بهینه‌سازی توربین‌های بادی به سبک محقق ایرانی/ ریشه‌های انرژی سبز مستحکم می‌شود

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا، انرژی باد نوعی انرژی تجدیدپذیر است که از بسیاری جوانب جایگزین کاربردی و مناسبی برای سوخت‌های فسیلی به شمار می‌رود. استفاده از سوخت‌های تجدیدپذیر نه‌تنها میزان آلودگی حاصل از سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهد بلکه منجر به کاهش خطر منابع طبیعی و محیط‌زیستی می‌شود چراکه وابستگی انسان به سوخت‌های فسیلی را کمتر می‌کند.

توربین بادی یا بادگرد توربینی است که انرژی جنبشی باد را با انرژی مکانیکی یا الکتریکی تبدیل می‌کند. توربین‌های بادی در دو نوع با محور افقی و محور عمودی ساخته می‌شوند، توربین‌های بادی کوچک در کاربردهایی مانند شارژ باتری یا توان کمکی در قایق‌های بادبانی استفاده می‌شود، توربین‌های بادی بزرگ‌تر برای چرخاندن ژنراتور به کار می‌روند و نوعی منبع تولید انرژی الکتریکی به شمار می‌روند.

توربین‌های بادی با روش نوین بهینه می‌شوند

با وجود اینکه تاکنون کارهای تحقیقاتی بسیاری در خصوص شمع تحت بار جانبی سیکلی انجام شده اما هنوز روش جامع و کاملی برای طراحی هر شمع در هر خاک با در نظر گرفتن ویژگی‌های مختلف آن پیدا نشده است. حال یک محقق ایرانی به نام انور فارس قشونی با اجرای طرح «بررسی اثر هندسه شمع بر رفتار جانبی رفت و برگشتی شمع‌ها در ماسه» موفق به ارائه راهکاری برای بهینه‌سازی فونداسیون توربین‌های بادی شده است.

بیشتر بخوانید:

کربن نفس زمین را تنگ کرد/ انرژی کاملاً تجدیدپذیر، آخرین تلاش بشر برای حفظ حیات

این محقق ایرانی روشی برای مطالعه شمع‌هایی که از دیوارها و سازه‌های ساحلی پشتیبانی می‌کنند یا شمع‌هایی که در توربین‌های بادی ساحلی و فراساحلی استفاده می‌شود، ارائه داده است. جنبه‌های مختلف رفتار شمع از جمله بار جانبی سرشمع، سختی سیستم شمع خاک و لنگر حداکثری شمع در این مطالعه تجزیه و تحلیل شد. همچنین مقاطع هندسی و مدول الاستیسیته شمع تحت بار جانبی سیکلی نیز بررسی شد. الاستیسیته به معنای مقاومت هر جسم در برابر تغییر شکل‌های ناشی از اعمال نیرو و بازگشت به شکل و اندازه اولیه پس از حذف نیرو است.

بررسی‌ها حاکی از آن است که روش محقق ایرانی از لحاظ اقتصادی به صرفه است و اطلاعات به دست آمده از آن منجر به تشکیل پایگاه اطلاعاتی مطمئنی برای مطالعات عددی و طراحی شده است.

شمع چیست؟

در توربین‌های بادی زمینی که برج به طور مستقیم در فونداسیون متصل است از فولاد و بتن برای استقامت فونداسیون استفاده می‌شود. در برخی از این توربین‌ها شمع به کار می‌رود که معمولا قسمت برج با استفاده از گروت به شمع متصل می‌شود. شمع‌ها یکی از رایج‌ترین نوع فونداسیون برای توربین‌های بادی به شمار می‌روند و وظیفه اصلی آنها در یک توربین ثابت نگه داشتن سازه است.

شمع‌ها اعضای بلند و باریکی هستند که مانند ستون در خاک قرار می‌گیرند و بارهای افقی و عمودی را تحمل می‌کنند. محقق ایرانی شمع‌ها را برای باربری افقی مدنظر گرفت. بارهای افقی نیز می‌توانند ثابت یا متغیر باشند.

طراحی توربین‌های بادی بهینه می‌شود

طراحی شمع‌های مورد نیاز برای توربین‌های بادی پروژه‌ای پرهزینه است. حال نتایج مطالعات این دانش‌آموخته دانشگاه امیرکبیر می‌تواند طراحی شمع‌ها را از نظر اقتصادی بهینه کند. در این روش نوین ابتدا تست‌های آزمایشگاهی روی مدل فیزیکی و در مقیاس کوچک انجام می‌شود. در مرحله بعدی فرکانس ثابتی روی شمع‌های مدل با هندسه مقطع به صورت دو طرفه بارگذاری می‌شود، سپس دامنه جابه‌جایی ثابت به سر شمع موجود در مخزن آزمایشی پر از ماسه اعمال می‌شود.

در این مطالعه شرایط شمع در ماسه و در حالت خشک و سست تجزیه و تحلیل شد. نتایج تعیین شکل مقطع شمع نیز در یک طرح بهینه مشخص شده با این حال لازم است در تحقیقات آتی خاک مورد استفاده در آزمایش‌ها گسترش یابد و آزمایش‌ها در نمونه‌های متراکم‌تر ماسه، خاک رس و لایه‌های موجود در سایت‌های نزدیک ساحل نیز انجام شود. در گام بعدی تحقیقات حالت‌های مختلف بارگذاری مانند حالت زهکشی جزئی، زهکشی نشده و یک طرفه نیز بررسی می‌شود که می‌تواند در بهینه‌سازی طراحی شمع‌ها مفید واقع شود.

کاربردهای روش نوین در حوزه‌های مختلف

نتایج این مطالعه برای بهینه‌سازی طراحی شمع‌هایی به کار می‌رود که در مناطق ساحلی و فراساحلی قرار می‌گیرند. این نوع توربین‌ها اغلب تحت بارهای جانبی سیکلی ناشی از امواج دریا قرار دارند. روش به کار رفته در این مطالعه در مقایسه با آزمایش‌های میدانی و سانتریفیوژ مقرون‌ به صرفه‌تر است، همچنین امکان مطالعات پارامتریک گسترده در یک محیط کنترل شده مناسب را فراهم می‌کند.

بیشتر بخوانید:

توربین‌های بادی شناور؛ راه‌حلی برای مشکلات حوزه انرژی

بررسی رفتار شمع‌های مورد استفاده در مناطق ساحلی و فراساحلی با فرکانس کم انجام می‌شود، برای مطالعه اثرات نیروهای ناشی از امواج آب نیز از فرکانس‌های پایین استفاده می‌شود. وقتی تعداد سیکل‌های بارگذاری در هر ثانیه افزایش می‌یابد، فرکانس بالا می‌رود. بنابراین با استفاده از این دستگاه می‌توان اثرات بار زلزله را نیز بررسی کرد. اثرات ناشی از بار زلزله معمولا فرکانس بالاتری دارند.

انتهای پیام/۴۰۲۱/پ