ارتفاع برج توربین بادی

2020/11/26

ارتفاع برج توربین بادی

افزایش ارتفاع برج توربین بادی تا مقدار بهینه، فرصت ها، چالش ها و پتانسیل هایی را ایجاد می کند که سوال در مورد ارتفاع مطلوب برج توربین بادی را یک مساله تحقیقاتی پیچیده می کند، به ویژه هنگامی که این مسئله در مقیاس اقلیمی (continental) بررس می شود.

علیرغم پیچیدگی کار ها تحلیل ها نشان می دهد که با تحقق فناوری های برج بلند می توان به دستاوردهای قابل توجهی دست یافت. در بسیاری از اقلیم های ایالات متحده، کمترین ارتفاع هاب(hub) موجود (به عنوان مثال ۸۰ متر ، ۱۱۰ متر) اغلب کمترین هزینه را ارائه می دهد. در عین حال، برج های بلندتر ممکن است برای افزایش فرصت برای تولید نیروی باد در سراسر کشور حیاتی باشد.

افزایش ارتفاع برج توربین بادی

کیفیت منابع باد(Wind resource) با ارتفاع از سطح زمین به طور قابل توجهی بهبود می یابد. در بخشهای وسیعی از کشور، داده ها نشان می دهند که میانگین سرعت باد سالانه از ۰٫۵ به ۱٫۰ متر بر ثانیه هنگام حرکت از ۸۰ به ۱۱۰ متر و از ۱٫۰ به ۱٫۵ متر در ثانیه هنگام حرکت از ۸۰ تا ۱۶۰ متر افزایش می یابد.
اختلاف سرعت باد به معنای بهبود قابل توجه فاکتور ظرفیت(capacity factor) است. اگرچه واریانس مشاهده شده گسترده است اما ضریب ظرفیت با ارتفاع هاب هنگام بالاتر رفتن از ۸۰ به ۱۱۰ متر تقریباً ۲ تا ۴ درصد و هنگام رفتن از ۱۱۰ به ۱۴۰ متر نیز ۲ تا ۴ درصد بیشتر برآورد می شود.
بر اساس برآوردهای اعلام شده، در مناطق بادی غنی کشور معمولاً ارتفاع برج(tower) بالا، اولویت اقتصادی کمتری دارد ولی ارتفاعات بالاتر هاب (به عنوان مثال، ۱۱۰ متر و ۱۴۰ متر) اغلب در مناطق با سرعت باد متوسط ترجیح داده می شوند. این نتیجه با تجربه صنعت تا به امروز مطابقت دارد.
ظرفیت نامی بالاتر (Higher nameplate) و توربین های توان ویژه پایین تر(lower specific power turbines) (به عنوان مثال، ۱۵۰ تا ۱۷۵ وات در متر مربع) اولویت اقتصادی برای کمترین ارتفاع برج را نشان می دهد. با این حال، این توربین های بزرگتر نیاز به ارتفاع برج حداقل ۱۱۰ متر دارند. ارتفاع برج ۱۴۰ متر و در بعضی موارد ۱۶۰ متر در مناطق با سرعت باد متوسط ترجیح داده می شود.
کاهش هزینه تحقق برج های بلندتر برای گرفتن مقدار سرعت های بالاتر باد در سطح بالاتر از سطح زمین و همچنین افزایش قدرت باد در تمام مناطق کشور حیاتی است.

برای دریافت گزارش کامل ارتفاع توربین بادی کلیک کنید.

تولید سالیانه توربین بادی

جدول زیر تولید سالیانه دو توربین بادی ۳ و ۵ مگاوات را با دو قطر روتور ۱۰۰ و ۱۲۶ متر نشان می دهد. این دو توربین از ارتفاع برج توربین بادی ۸۰ تا ۱۷۵ متر ارزیابی شده اند. با افزایش ارتفاع هاب از سطح زمین، سرعت باد میانگین از ۵٫۶۷ به ۷٫۶۴ متر بر ثانیه افزایش یافته است. و نسبت ارتفاع برج توربین بادی به قطر روتور، از ۰٫۸ تا ۱٫۸ افزایش می یابد. نتایج نشان می دهد که با افزایش ارتفاع برج توربین بادی از ۸۰ تا ۱۷۵ متر تولید سالانه از ۵۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ مگاوات ساعت افزایش داشته است. این جدول برگرفته از سایت برج توربین بادی فولادی است.

تولید سالیانه برق به نسبت ارتفاع برج توربین بادی

به دلیل تفاوت محسوس در انرژی تولیدی سالیانه یک توربین بادی با تغییر در ارتفاع برج توربین بادی، کارخانه های توربین سازی، محصولات خود را در اندازه برج های گوناگون با توجه به شرایط اقلیمی نیروگاه بادی پیشنهاد می دهد. شکل زیر بازه تغییرات ارتفاع برج توربین بادی را برای چند برند مطرح جهان نشان می دهد. برگرفته از سایت ” اول تجدید پذیر“

ارتفاع برج توربین بادی برند های مختلف جهان

محدوده ارتفاع برج توربین بادی برند های مختلف جهان

رسیدن به فناوری توربین های بادی بزرگ تر و بلند تر و بازاریابی آنها، برای هر شرکتی یک فرایند سخت و زمان بر است و به صورت گام به گام صورت می گیرد. عکس زیر سیر تکاملی توربین های بادی شرکت سوزلون را نشان می دهد گرچه قطعا بلند توربین های بادی جهان در این شرکت ساخته نمی شود.

قطر و ارتفاع برج توربین بادی شرکت سوزلون در گذر زمان

بلندترین توربین بادی جهان

بلندترین توربین بادی جهان توسط شرکت Max Bögl Wind AG در شهر گیلدورف نزدیک اشتوتگارت آلمان ساخته است. این توربین بادی با ارتفاع هاب ۱۷۸ متر و ارتفاع کل ۲۴۶٫۵ متر، یک رکورد جهانی جدید را ثبت کرده است. توربین همچنین بخشی از یک ایده منحصر به فرد نیروگاه – باتری آبی (water battery) است.

این رکورد ارتفاع تا حدی به دلیل مخزن طبیعی آب موجود در توربین به دست آمد. تولید برق از انرژی های تجدید پذیر با یک نیروگاه ذخیره سازی پمپ شده مدرن ترکیب می شود. این مفهوم جدید ذخیره سازی از پایه توربین بادی به عنوان مخزن آب استفاده می کند که منجر به افزایش ۴۰ متری ارتفاع توربین می شود. برای کسب اطلاعات بیشتر مقاله ذخیره آب تلمبه ای را مطالعه بفرمایید.

هر متر اضافی از ارتفاع هاب که به توربین بادی اضافه می شود، عملکرد انرژی سالانه را ۰٫۵ تا ۱ درصد افزایش می دهد. ارتفاع زیاد هاب به معنای تلاطم باد کمتر است و عملکرد باد به طور قابل توجهی بهتر می شود. بلندترین توربین بادی جهان بخشی از یک مزرعه بادی است که شامل چهار توربین بادی با ارتفاع هاب از ۱۵۵ تا ۱۷۸ متر است. آنها به ژنراتورهای قدرتمند ۳٫۴ مگاواتی از جنرال الکتریک مجهز شده اند و از بهار ۲۰۱۸ تأمین انرژی پاک شبکه برق آلمان را آغاز می کنند.

240 متر ارتفاع برج توربین بادی- بلند ترین توربین بادی جهان

تخمین زده می شود که بیش از ۱۰ گیگاوات ساعت در سال تولید شود که برق کافی برای تأمین انرژی ۲۵۰۰ خانوار چهار نفره است. از این گذشته، هدف اعلام شده دولت فدرال آلمان افزایش سهم منابع انرژی تجدیدپذیر برای تولید برق به ۵۰ درصد است. برای کسب اطلاعات بیشتر برنامه اقدام اقلیمی آلمان را مشاهده کنید.

Andreas von Bobart گفت “با استفاده از باتری آب و برج های هیبریدی، ما در حال ایجاد انرژی باد به عنوان منبع جذاب تر و کارآمدتر انرژی پاک و در عین حال ثبت رکوردهای جدید هستیم”. پایه های برج های توربین بادی در گیلدورف مخازن آب با ظرفیت ذخیره سازی ۷۰ مگاوات ساعت است. یک آبگیر(penstock) آنها را با یک نیروگاه برق آبی و مخزن پایین آن که ۲۰۰ متر عمیق تر از دره است متصل می کند. باتری آب که در پروژه آزمایشی گیلدورف از آن به عنوان ذخیره انرژی طبیعی نیز یاد می شد، می تواند مازاد برق را از شبکه ذخیره کرده و در صورت لزوم آن را آزاد کند.

این به عنوان یک ذخیره سازی کوتاه مدت عمل می کند و ضمن تضمین تأمین برق بی وقفه و مداوم، به حفظ ثبات شبکه کمک می کند. نیروگاه ذخیره تلمبه ای قادر است در عرض ۳۰ ثانیه بین تولید و ذخیره سازی جابجا شود.