توربین بادی و کامپوزیت های بکار رفته در آن
توربین بادی چیست؟
توربین بادی به توربینی گفته میشود که برای تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی الکتریکی به کار می‌رود. که توان بادی نام دارد. توربین‌های بادی در دو نوع با محور افقی و با محور عمودی ساخته میشوند.
توربین‌های بادی کوچک برای کاربردهایی مانند: شارژ کردن باتریها یا توان کمکی در قایق‌های بادبانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حالی که توربین‌های بادی بزرگتر با چرخاندن ژنراتور، و تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی، به عنوان یک منبع تولید انرژی الکتریکی به‌شمار می‌روند.
انواع دیگری از توربین‌های بادی وجود دارد، که برای پمپ کردن آب استفاده میشود که به آن پمپ بادی می‌گویند. یا برای آسیاب گندم به کار می‌رود که آسیاب بادی نام دارد. و موارد دیگری که هر کدام نام خاص خودشان را دارند.
الیاف کربن برای ساخت پره ها
در تحقیقاتی که در بنیاد انرژی بادی برروی توربین‌های بادی صورت گرفته، دانشمندان به این نتیجه رسیده اندکه: برای افزایش کارایی و کاهش بهای انرژی باد، استفاده بهینه از الیاف کربنی برای ساخت پره ها، هم باعث بالا رفتن سطح دوام شده، وزن آنها به کاهش داده. در نتیجه باعث افزایش عمر توربین شده است.
توربین بادی با محور افتی
توربین بادی با محور گردشی افقی دارای 3 پره بسیار بزرگ متداولترین نوع توربین بادی است.
توربین بادی با محور عمودی
جنس پره های توربین های بادی با محور گردشی عمودی از جنس کامپوزیت میباشد.
در هر توربین بادی 1.5 مگاواتی به طور تقریبی در حدود 27 تن مواد کامپوزیت به کار می رود که عمدتا در 4 بخش کلی مصرف می شود.
یک واحد تولید قطعات کامپوزیت توربین های بادی با ظرفیت 4000 تن در سال (جهت ساخت 150 دستگاه توربین 1.5 مگاواتی)، می باشد.
لازم به ذکر است که با توجه به فرآیند ساخت این تیپ از محصولات، امکان تولید قطعات کامپوزیتی جهت استفاده در سایر صنایع نیز به راحتی امکان پذیر می باشد.با توجه به گسترش زمینه های کاربرد این محصولات، چشم انداز خوبی از لحاظ میزان تقاضا وجود دارد و سرمایه گذاری در این صنعت به خوبی توجیه پذیر است.
در تحقیقاتی که در بنیاد انرژی بادی برروی توربین‌های بادی صورت گرفته، دانشمندان به این نتیجه رسیده اند که برای افزایش کارایی و کاهش بهای انرژی باد، استفاده بهینه از الیاف کربنی برای ساخت پره ها، هم باعث بالا رفتن سطح دوام شده، وزن آنها به کاهش داده و در نتیجه باعث افزایش عمر توربین شده است.
به طور كلي مواد مورد استفاده در توربين بادي به صورت ورقهاي فايبرگلاس ميباشد.
كه به صورت لايه لايه و باپوشششهاي رزين اپوكسي درون قالب روي يكديگر قرار ميگرند . مواد ديگري مانند: فيبرهاي كربني نيز به دليل سبك بودن
قابليت بسيار خوبي در توليد پره ها دارند. اما با توجه به قيمت آنها اين مواد كمتر در اين فرايند استفاده ميشوند.
ویدئوهای بیشتر را در کانال آپارات مشاهده نمایید.(بیش از 50 عنوان کلیپ آموزشی و …)
قطعات کامپوزیتی توربین های بادی :
1- پره توربین بادی(Blade):
اين قطعه به عنوان قسمت اصلی توربین های بادی در نظر گرفته میشود، که طول اين قطعه در حدود 43 متر و وزن آن حدود 7 تن مي باشد.
جنس این پره ها از کامپوزیت فایبرگلاس(فیبر شیشه تقویت شده با پلیمر) میباشد. که به روشهای ساخت قالبگیری بسته (برای اطلاعات بیشتر و برسی انواع روشهای ساخت کامپوزیتها به روش قالبگیری بسته اینجا کلیک کنید) ساخته میشوند.
سازه این پره ها شامل: پوسته بالایی – پوسته پایینی و اسپار تقویت کننده طولی است، که در تصویر بالا مشاهده میکنید.
رزین پلیمری مورد استفاده به عنوان ماتریس نگهدارنده الیاف در ساخت این پره ها رزین اپوکسی است. که از دسته رزین های پیشرفته در صنعت کامپوزیت به حساب می آید. و قیمت بالایی دارد.
2- ناسل توربین بادی(Nacelle) :
يا موتور خانه که کليه اجزا و تجهيزات داخلي توربين شامل گيربکس, ژنراتور, شفتها, تجهيزات کنترل و . . . را در بر مي گيرد.
3- دماغه توربین بادی(cone):
اين قسمت محل اتصال پره ها (Hob) را در بر مي گيرد و علاوه بر محافظت از اين قطعه, ظاهري زيبا را براي توربين ايجاد کرده و همچنين وضعيت ائروديناميکي بهتري را ايجاد مي نمايد.
4- پوشش تاورها:
تاورها (برج), از ورقهاي فولادي ساخته مي شوند. بنابراين لازمست قبل از انتقال به محل نصب, پوشش مناسبي براي آن در نظر گرفته شود تا در مقابل خوردگي, تا مدتهاي طولاني محافظت نمايد. به همين منظور لايه اي از کامپوزيت بر روي اين برجها ايجاد مي گردد.
با توجه به ابعاد اين برجها (حدود 80 متر طول و ميانگين 3 متر قطر), مقدار قابل توجهي از اين مواد در اين بخش مصرف مي شود.
نکته :
توربین‌های بادی با الیاف کربن، در این حالت هزینه حفظ و نگهداری آنها نیز کاهش یافته است. همانطور که در بخش قبل‌تر به آن اشاره شد، در حال حاضر اگر توربین‌های بادی در جای مناسب قرار داده شوند بهای الکتریسیته تولید شده حدود ۵ سنت بر کیلو وات ساعت میباشد.
ولی برای همگراشدن این روش، این بها باید کاهش پیدا یابد. تا الکتریسیته تولید شده توانایی رقابت با دیگر روش‌ها را داشته باشد. یعنی توربین‌های بادی جدید باید بزرگتر و کارآمدتر از توربین‌های امروزی (که طول بیشینه‌ی پره‌های آنها ۳۰ متر است) باشند.
امروزه پره‌های توربینی بطول ۵۵ متر طراحی شده است. این امر مستلزم استفاده از الیاف کربن بجای الیاف شیشه است تا استحکام و سفتی مورد نیاز را تامین کند. همچنین انتظار می‌رود الیاف کربن در مخازن گاز طبیعی فشرده و پیل‌های سوختی نقش مهمی داشته باشند و کاهش وزن، کلید عملی شدن این فناوری‌ها است.
توجه :
اخیرا شرکت تولیدکننده توربین باد LM اولین توربین بادی با پره‌هایی بطول m. ۸۸.۴ را تولید کرده. که بزرگترین پره توربینی بوده که هنوز توسط هیچ سازنده‌ای تولید نشده. و توانایی تولید انرژی برای یک شهر کوچک را دارا می‌باشند. این پره‌ها حدود m. ۱۵ از پره تولید شده توسط همین کمپانی بزرگتر بوده، در حالیکه وزن آن فقط ۶ MT بیشتر میباشد که دلیل آن استحکام و سفتی الیاف کربن با قرار گیری در بین لایه‌های کلاهک آهنی میباشد.
کمپانی LM در روش جدید خود برای تولید این نوع پره‌ها از قرار دادن فیبر هیبریدی کربن/ شیشه در امتداد طول ورقه‌ی پوسته بر پایه الیاف شیشه‌ای استفاده کرده است.
در این روش جهت بهینه کردن مقدار زمان و هزینه مصرفی، از ساخت همزمان پوسته پره و کلاهک فلزی در یک دستگاه استفاده شده که در این حالت پوسته بعنوان یک قالب برای کلاهک فلزی متشکل از الیاف هیبریدی کربنی عمل می‌کند.
LM’s Michael Lund-Laverick که مدیر طرح‌های تکنولورژی برپایه کامپوزیت بوده چنین بیان کرده که” LM ۸۸.۴ P. اولین پره هیبریدی ساخته شده، با این روش بوده. که از طریق فرایند تزریق و نشاندن یک لایه کربن-هیبریدی خشک با استفاده از ریخته گری انتقالی تحت خلا بهمراه رزین (VARTM) تولید شده است“. او همچنین اظهار نموده.
که ” ما در انتخاب روش از نزدیکترین راه حل به محتوای بکار گرفته استفاده می‌کنیم تا هم احتمال خطر را کاهش داده و هم آنچه که مدنظر مصرف کننده بوده، سریعتر ایجاد گردد. همانطور هم که مشاهده میشود در این روش نیز تنها فرایند تزریق بهمراه رزین استفاده شده و هیچ فرایند ساخت دیگری در آن دخالت نداشته است.
دیدگاهتان را بنویسید