مصارف انرژی اولیه جهان در سال 2012، 2.5% افزایش یافت،تقریبا با میانگین 10 ساله. در سال 2011 عرضه انرژی توسط منبع انرژی زغال سنگ 41%، گاز 22%، روغن 4%، سوخت های فسیلی 67%، اتمی 13% و انرژی های تجدید پذیر (آبی،خورشیدی،باد،انرژی زمین گرمایی،سوخت های زیستی و غیره) 20% . سوخت های فسیلی غیر قابل تجدید هستند چون منابع آنها میلیون ها سال راتشکیل می دهند، و ذخایر در حال کاهش بسیار سریع تر از آنها که در حال ساخت هستند . سوزاندن سوخت های فسیلی حدود 21.3 میلیارد تن (21.3 گیگا تن) دی اکسید کربن (co2) در سال تولید می کند، اما تخمین زده می شود که روش های طبیعی تنها حدودنیمی از این مقدار را تولید کنند، بنابراین افزایش خالص 10.65میلیارد تن دی اکسید کربن اتمسفری در سال است. انرژی های تجدید پذیر افزایش قابل توجهی به عنوان جایگزین سوخت های فسیلی و انرژی هسته ای دریافت کرده اند. در میان انرژی های تجدید پذیر چندگانه، انرژی باد امیدوار کننده ترین منبع تجدید پذیر و یکی از سریع ترین منابع در حال رشد برق است. با توجه به گزارش نیم سال 2012 از انجمن انرژی بادی در جهان، ظرفیت باد در سراسر جهان تا پایان سال 2012 به 254 گیگاوات رسید. انتظار می رود ظرفیت کل باد نصب شده تا پایان سال 2012 به 273 گیگاوات برسد. بنابراین، حدود 2.5% مصرف برق جهان از توربین های بادی گرفته شده است. باد منبع فراوانی موجود در طبیعت است، توزیع گسترده، چشم انداز انرژی بادی در بسیاری از کشورها در سراسر جهان مورد مطالعه قرار گرفته است . گر چه انرژی بادی آلودگی و منبع بی پایان از برخی مشکلات است، انرژی بادی یک منبع نوسان است که می تواند به سرعت واگرا شود. در نتیجه قدرت باد ثابت نیست و نوسان قدرت باد می تواند به طور قابل ملاحظه ای متناسب با سرعت باد تغییر کند. می توانید این پروژه مهندسی برق قدرت را به صورت فایل word دانلود نمایید.
مقدمه
شبکه های قدرت کنونی با مشکلات زیادی از جمله کاهش منابع فسیلی، راندمان پایین، آلودگی های زیست محیطی و... مواجه هستند. این مشکلات تمایل به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع را افزایش داده است. تولید توان در سطح شبکه های توزیع را تولید پراکنده می گویند و منابع تولید آن را، منابع تولید پراکنده می گویند. از جمله این منابع می توان گاز طبیعی ، انرژی باد ، میکروتوربین ، سلول های فتوولتائیک خورشیدی ، بیو گاز ، پیل های سوختی و... را نام برد. بهترین بستر برای استفاده از منابع تولید پراکنده، سیستم های ریزشبکه می باشند. به طور کلی ریز شبکه ها، شبکه هایی با مقیاس کوچک در سطح فشار ضعیف هستند که بارهای گرمایی و الکتریکی نواحی کوچکی نظیر خانه ها، مدارس، دانشگاه ها، مناطق تجاری و اقتصادی را تامین می کنند [1]. ریزشبکه ها جهت تولید توان در سطح ولتاژ توزیع از ژنراتورها یا منابع کوچک تولید انرژی، که عمدتا از نوع تجدید پذیر هستند، استفاده می کنند. از نقطه نظر بهره برداری، منابع کوچک تولید انرژی می بایست همراه با واسطه های الکترونیک قدرت جهت تضمین کیفیت توان به کار گرفته شوند. قابلیت انعطاف پذیری ریزشبکه ها این امکان را فراهم می کند که به صورت یک واحد کنترل شده مستقل، به شبکه اصلی متصل شوند و نیازهای قابلیت اطمینان و کیفیت توان شبکه را برطرف نمایند.
تفاوت ریز شبکه ها با نیروگاه های مرسوم
تفاوت های عمده ریزشبکه ها با نیروگاه های بزرگ مرسوم عبارتند از:
1- منابع تولید انرژی در ریزشبکه ها، ظرفیت کمتری نسبت به ژنراتور نیروگاه های بزرگ مرسوم دارند که این میزان تولید معمولا بین چند کیلووات تا ماکسیمم مقدار 10 مگاوات قرار دارد.
2- ریزشبکه ها قابلیت انعطاف و تطبیق پذیری بیشتری دارند. به بیان دیگر این سیستم ها به راحتی قابل تغییر، ارتقا و همچنین پایه و اساس شبکه های هوشمند آینده خواهند بود.
3- نصب منابع کوچک تولید انرژی در نزدیکی مشترکین، امکان تغذیه بارهای الکتریکی و گرمایی را با ولتاژ و فرکانس مناسب فراهم نموده و باعث کاهش تلفات در خطوط می شود.
کاربردهای ریزشبکه
ریزشبکه می‌تواند به‌عنوان شبکه تولید برق ولتاژ پایین، تجهیزات ذخیره‌سازی و بارها تعریف شود و می‌تواند یک منطقه محلی مانند حومه شهر، صنایع یا یک منطقه تجاری را به‌وسیله توان الکتریکی و گرما تغذیه کند. تجهیزات و اجزای ریزشبکه با تجهیزات با پاسخ سریع الکترونیکی در ارتباط‌اند و به‌عنوان یک موجودیت واحد به‌خودی‌خود می‌تواند به شبکه برق متصل شود و یا به‌صورت مستقل مانند یک سیستم قدرت پایدار بهره‌برداری شود.
همان‌طور که بیان‌شده، قلب ریزشبکه مفهوم انعطاف‌پذیری آن است که این مهم باوجود واسط کنترل‌پذیر بین ریزشبکه و شبکه قدرت گسترده‌تر محقق می‌شود. ریزشبکه مانند یک شهروند خوب است. به این معنی که رفتار خوبی ازلحاظ بار در رابطه با شبکه دارد و مشکلات کمتری ایجاد می‌کند. منافع زیست‌محیطی نیز به دلیل استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر از دیگر مزایای آن است.
کشورهای مختلف در سراسر جهان توپولوژی‌ها و ساختارهای مختلفی بر اساس اولویت‌های خود برای استفاده از قابلیت‌های ریزشبکه اتخاذ کرده‌اند. تحقیقات در مورد ریزشبکه در آمریکا، کانادا، اروپا و ژاپن بیشتر و فعال‌تر بوده و آزمایش‌های تجربی و آزمایشگاهی زیادی در مورد مسائل مختلف ریزشبکه صورت گرفته است.
اجزاء نیروگاه بادی
بطور کلی یک نیروگاه بادی شامل دو بخش اصلی است:
• قسمت تولید توان: که شامل توربینها است. خود توربین ها نیز شامل موتور انتقال، ژنراتور و همه عناصری است که در جهت تولید قدرت به ژنراتور کمک می کنند.
• قسمت کنترل و حفاظتی: این بخش به عملکرد سیستم بصورت پایدار کمک می کند و آنرا در برابر ضربات عملکردی و محیطی حفاظت می کند.
توربین های بادی از لحاظ شکل ظاهری به دو دسته کلی تقسیم می شوند: توربین های با محور عمودی که این نوع توربین ها عمدتاً نسل اول توربین های بادی را تشکیل می دهند(به دلیل سادگی در طراحی و مهار انرژی باد) و توربین های با محور افقی که این نوع توربین ها را توربین های نسل جدید می نامند.
فهرست مطالب
فصل اول: کلیات 1
1-1 بیان مساله 2
2-1 سوابق تحقیق 3
1-3 اهداف تحقیق 4
1-4 نوآوری تحقیق: 5
فصل دوم: اهمیت استفاده از منابع تولید پراکنده و ریزشبکه ها 6
2-2 مقدمه 7
2-3 ساختار ریزشبکه 8
2-4 وضعیت های مختلف کاری ریزشبکه و ملزومات آن 8
2-4-2 کارکرد مستقل 10
2-5 موضوعات مهم ریزشبکه ها 10
2-5-۱ کنترل ولتاژ و فرکانس: 10
2-5-۲ تعادل میان تولید و مصرف 10
2-5-۳ کیفیت توان 10
2-5-۴ مخابرات بین المان‌های ریزشبکه: 11
2-5-۵ پایداری ریزشبکه حین وقوع اتفاقات در حالت کار جزیره‌ای: 11
2-6 منابع تولید پراکنده: کاربردها و موارد مربوطه 13
2-7 کاربردهای ریزشبکه 15
2-8 اجزا و ساختار ریزشبکه: 16
2-9 مدهای کاری ریزشبکه 17
7-1 ضرورت وجود وسایل ذخیره سازی انرژی در ریزشبکه ها 18
2-10 ضرورت پیشبرد این تکنولوژی در ایران 19
2-11 نتیجه‌گیری فصل: 20
فصل سوم: توربین های بادی و مباحث مربوطه 20
3-1 مقدمه 21
3-2 اجزاء نیروگاه بادی 24
3-3 نحوه کارکرد 26
3-4 انواع توربین بادی 29
3-5 سیستم های کنترلی در نیروگاه بادی 33
3-6 مدل باد 34
3-7 وضعیت پتانسیل انرژی بادی در جهان 35
3-8 مزایا و معایب انرژی بادی 36
3-9 مدل عمومی توربین بادی: 37
فصل 4: مدل سازی مساله 39
4-1 استراتژی کنترل همزمان برای صاف کردن توان باد 40
4-2 استراتژی کنترل سلسله مراتبی برای صاف کردن توان بادی 47
4-3 مطالعات موردی 52
فصل 5: شبیه سازی و نتایج 54
5-1 مقدمه 55
5-2 ژنراتور سنکرون روتور سیم پیچی شده 57
5-3 ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم 57
5-4 مزایای ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم: 58
5-5 معایب ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم: 59
5-6 مدلسازی ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم 59
فهرست شکل ها
شکل 1-1: روش های صاف کردن توان 4
شکل2-1: ساختار کلی ریزشبکه [28] 9
شکل2-2 ساختار کلی یک ریزشبکه 18
شکل3-1 انواع توربین های بادی با محور افقی[7] 25
شکل3-2 انواع توربین های بادی با محور عمودی[7] 26
شکل 3-3: ساختمان توربین بادی با ژنراتور القایی قفس سنجابی 28
شکل 3-4: ساختمان توربین بادی با ژنراتور القایی دو سو تغذیه 28
شکل 3-5: ساختمان توربین بادی با ژنراتور سنکرون با آهنربای دائم 28
شکل3-6 انواع ژنراتورها در توربین های بادی[9] 30
شکل3-7 بلوک دیاگرام نیروگاه بادی 34
شکل 3-8: سهم کشورهای مختلف دنیا را در کل ظرفیت نصب شده بادی نشان می‌دهد 36
شکل3-9: مدل دینامیکی توربین بادی 38
شکل4-1- شماتیک کنترل ولتاژ لینک DC پیشنهاد شده 46
شکل4-2- شماتیک کنترل سرعت رتور پیشنهادی 46
شکل4-3- شماتیک کنترل زاویه پره پیشنهادی 46
شکل4-4 فلوچارت کنترل سلسله مراتبی پیشنهاد شده 51
شکل4-5 دیاگرام تست سیستم 53
شکل 5-1 نحوهی اتصال ژنراتور سنکرون به شبکه 57
شکل5-2: ولتاژ لینک DC 60
شکل5-3: گشتاور مغناطیسی 61
شکل5-4: جریان سمت استاتور 62
شکل5-5: سرعت روتور بر حسب پریونیت 63
شکل5-6: توان اکتیو و توان راکتیو خروجی 64
شکل5-7: سرعت باد متغیر 65
شکل5-8: کنترل زاویه پره 66