انرژی, انرژی بادی

جهت باد

جهت باد غالب

جهت باد: کاربرد و اندازه گیری

جهت باد (wind direction) و تغییرات آن با شرایط جغرافیایی و شرایط آب و هوایی محلی و جهانی تعیین می شود. سوی باد بین روز و شب و با شدت آشفتگی جانبی (lateral turbulence intensity) می تواند تغییر کند. شکل زیر نواسانات در جهت های باد را در یک دقیقه نشان می دهد. برگرفته از کتاب رهنمودهایی برای طراحی توربین های بادی

نواسانات در جهت باد در یک دقیقه

نواسانات در جهت باد در یک دقیقه

تغییرات جهت باد به صورت فصلی(seasonal) و در مقیاس بزرگ (mesoscale) (چهار تا 5 روز) نیز اتفاق می افتند که دلیل ان گردش(circulation) عمومی اتمسفر است. این تغییرات فصلی جهت باد غالب به کمی 30 درجه در باد های تجاری(trade) و به بزرگی 180 درجه در مناطق معتدل(temperate regions) می تواند باشد.  

جهت باد به وسیله باد نما (wind vane) اندازه گیری می شود. اگرچه وقتی از بادسنج (anemometers) پروانه ای(propeller) استفاده شود، باد نما جزیی از محور پروانه است. بادنما حداقل نیرویی نیاز دارد تا حرکت را اغاز کند که معمولا باد بحرانی برای ان حدود یک m/s است. برگرفته از کتاب انرژی باد آقای نلسون

سیستم یاو (Yaw system)در توربین بادی، روتور را در جهت میانگین سرعت باد نگه می دارد و تغییرات سریع باد موجب ایجاد بارهای خستگی(fatigue) در توربین بادی می شود. تغییر جهت سریع باد در سرعت های باد بالا، موجب ایجاد تنش های شدید می شود.

بادنما و بادسنج فنجانی برای اندازه گیری سرعت و جهت باد

بادنما و بادسنج فنجانی برای اندازه گیری جهت و سرعت باد

دکل بادسنجی

برای کاربرد های هواشناسی یا نصب توربین بادی، سنجش پتانسيل باد لازم است كه سنسورهاي مورد نياز براي اندازه گيري كميتهاي مختلف هواشناسي در چند ارتفاع مختلف از سطح زمين نصب می شوند. باد نما و باد سنج به همراه دما سنج در سه ارتفاع مختلف تا ارتفاع حدود 100 متر از زمین( در دیگر کشور ها بلند تر نیز وجود دارد) نصب می شود تا به صورت انلاین تغییرات جهت و سرعت باد را ثبت کند. داده های حاصل از دکل باد سنجی برای رسم گلباد و تعیین باد غالب استفاده می شود. در شکل زیر نمونه یک دکل بادسنجی با بادسنج پروانه ای نشان داده شده است. این دکل ها با کابل به زمین مهار می شود تا از آسیب به خاطر باد های شدید در امان بماند. داده های دکل باد سنجی اساس شناسایی و انتخاب میدان بادی است. برای کسب اطلاعات بیشتر مقاله میدان بادی را مطالعه کنید.

دکل باد سنجی برای اندازه گیری سرعت و جهت باد

دکل باد سنجی برای اندازه گیری جهت و سرعت باد

جهت باد غالب

جهت باد غالب (prevailing wind direction) جهتی است که بیشترین تناوب را داشته باشد و بیشترین اهمیت را هنگام جایابی توربین بادی ایفا می کند. گرچه سیستم یاو (Yaw system)در توربین بادی، روتور را در راستای باد نگه می دارد ولی دانستن سوی باد غالب برای جلوگیری از ایجاد سایه باد ضروری است. برای کسب اطلاعات دقیق تر مقاله سایه باد را مطالعه کنید.

برای نصب توربین بادی، باد غالب از هر سه دیدگاه تناوب، سرعت میانگین و انرژی اهمیت دارد. توربین های بادی در یک مزرعه بادی، در راستای باد غالب چیده می شوند تا سایه باد و در نتیجه تلفات چیدمان به حداقل برسد. برای به دست اوردن سوی باد غالب برای نصب توربین بادی از نمودار های گلباد استفاده می شود که در ادامه تشریح می شود.

گلباد

توزیع جهت باد اغلب با گلباد (wind rose) نشان داده می شود. 360 درجه پیرامون یک مکان به 12 بخش(sector) 30 درجه ای تقسیم می شود. مقیاس برای هر مقدار نرمالیزه می شود تا بیشینه به دایره بیرونی برسد.

  • شعاع گوه(wedge) بیرونی در هر بخش بیان کننده تناوب باد از ان جهت است.
  • گوه میانی توزیع هر بخش را به میانگین کل سرعت باد نشان می دهد
  • گوه داخلی توزیع میانگین کل، مکعب سرعت باد را نشان می دهد.

گوه داخلی اهمیت بالایی دارد زیرا انرژی باد رابطه مستقیم با توان سوم سرعت باد دارد. از این رو گوه داخلی میزان انرژی در باد را نشان می دهد. گوه داخلی که بیشترین توان تولیدی را نشان می دهد، عامل اصلی در انتخاب جهت توربین بادی ایفا می کند. در یک منطقه و مکان های مشابه، سوی باد و در نتیجه گلباد یکسان است ولی وجود ناهمواری ها مانند کوه و دره، جهت و اندازه باد را تغییر می دهد. شکل زیر نمودار کلاسیک گلباد شهر کائن فرانسه را نشان می دهد. باد هایی که از غرب این شهر می وزند هم تناوب بیشتری دارند و هم سرعت بالاتری داشته اند. برگرفته از انجمن صنعتی باد دانمارک

نمودار کلاسیک گلباد شهر کائن فرانسه - جهت باد غالب از غرب

نمودار کلاسیک گلباد شهر کائن فرانسه – باد غالب از غرب

 

نمودار گلباد را به شکل ساده تری نیز بیان می شود. طول هر گوه تناوب وزش باد در ان جهت را نشان می دهد ولی سرعت باد به وسیله رنگ گوه مشخص می شود. هر بازه سرعت باد، به صورت یک رنگ نشان داده می شود. البته لازم به ذکر است در این مدل نمودار گلباد، میانگین سرعت باد لحاظ نمی شود و طول هر رنگ نسبت به طول کل گوه، تناوب نسبی ان سرعت را در ان جهت نشان می دهد. شکل زیر نمودار گلباد فرودگاه جان وین کالیفرنیا را در منطقه اورنج نشان می دهد. همان طور که ملاحظه می شود باد با بیشترین تناوب و البته با بیشترین سرعت(رنگ های قرمز، نارنجی و زرد) از طرف شمال شرق می وزد و پس از ان باد با بیشترین تناوب و سرعت دقیقا در خلاف جهت ان(180 درجه) بوده است.

نمودار گلباد فرودگاه جان وین کالیفرنیا را در منطقه اورنج- جهت باد غالب شمال شرقی

نمودار گلباد فرودگاه جان وین کالیفرنیا را در منطقه اورنج- باد غالب از جهت شمال شرقی

کاربرد های گلباد

امکانسنجی (مکان یابی، چگالی و توان باد، ایستائی باد و …) برای استفاده از انرژی باد

– طراحی باند فرودگاه ها، زمین های ورزشی و …

– طراحی­های شهری (نحوه استقرار پنجره ها، بازشوها و …)

– مکان یابی جهت گسترش فضای سبز

– عدم استقرار صنایع آلاینده در سمت باد غالب منطقه

تفسیر یک گلباد بدون نقشه برجستگی (توپوگرافی) دشوار است و اثرات محلی باعث تغییرات مهمی در جریانات هوا می شوند.

جهت باد غالب خواف

منطقه خواف با عنوان یکی از مهترین میدان های بادی ایران مستعد نصب نیروگاه های بادی است. این مطالعات بادسنجی برای نقاط مختلف ان انجام شده است. شکل زیر گلباد های شهر خواف را برای تناوب باد، سرعت میانگین و انرژی نشان داده است. در این شکل توزیع نرمال سرعت باد نیز نشان داده شده است. گلباد در هر منطقه از شهر متفاوت است و کوه ها و دره ها و دیگر موانع بر ان اثر می گذارند. با این حال به نظر می رسد در منطقه مذکور متناوب ترین(بیش از 30 درصد) باد از جهت ENE می وزد و این باد با سرعت میانگین 12 متر بر ثانیه، بیشترین انرژی تولیدی را داشته است. جهت NNE گرچه تقریبا هم سرعت باد غالب است ولی تعداد روز هایی که این باد می وزد(تناوب آن) کمتر از 15 درصد است در نتیجه توان تولید توربین در این جهت بسیار کمتر است.

گلباد خواف برای اندازه گیری جهت باد غالب

گلباد خواف برای اندازه گیری باد غالب

گلباد را می توان برای هر بازه زمانی مثل ماه، سال یا دهه رسم کرد. گلبادی که بر اساس داده های ماهانه رسم شود می تواند تولید ماهانه یک توربین بادی را نشان دهد. برای مثال در منطقه بادی خواف تقریبا بیشترین تولید برق از خرداد تا انتهای مهر ماه است و در ماه های دیگر سرعت باد و تولید بسیار پایین است. شکل زیر گلباد ماهانه خواف را در ارتفاع 150 متری از سطح زمین در سال 2003 نشان می دهد.

گلباد خواف به تفکیک ماه برای ارزیابی تولید ماهانه- جهت باد غالب ENE

گلباد خواف به تفکیک ماه برای ارزیابی تولید ماهانه

برای کسب اطلاعات بیشتر می تواند مقالات زیر را مطالعه بفرمایید.

 اجزای توربین بادی

ژنراتور توربین بادی

ارتفاع برج توربین بادی

هزینه توربین بادی

نصب توربین بادی

اتصال نیروگاه بادی

پره توربین بادی

جهت باد غالب

میدان بادی

سابه باد

مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید