ساخت برج توربین بادی

2021/04/28

برای بررسی روش ساخت برج توربین بادی در ابتدا باید انواع آن معرفی شود سپس به بیان ویژگی های هر یک پرداخته شود. برج توربین بادی ناسل و روتور را حمل می کند. برج های توربین های بادی بزرگ ممکن است از برج های فولادی لوله ای(tubular steel)، برج های خرپایی(lattice) برج های چوبی یا برج های بتونی(concrete) باشند. برج های لوله ای مهاری (Guyed) فقط برای توربین بادی کوچک استفاده می شود.

برج توربین بادی فولاد لوله ای

بیشتر توربین های بادی بزرگ با برج های فولادی لوله ای تحویل داده می شوند که در بخشهای ۳۰-۲۰ متری با دو فلنج ساخته می شوند و در محل با هم پیچ می شوند. برج ها به منظور افزایش مقاومت و صرفه جویی در مواد، مخروطی هستند (یعنی قطر آنها به سمت پایه افزایش می یابد). هر قطعه برج خود از چند تکه تشکیل شده است که در کارخانه به یکدیگر جوش داده شده اند.

این تصویر از کارگاه ساخت برج نشان می دهد که چگونه یک صفحه فولادی به یک شکل مخروط برای برج توربین بادی نورد می شود. دستیابی به شکل مخروطی کاری کمی دشوار است، زیرا کشش (فشار) غلتک های فولادی برای ایجاد خم شدن صحیح صفحه باید از دو طرف متفاوت باشد. برج ها با مونتاژ این زیرمجموعه های مخروطی کوچکتر ساخته می شود. ورق ها برش داده می شوند و به شکل مخروطی در می آیند و سپس با هم جوش می خورند.

برج ها معمولاً در بخش های ۲۰ تا ۳۰ متری (۶۵ تا ۱۰۰ فوت) ساخته می شوند، عامل محدود کننده، حمل و نقل در جاده ها یا راه آهن است. وزن های برج مدرن معمولی ۴۰ تن برای یک برج ۵۰ متر (۱۶۵ فوت) با قطر روتور ۴۴ متر (۶۰۰ کیلووات) و ۸۰ تن برای یک برج ۶۰ متری برای قطر روتور ۷۲ متر (۲۰۰۰ کیلووات) است.

برج های توربین های بادی به طور کلی توسط هر سازنده توربین طراحی می شوند، زیرا کل توربین بادی باید به عنوان یک واحد تأیید شود. بنابراین حتی اگر بعضی از برج ها توسط تولیدکنندگان مستقل ساخته شوند، همیشه مخصوص هر سازنده هستند. سازندگان مستقل برج اغلب سازنده مخازن روغن یا مخازن تحت فشار هستند، زیرا ماشین آلات و روش های بازرسی ایمنی بسیار شبیه به هم هستند.

وزن برج (به ازای کیلووات) به دلیل پیشرفت روش های طراحی، طی پنج سال گذشته حدود ۵۰٪ کاهش یافته است. هنوز هم برج ها بخشی نسبتاً سنگین از توربین بادی هستند، بنابراین هزینه های حمل و نقل مهم است. برای بازارهای بزرگتر، هزینه حمل و نقل برج بیش از ۱۰۰۰ کیلومتر (۶۰۰ مایل) از طریق جاده ای پرداخت نمی شود. در صورت فاصله بیشتر (پروژه بزرگ)، برج ها معمولاً به صورت محلی ساخته می شوند. به نقل از سازمان صنعتی باد دانمارک

ساخت برج توربین بادی

برج توربین بادی خرپایی

برج های مشبک Nordex با استفاده از پروفیل های فولادی جوش داده شده تولید می شوند. مزیت اصلی برج های مشبک هزینه است، زیرا یک برج مشبک فقط به نیمی از مواد برج لوله ای ایستاده با سفتی مشابه نیاز دارد. عیب اساسی برج های مشبک ظاهر بصری آنهاست. به دلایل مشکل زیبایی برجهای مشبک تقریباً برای توربین های بادی بزرگ و مدرن استفاده نمی شود.

ساخت برج توربین بادی خرپایی

برج توربین بادی چوبی

در آلمان اولین برج توربین بادی چوبی جهان مشغول به کار است. علی رغم گواهی نامه های زیست محیطی توربین های بادی، این برج ها معمولاً از جنس فولاد ساخته می شوند، که نه تنها گران است بلکه برای تولید نیاز به مقدار زیادی انرژی دارند.

در تلاش برای ایجاد توربین های بادی سبزتر ، شرکت آلمانی Timber Tower توربین بادی چوبی ۱٫۵ مگاواتی را در هانوفر آلمان برپا کرده است. Timber Towerبه عنوان یک سیستم وصل شده از پنل های چوبی روکش شده(laminated) که خارج از سایت ساخته می شوند آغاز به کار کرد و در کانتینر ۱۲ متری برای مونتاژ در محل به شکل یک برج هشت ضلعی توخالی منتقل می شود.

برج نمونه اولیه نهایی ۱۰۰ متر (۳۲۸ فوت) ارتفاع دارد و یک سیستم نردبان و آسانسور را ادغام می کند و یک توربین بادی Vensys 77 روی آن قرار دارد. این توربین قطر روتور ۷۷ متر (۲۵۲٫۶ فوت) و تقریبا ۱۰۰ تن وزن دارد و ۱۵۰۰ کیلو وات برق تولید می کند.

Timber Tower می گوید: جرم و قطر فونداسیون برج چوبی با برج فولادی لوله ای یکسان است و تمام مواد اولیه مورد استفاده در برج از تأمین کنندگان مورد تایید FSC و PEFC هستند. علاوه بر یک مقطع هشت ضلعی، بدنه توخالی نیز می تواند با یک مقطع شش ضلعی یا دوازده ضلعی ساخته شود. این شرکت می گوید سیستم Timber Tower باید از ارتفاع هاب تا ۲۰۰ متر پشتیبانی کند و هم اکنون در حال توسعه یک برج ۱۴۰ متری است.

Timber Tower با حداقل عمر تضمینی ۲۰ سال، مقررات فعلی بیمه، صدور گواهینامه و حفاظت از آتش را نیز رعایت می کند. این شرکت ادعا می کند Timber Towerهر ۱۰۰ متر حدود ۳۰۰ تن ورق فلزی و به لطف یک فرآیند که انرژی کمتری مصرف می کند، تقریباً ۴۰۰ تن CO₂ ذخیره می شود. نقل از Darren Quick در نوامبر ۲۰۱۲

سوئد از نخستین برج توربین بادی چوبی خود استقبال می کند. برج توربین بادی چوبی شرکت Modvion برای دستیابی به ارتفاعات بیش از ۱۲۰ متر (۳۹۳ فوت) طراحی شده است. با هزینه قابل توجهی کمتر از نمونه های ساخته شده از فولاد، با رویکرد ماژولار اجازه می دهد تا بخش های قابل بسته بندی بدون مشکل در جاده های عمومی منتقل شود. ادعا می شود آنها از روز آغاز ساخت و ساز نیز انتشار کربن ندارند. برج مفهومی ۳۰ متری (۱۰۰ فوتی) با شرکت ساخت چوب Moelven در تأسیسات خود در Töreboda ساخته شد. مدیرعامل Modvion می گوید: “چوب روکش شده از استیل با همان وزن قوی تر است و با ایجاد ماژول، توربین های بادی می توانند بلندتر باشند”.

Modvion قصد دارد نسخه هایی از مقیاس تجاری توربین چوبی خود را در سال ۲۰۲۲ تولید کند. اینها شامل یک نسخه ۱۱۰ متری (۳۶۰ فوت) برای Varberg Energi و همچنین ۱۰ برج بیش از ۱۵۰ متر (۴۹۰ فوت) برای شرکت انرژی های تجدید پذیر Rabbalshede Kraf است. نقل از Nick Lavars

برج توربین بادی چوبی

برج توربین بادی بتنی

همکاری انرژی تجدید پذیر جنرال الکتریک، COBOD و LafargeHolcim برای برج های بلند توربین بادی بر پایه بتن چاپ سه بعدی شده تولید و استفاده از انرژی های تجدید پذیر را افزایش می دهد. برج های توربین بادی به طور معمول به ارتفاع زیر ۱۰۰ متر محدود شده اند، زیرا آنها به طور سنتی با فولاد یا بتن پیش ساخته، تولید شده اند.

چاپ برج به صورت مستقیم در محل با فناوری بتن چاپ سه بعدی شده، امکان ایجاد پایه های بزرگتر و برج های بلند تر هیبریدی مقرون به صرفه را فراهم می آورد و تا ارتفاع ۲۰۰ متر می رسد. برج های بلندتر، بادهای قوی تری را می گیرند و در نتیجه انرژی بیشتر با هزینه کمتر تولید می کنند. اولین نمونه با موفقیت در اکتبر ۲۰۱۹ چاپ شد. برای کسب اطلاعات بیشتر مقاله ارتفاع برج توربین بادی را مطالعه بفرمایید.

انرژی تجدید پذیر جنرال الکتریک،COBOD و LafargeHolcim امروز اعلام کردند که برای توسعه مشترک توربین های بادی با پایه های بتن چاپ سه بعدی شده، همکاری خواهند کرد و به ارتفاع حداکثر ۲۰۰ متر می رسند. این سه شریک برای تهیه این راه حل نوآورانه همکاری داشته اند، که ضمن کاهش هزینه تراز شده انرژی و بهینه سازی هزینه های ساخت برج توربین بادی، تولید انرژی تجدیدپذیر را افزایش می دهد. شرکاء در نهایت یک نمونه اولیه توربین بادی با پایه چاپ شده، و یک چاپگر و مواد آماده تولید را برای تولید انبوه تولید می کنند. اولین نمونه، یک پایه بلند به ارتفاع ۱۰ متر، با موفقیت در اکتبر ۲۰۱۹ در کپنهاگ چاپ شد. سه شریک با بررسی راه های توسعه اقتصادی برج های بلندتر که بادهای قوی تر را جذب می کند، قصد دارند انرژی بیشتری را برای هر توربین تولید کنند.

با تکیه بر مهارت هر شریک در صنعت خود، این همکاری، شتاب دادن دسترسی و استفاده از انرژی های تجدید پذیر در سراسر جهان را هدف قرارداده است. انرژی تجدید پذیر جنرال الکتریک تجربیات مرتبط با طراحی، ساخت و تجاری سازی توربین های بادی را ارائه میدهد.COBOD در اتوماسیون روباتیک و چاپ سه بعدی متمرکز خواهد شد و LafargeHolcim مواد بتونی سفارشی شده(tailor-made)، فرایند و کاربرد آن را طراحی می کند.

چاپ بتن سه بعدی یک فناوری بسیار امیدوار کننده است، زیرا انعطاف پذیری طراحی فوق العاده آن، قلمرو امکانات ساخت را گسترش می دهد. سرپرست گروه تحقیق و توسعهLafargeHolcim جناب Edelio Bermejo بیان کرد” به عنوان کاربر و مروج انرژی پاک، ما از فراهم کردن تخصص و طراحی مواد خود برای کار در این پروژه پیشگامانه و امکان ساختن کارآمد برج های توربین بادی بلند و شتاب دادن دسترسی به انرژی های تجدید پذیر خرسندیم”.

هنریک لوند-نیلسن، بنیانگذار COBOD International افزود: “ما بسیار مفتخریم که با شرکت های کلاس جهانی مانند انرژی تجدید پذیر جنرال الکتریک و LafargeHolcim کار می کنیم. با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی پیشگامانه ما همراه با کفایت و منابع شرکایمان، ما متقاعد شده ایم که این حرکت انقلابی در صنعت توربین های بادی باعث کاهش هزینه ها و زمان اجرای سریع تر می شود و به نفع مشتریان و پایین آمدن اثرات CO₂ از تولید انرژی می شود.

Matteo Bellucci رهبر فناوری پیشرفته تولید انرژی های تجدید پذیر جنرال الکتریک گفت: “چاپ سه‌بعدی در DNA جنرال الکتریک است و ما معتقدیم این تولید با فرمت بزرگ، پتانسیل بالایی برای صنعت باد به همراه خواهد داشت. چاپ بتن طی ۵ سال گذشته پیشرفت چشمگیری داشته است و ما معتقدیم که در جهان صنعتی به کاربرد واقعی نزدیک شده ایم. ما متعهد هستیم که از تمام برتری های این فن آوری، هم انعطاف پذیری طراحی و هم ساده سازی لجستیکی که در چنین اجزای عظیم ایجاد می شود، نهایت استفاده را ببریم.”

با ساخته شدن سنتی با فولاد و بتون پیش ساخته، برج های توربین بادی معمولاً تا ارتفاع زیر ۱۰۰ متر محدود شده اند، زیرا عرض پایه نمی تواند از قطر ۴٫۵ متری که می تواند، بدون افزایش هزینه های اضافی در جاده منتقل شود، تجاوز کند.

چاپ یک پایه ارتفاع متغیر به طور مستقیم در محل، با فناوری بتن چاپی سه بعدی شده، امکان ساخت برج هایی را به طول ۱۵۰ تا ۲۰۰ متر امکان پذیر خواهد کرد. به طور معمول، یک توربین ۵ مگاواتی در ۸۰ متر، سالانه ۱۵٫۱ گیگاوات ساعت تولید می کند. در مقایسه، همین توربین با ارتفاع ۱۶۰ متر ۲۰٫۲ گیگاوات ساعت یا بیش از ۳۳٪ توان اضافی تولید می کند. منبع