور است که تعمیر و نگهداری زمان‌بر می‌طلبد.

منابع

1. I.M. Marufov, N.S. Mammadov, K.M. Mukhtarova, N.A. Ganiyeva, G.A. Aliyeva «محاسبه پارامترهای اصلی دستگاه معلق‌سازی القایی مورد استفاده در ژنراتورهای بادی محور عمودی». مجله بین‌المللی مشکلات فنی و فیزیکی مهندسی (IJTPE)، شماره ۵۴، جلد ۱۵، شماره ۱، صفحات ۱۸۴-۱۸۹، مارس ۲۰۲۳
2. Boyle G. انرژی تجدیدپذیر (۴۶۴ صفحه)، انتشارات دانشگاه آکسفورد، ۲۰۰۴
3. G.V.Mamedova, G.S.Kerimzade, N.M.Piriyeva محاسبه الکترومغناطیسی دستگاه‌های کشش برای سیم‌های سیم‌پیچ با مقاطع کوچک مجله IJTPE، شماره ۵۳. جلد ۱۴. شماره ۴. دسامبر، ۲۰۲۲، (شماره سریال ۰۰۵۳-۱۴۰۴-۱۲۲۲)، IJTPE – شماره ۵۳-جلد ۱۴ – شماره ۴-دسامبر ۲۰۲۲- صفحه ۸۰-۸۵.
4. Ilkin Marufov, Aynura Allahverdiyeva, Nijat Mammadov، «مطالعه ویژگی‌های کاربردی معلق‌ساز القایی با ساختار استوانه‌ای به طور کلی و در توربین‌های بادی محور عمودی»، PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY، سال ۹۹ شماره ۱۰/۲۰۲۳، صفحات ۱۹۶-۱۹۹
5. Nijat Mammadov، «تجزیه و تحلیل سیستم‌ها و روش‌های ترمز اضطراری توربین‌های بادی». مجله علوم بین‌المللی مهندسی و کشاورزی جلد ۲، شماره ۲، صفحات ۱۴۷-۱۵۲، اوکراین، آوریل ۲۰۲۳
6. L.N. Kanov، «مدل‌سازی ریاضی یک نیروگاه بادی با ژنراتور آسنکرون»، مهندسی قدرت و الکترومکانیک، جلد ۲، شماره ۵، صفحات ۷۱-۷۴، اوکراین، ۲۰۱۲.
7. T. Haidi, B. Cheddadi، «وضعیت انرژی بادی در جهان: تکامل، تأثیرها و چشم‌اندازها»، مجله بین‌المللی مشکلات فنی و فیزیکی مهندسی (IJTPE)، شماره ۵۱، جلد ۱۴، شماره ۲، صفحات ۳۴۷-۳۵۲، ژوئن ۲۰۲۲
8. N.A. Aliyev, E.N. Ahmadov, S.A. Khanahmadova، «بهبود بازده توربین‌های بادی با ترمزهای الکترومغناطیسی»، IJTPE، شماره ۵۵، جلد ۱۵، شماره ۲، صفحات ۳۷-۴۳، ژوئن ۲۰۲۳

منابع

1. [۹]. ان‌اس ممدوف و جی‌ای علیوا، مقاله‌ای با عنوان «افزایش کارایی انرژی یک سیستم برق‌رسانی بادی با استفاده از سیستم سوئیچینگ تیریستر برای رولاده استاتور یک ژنراتور آسینکرون دو سرعته» در نشریه IJTPE منتشر کرده‌اند؛ این مطلب در شماره ۵۵، جلد ۱۵، شماره ۲، صفحات ۲۸۵ تا ۲۹۰ و در ژوئن ۲۰۲۳ چاپ شده است.
2. [۱۰]. نیجات ممدوف، ایلکین ماروف، سعدات شکلیوا، گولنارا علیوا و سعیده کریموا، به بررسی «روش‌های کنترل قدرت توربین‌های بادی» پرداخته‌اند. این پژوهش در مجله PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY و در شماره ۱۰۰ NR ۵/۲۰۲۴، صفحات ۲۳۶ تا ۲۳۹ در دسترس است.
3. [۱۱]. عبدالقادر آ.ای. در سال ۱۹۹۸، «اصل جدید همگام‌سازی یک موتور آسینکرون» را در نشریه الکتروتکنیکا (شماره ۴، صفحات ۱۷ تا ۲۰) ارائه داد.
4. [۱۲]. دابلیو. کائو، ی. شیه و ژ. تان در سال ۲۰۱۲ در چین، کتابی با موضوع «فناوری‌های ژنراتور توربین بادی» را از طریق INTECH open science/open minds منتشر کردند که ۴۴ صفحه دارد. همچنین ارجاعی نیز به شماره ۱۶۶ مجله PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY با ISSN 0033-2097 و شماره ۱۰۰ NR ۹/۲۰۲۴ داده شده است.
5. [۱۳]. گائو ال، لی بی و هنگ جی.، مقاله «تاثیر پرش زاویه باد بر تولید برق توربین بادی» را در نشریه فیزیک سیالات به چاپ رساندند (۲۰۲۱؛ جلد ۳۳، شماره ۱، کد ۰۱۵۱۰، DOI:10.1063/5.0033826).
6. [۱۴]. نیجات ممدوف، «چشم‌انداز توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر» را در کنفرانس بین‌المللی بیست و نهم علمی و کاربردی «گرایش‌های علمی مدرن و توسعه جوانان» ارائه کرد؛ این رویداد ۲۵ تا ۲۸ ژوئیه ۲۰۲۳ در ورشو، لهستان برگزار شد و توسط International Science Group در سال ۲۰۲۳ و در ۲۴۴ صفحه منتشر گردید.
7. [۱۵]. پی. دبلیو کارلین، گزارش فنی با عنوان «تاریخ و وضعیت فناوری توربین‌های بادی با سرعت متغیر» را در سال ۲۰۰۱ برای آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیر آمریکا (NREL/TP–500–28607) تهیه نمود.
8. [۱۶]. آی. ان رحیملی، اس. وی رزایوا و ای. ای اومودوف، مطلب «مسیر انرژی‌های جایگزین» را در وستنیک نائکی (شماره ۲، جلد ۶۱، شماره ۴، آوریل ۲۰۲۳) منتشر کردند.
9. [۱۷]. لوکوتین بی. وی. در سال ۲۰۰۸، به همراه ای. بی شندارووا و آ. آی. موراولف، مقاله «ژنراتورهای کارآمد انرژی کنترل‌شده برای نیروگاه‌های بادی» را در Izvestiya vuzov. Ser. Electromechanics (شماره ۶، صفحات ۶۳ تا ۶۶) چاپ کرد.
10. [۱۸]. شوچنکو وی. وی و کولیش یار، در سال ۲۰۱۳ «تحلیل امکان استفاده از انواع مختلف ژنراتورها در نیروگاه‌های بادی با توجه به محدوده توان» را در Bulletin of NTU “KhPI” (شماره ۶۵، صفحات ۱۰۷ تا ۱۱۷) منتشر ساختند.
11. [۱۹]. کاستا، آی.ام، فراگوئلا، اف، اوروسا، خا.آ و پرز، خا.آ.، «روشی جدید برای طراحی نگهداری سیستم‌های انرژی بادی» را در مجله انرژی‌های تجدیدپذیر و پایدار (جلد ۷، شماره ۴، کد ۰۴۳۱۲۹، ۲۰۱۵) ارائه دادند.
12. [۲۰]. ممدوف ان‌اس، گانیوا ن.آ و علیوا جی.آ.، مقاله «نقش منابع انرژی تجدیدپذیر در جهان» را در مجله انرژی تجدیدپذیر، برق و مهندسی کامپیوتر (شماره ۲، سپتامبر ۲۰۲۲، صفحات ۶۳ تا ۶۷) منتشر کردند؛ متن آن در https://ojs.unimal.ac.id/jreece/issue/view/359 در دسترس است.
13. [۲۱]. پیرویا ان.ام و کریمزاده جی.اس.، «مدل ریاضی برای محاسبه دستگاه‌های الکتریکی مبتنی بر شناورهای القایی» را در IJ TPE Journal (شماره ۵۵، جلد ۱۵، شماره ۲ با سریال №0055-1502-0623، ژوئن ۲۰۲۳، صفحات ۲۷۴ تا ۲۸۰) به چاپ رساندند.
14. [۲۲]. پیرویا ان.ام و کریمزاده جی.اس.، در لهستان و در مجله Przeglad Elektrotechniczny (شماره ۹۹ NR ۰۶/۲۰۲۳)، مطلب «کارایی الکترومغناطیسی در شناورهای القایی و روش‌های بهبود آن» را با محتوای صفحات ۲۰۴ تا ۲۰۷ منتشر کردند.
15. [۲۳]. همین دو پژوهشگر، یعنی پیرویا ان.ام و کریمزاده جی.اس.، «روش‌های افزایش کارایی الکترومغناطیسی در شناور القایی» را در شماره ۹۹ NR ۱۰/۲۰۲۳ مجله Przeglad Elektrotechniczny (لهستان، صفحات ۱۹۲ تا ۱۹۶) ارائه دادند.
16. [۲۴]. ایلکین ماروف، نجیبه پیرویا، نیجات ممدوف و شکوفه اسماعیلوا، پژوهشی با عنوان «محاسبه پارامترهای سیستم ژنراتور-توربین بادی محور عمودی با شناور القایی، حلقه شناور و تاثیرگذار» را در Przegląd elektrotechniczny (۲۰۲۴، شماره ۲، صفحات ۱۳۵ تا ۱۳۹) چاپ کردند.
17. [۲۵]. پیرویا ان.ام و احمدلی آ.ان.، مقاله «مقایسه ژنراتورهای الکتریکی مورد استفاده در سیستم‌های برق‌رسانی بادی» را در مجله بین‌المللی علمی Bulletin of Science (شماره ۱ (۷۰)، جلد ۳، ۲۰۲۴، صفحات ۹۷۵ تا ۹۸۶) منتشر نمودند.
18. [۲۶]. پیرویا ان.ام و حسینوف ز.اف.، «ویژگی‌های موتورهای سینکرون» را در مجله بین‌المللی علمی Bulletin of Science (شماره ۳ (۶۰)، جلد ۴، صفحات ۲۴۱ تا ۲۴۶) به چاپ سپردند.
19. [۲۷]. ان.ام.پیرویا، «اصول نظریه و محاسبه شناور القایی دستگاه‌های الکتریکی» را در مجله الکتریسیت (مسکو، ۲۰۲۲، شماره ۷، صفحات ۶۸ تا ۷۵) منتشر کرد.
20. [۲۸]. ان.ام.پیرویا، جی.اس کریمزاده و جی.وی ممدوا، مطلب «مسائل طراحی دستگاه‌های الکتریکی با عناصر شناور» را در International Journal on “Technical and Physical Problems of Engineering” IJTPE (رومانی، Issue ۵۶، Vol. ۱۵ No ۳، صفحات ۱۲۰ تا ۱۲۵) ارائه دادند.
21. [۲۹]. نجیبه پیرویا، «ساماندهی ساختار دستگاه‌های الکتریکی با عنصر شناور» را در نشریه فناوری‌های علوم فنی در آموزش مدارس و دانشگاه‌ها (صفحات ۳۰۴ تا ۳۰۸) چاپ کرد.
22. [۳۰]. پیرویا جی.اس.، «محاسبه طراحی الکتریکی ترانسفورماتورها» را در مجله «پژوهش‌های علمی نوآورانه» وابسته به مرکز انتشارات علمی Bulletin of Science (شماره ۹، جلد ۴ (۶۶)، سپتامبر ۲۰۲۳، صفحات ۳۲۸ تا ۳۳۴) منتشر ساخت.

پرسش‌های متداول

چرا انتخاب ژنراتور در توربین بادی این‌چنین حیاتی است؟

ژنراتور تنها مبدل انرژی جنبشی به برقی نیست؛ مستقیم بر کارایی، قابلیت اطمینان، کیفیت توان خروجی و هزینه‌های عمر سامانه تأثیر می‌گذارد. انتخاب نادرست می‌تواند باعث ناپایداری فرکانس، ضایعات بالا و نگهداری پرهزینه شود.

تفاوت اصلی بین ژنراتور ناهمگم و همگام در کاربرد بادی چیست؟

ژنراتور ناهمگام (اسینکرون) سرعت روتور با سرعت میدانی همگام متفاوت است و نیاز به تحریک بیرونی دارد، در حالی که ژنراتور همگام (سینکرون) روتور با سرعت میدانی می‌چرخد و می‌تواند مغناطیسی دائم یا تحریک DC داشته باشد. این تفاوت معماری کنترل قدرت و اتصال به شبکه را تغییر می‌دهد.

تنظیم پچ (Pitch Regulation) چگونه فرکانس خروجی را تثبیت می‌کند؟

با تغییر زاویه حمله تیغه‌ها، نیروی آیرودینامیکی و در نتیجه سرعت روتور کنترل می‌شود تا در محدوده ناپیوسته سرعت همگام بماند، بنابراین فرکانس ولتاژ تولیدی ثابت می‌ماند. این روش مکانیکی است و معمولاً در توربین‌های قدرتمند بزرگ به کار می‌رود.

سامانه‌های برقی تبدیل قدرت در توربین‌های بادی چه نقشی ایفا می‌کنند؟

این سامانه‌ها (مبدل‌ها، اینورترها، کنترل‌کنندگان تحریک) ولتاژ و فرکانس متغیر تولید شده توسط ژنراتور را به پارامترهای استاندارد شبکه (۵۰/۶۰ هرتز، ولتاژNominal) تبدیل می‌کنند و امکان کارکرد در طیف وسیع سرعت بادی را فراهم می‌آورند.

عوامل اقتصادی کدام‌ها در انتخاب ژنراتور توربین بادی موثر هستند؟

شامل سرمایه اولیه (قیمت ژنراتور، گیربکس، مبدل)، هزینه‌های vậnatge و نگهداری (استحکام مکانیکی، پر و بال، سیستم خنک‌کننده)، بازده انرژی سالانه، و دوره بازگشت سرمایه. تحلیل چرخه عمر (LCCA) برای تصمیم‌گیری ضروری است.

منبع: powerquality.blog