کتاب مرجع کاربردی طراحی بهره‌برداری و نگهداری توربین‌های بادی

کتاب مرجع کاربردی طراحی بهره‌برداری و نگهداری توربین‌های بادی
کتاب توربین‌های بادی
توربین‌های امروزی در مقایسه با توربین‌های حتی یک دهه قبل، بسیار بزرگتر می‌باشند و روند حاکم به سمت تولید ماشین‌هایی هنوز هم بزرگتر می‌باشد. اگرچه ممکن است این چنین به نظر نرسد، ولی توربین‌های بادی ماشین‌های پیچیده‌ای از لحاظ کنترل می‌باشند، به خصوص اگر نیاز به کارایی بالا و بازده مناسب باشد.
عملکرد ایمن و بالای این ماشین‌ها تنها از طریق پیشرفت‌های فن‌آوری در سیستم‌های کنترل، الکترونیک، ارتباطات و غیره و ادغام آنها قوانین مکانیکی حاکم بر رفتار این ماشین‌های امکان پذیر است.
درک قوانین طبیعت و رفتار یک توربین بادی و شیوه کنترل عملکرد آن به صورت مطلوب، “تکنولوژی توربین بادی” نامیده می‌شود. درک چگونگی عملکرد توربین‌های بادی، کار کردن آنها و انجام تحقیقات و توسعه بیشتر در زمینه کارکرد آنها، مستلزم داشتن آگاهی در زمینه انواع مختلف دانش تخصصی می‌باشد.
مطالب مربوط به توربین‌های بادی بسیار گسترده می‌باشد. در طول ۳۰ سال گذشته تحقیقات گسترده‌ای بر روی موضوعات مرتبط انجام شده است که گنجاندن تمامی آنها در یک کتاب امکانپذیر نمی‌باشد. با این حال همانطور که انتظار می‌رود، هر کتاب با در نظر داشتن یک هدف خاص نوشته شده و گروه معینی از خوانندگان را مخاطب قرار می‌دهد.
مخاطب این کتاب، دانشجویان رشته‌های مهندسی با معلومات قبلی کم و یا هیچگونه پیش زمینه‌ای در برخی موضوعات مرتبط ضروری، می‌باشند. این کتاب همچنین برای متخصصان زمینه توربین‌های بادی نیز مفید می‌باشد.
فهرست مطالب کتاب توربین‌های بادی
فصل اول: مقدمه کتاب توربین‌های بادی
۱-۱ مقدمه
۱-۲ پیشینه تاریخی
۱-۳ اهمیت انرژی‌های تجدید‌پذیر
۱-۴ مسائل فنی
۱-۵ توسعه مزرعه بادی
۱-۶ مکان‌یابی توربین بادی
۱-۷ فن‌آوری‌های جدید و آینده
۱-۸ طرح کلی کتاب
فصل دوم: کتاب مرجع کاربردی طراحی بهره‌برداری و نگهداری توربین‌های بادی : انرژی باد
۲-۱ مقدمه
۲-۲ انرژی یک جسم در حال حرکت
۲-۳ انرژی سیال در حال حرکت
۲-۳-۱ سیالات در حال حرکت در لوله
۲-۳-۲ سیال در حال حرکت بدون هیچ مرزی
۲-۴ توان باد
۲-۵ توان جذب شده توسط یک توربین
۲-۶ تغییرات سرعت باد
۲-۶-۱ تغییرات سرعت باد با زمان
۲-۶-۲ تغییرات سرعت باد با ارتفاع
۲-۶-۳ تغییرات سرعت باد با عوارض زمینی
۲-۶-۴ تغییرات سرعت باد با منطقه جغرافیایی
فصل سوم: اصول پایه
۳-۱ مقدمه
۳-۲ نیروی باد
۳-۳ نیروی ‌آیرودینامیک
۳-۴ ضرایب لیفت و درگ
۳-۵ ‌ایرفویل‌ها
فصل چهارم: انواع توربین بادی: تجزیه و تحلیل و مشخصات
۴-۱ مقدمه
۴-۲ دسته‌بندی توربین‌ها
۴-۳ توربین بادی پروانه‌ای
۴-۳-۱ پره‌های توربین بادی پروانه‌ای و نیروی باد
۴-۳-۲ پیچش پره
۴-۳-۳ انحراف به سمت باد و خلاف جهت باد
۴-۴ H- روتور
۴-۵ توربین داریوس
۴-۶ روتور ساونیوس
فصل پنجم: توربین بادی سه‌پره‌ای نوع پروانه‌ای و اجزای آن
۵-۱ مقدمه
۵-۲ اجزای مکانیکی
۵-۲-۱ برج
۵-۲-۲ فونداسیون
۵-۲-۳ روتور (پره‌ها و‌ هاب)
۵-۲-۳-۱ هاب روتور فولادی ریخته‌گری شده برای روتورهای سه‌پره
۵-۲-۳-۲ مفاهیم هاب روتور برای روتورهای دو پره
۵-۲-۴ ناسل
۵-۲-۴-۱ رویه طراحی و مفهوم حمل بار
۵-۲-۴-۲ شکل خارجی – جنبه‌های زیبایی‌شناسی
۵-۲-۵ گیربکس
۵-۲-۶ ‌ترمز توربین
۵-۳ اجزای الکتریکی
۵-۳-۱ ژنراتورها
۵-۳-۱-۱ نصب ژنراتور الکتریکی
۵-۳-۲ ‌ترانسفورماتورها
۵-۳-۳ مکانیزم گام پره
۵-۳-۳-۱ یاتاقان‌های پره روتور
۵-۳-۳-۲ سیستم‌های گام پره هیدرولیکی
۵-۳-۳-۳ سیستم‌های گام پره الکتریکی
۵-۳-۳-۴ سیستم گام پره غیرفعال
۵-۴ سایر اجزا
فصل ششم: تعیین توان در توربین بادی نوع پروانه‌ای
۶-۱ مقدمه
۶-۲ توان مکانیکی
۶-۲-۱ توان در حرکت خطی
۶-۲-۲ توان در حرکت دورانی
۶-۳ نمودارها
۶-۳-۱ مثال اول
۶-۳-۲ مثال دوم
۶-۴ توان مکانیکی در یک توربین
۶-۴-۱ اثر تغییر سرعت زاویه‌ای و نسبت سرعت نوک پره در یک توربین
۶-۴-۲ اثر تغییر زاویه گام پره
۶-۵ تغییر توان توربین با سرعت زاویه‌ای
۶-۶ تولید روزانه انرژی توسط یک توربین
۶-۶-۱ بیان مسئله
۶-۶-۲ پاسخ
۶-۶-۳ توربین‌های با زاویه گام متغیر
۶-۷ تولید انرژی سالانه
فصل هفتم: کتاب مرجع کاربردی طراحی بهره‌برداری و نگهداری توربین‌های بادی الکتریسیته و تولید برق از انرژی باد
۷-۱ مقدمه
۷-۲ جریان AC و DC
۷-۳ پارامترهای الکتریکی
۷-۳-۱ جریان الکتریکی ، جهت جریان و فرکانس
۷-۳-۲ ولتاژ و توان
۷-۴ ماشین‌های الکتریکی
۷-۴-۱ موتورهای الکتریکی
۷-۴-۲ ژنراتورهای الکتریکی
۷-۵ ماشین‌های DC
۷-۵-۱ نکات عمومی
۷-۵-۲ نکات عملی در ارتباط با ماشین‌های DC
۷-۶ ماشین‌های AC
۷-۶-۱ نکات عمومیی
۷-۶-۲ نکات عملی در ارتباط با ماشین‌های AC
۷-۷ منبع و بار در مدارهای الکتریکی
۷-۷-۱ اتصال بارها به یک منبع
۷-۷-۲ اتصال ژنراتورها به یکدیگر
۷-۷-۳ اتصال توربین‌های بادی به یکدیگر
فصل هشتم: اتصال به شبکه
۸-۱ مقدمه
۸-۲ توان الکتریکی
۸-۲-۱ توان در جریان الکتریکی DC
۸-۲-۲ توان در جریان الکتریکی AC
۸-۲-۲-۱ بارهای خازنی و القائی و زاویه فاز
۸-۲-۲-۲ توان فعال، توان واکنشی و توان ظاهری
۸-۲-۲-۳ توان در جریان الکتریکی AC سه‌فاز
۸-۳ الزامات شبکه
۸-۴ هماهنگی و کیفیت توان
۸-۵ توربین بادی به عنوان یک ژنراتور مجزا
۸-۶ جزیره‌ای شدن
فصل نهم: استفاده از گیربکس و چرخ‌دنده‌ها در توربین بادی
۹-۱ مقدمه
۹-۲ اصول مقدماتی گیربکس
۹-۲-۱ انواع چرخ‌دنده بر اساس محور چرخ‌دنده
۹-۲-۲ انواع چرخ‌دنده‌ها بر اساس شکل دندانه
۹-۲-۳ دیگر انواع چرخ‌دنده‌ها
۹-۲-۴ چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای
۹-۳ نسبت دنده
۹-۳-۱ نسبت دنده و نسبت سرعت در دو چرخ‌دنده
۹-۳-۲ نسبت دنده و نسبت سرعت در مجموعه‌های چرخ‌دنده‌ای
۹-۳-۳ نسبت سرعت در چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای
۹-۴ روابط سرعت و گشتاور
۹-۵ نیروهای وارد بر چرخ‌دنده‌ها
۹-۶ اصطکاک و سایش
۹-۷ روانکاری و خنک‌کاری
۹-۸ بازده
۹-۹ پس‌زنی در چرخ‌دنده‌ها
۹-۱۰ مشکلات عمومی ‌در چرخ‌دنده‌ها و شکست چرخ‌دنده
فصل دهم: کنترل توربین‌های بادی (بخش اول: قسمت‌های مکانیکی)
۱۰-۱ مقدمه
۱۰-۲ توان بر حسب سرعت باد
۱۰-۳ اندازه‌گیری سرعت باد
۱۰-۴ محاسبات توان
۱۰-۵ کیفیت توان خروجی و الزامات
۱۰-۶ کنترل گام پره
۱۰-۷ منحنی توان عملکرد توربین
۱۰-۸ کنترل انحراف
۱۰-۹ ترمز دستی
۱۰-۱۰ کنترل خطا
فصل یازدهم: کنترل توربین‌های بادی (بخش دوم: قسمت‌های برقی)
۱۱-۱ مقدمه
۱۱-۲ ژنراتورهای جریان مستقیم
۱۱-۳ ژنراتورهای سنکرون
۱۱-۴ ژنراتورهای آسنکرون یا القایی
۱۱-۴-۱ مشخصه‌های ژنراتورهای القایی
۱۱-۴-۲ ژنراتورهای القایی دو‌سو‌تغذیه
۱۱-۵ حالت‌های عملکردی توربین‌های بادی
۱۱-۵-۱ حالت تحریک مستقیم
۱۱-۵-۲ حالت سرعت ثابت
۱۱-۵-۳ حالت سرعت متغیر
۱۱-۵-۴ حالت ژنراتور قفس‌سنجابی
۱۱-۵-۵ حالت لغزش متغیر
۱۱-۵-۶ لغزش متغیر با ژنراتور القایی دو‌سو‌تغذیه
۱۱-۶ طرح‌های کنترل توربین‌های بادی
فصل دوازدهم: تجهیزات الکتریکی فرعی
۱۲-۱ مقدمه
۱۲-۲ ترانسفورماتورها
۱۲-۲-۱ رابطه ولتاژ
۱۲-۲-۲ رابطه جریان
۱۲-۲-۳ بازده ترانسفورماتور
۱۲-۲-۴ رده‌بندی توان ترانسفورماتور
۱۲-۲-۵ دیگر اطلاعات مفید درباره ترانسفورماتورها
۱۲-۲-۶ ترانسفورماتورهای سه‌فاز
۱۲-۲-۷ مثال‌ها
۱۲-۳ یکسوکننده‌ها
۱۲-۴ مبدل‌ها
۱۲-۵ بادسنج و بادنما
فصل سیزدهم: کتاب مرجع کاربردی طراحی بهره‌برداری و نگهداری توربین‌های بادی پره توربین بادی و انتخاب مواد
۱۳-۱ مقدمه
۱۳-۲ جنس مواد
۱۳-۳ بال‌های هواپیما به عنوان مدل
۱۳-۴ طراحی‌های تجربی پره‌های روتور در گذشته
۱۳-۴-۱ طراحی‌های پرچ شده از جنس آلومینیوم
۱۳-۴-۲ طراحی‌های از جنس فولاد
۱۳-۴-۳ ساختار سنتی با چوب
۱۳-۵ پره‌های مدرن کامپوزیتی تقویت‌شده با الیاف
۱۳-۵-۱ مواد کامپوزیت تقویت‌شده با الیاف و تکنیک‌های ساخت
۱۳-۵-۲ طراحی‌های پیشین از جنس کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف
۱۳-۵-۳ طراحی استاندارد کنونی
۱۳-۵-۴ کامپوزیت‌های چوب/اپوکسی
۱۳-۶ اتصال پره به هاب روتور
۱۳-۷ مقایسه طراحی‌های مختلف پره روتور
۱۳-۸ ترمزهای آیرودینامیک بر روی روتورهای دارای کنترل استال
۱۳-۹ محافظت در برابر صاعقه
۱۳-۱۰ هشدار در برابر یخ‌زدگی و یخ‌زدایی
فصل چهاردهم: برج توربین
۱۴-۱ مقدمه
۱۴-۲ پیکره‌بندی‌های برج
۱۴-۳ برج‌های خود ایستای ساخته شده از لوله‌های فولادی
۱۴-۳-۱ طراحی استحکام و سفتی
۱۴-۳-۲ تکنیک‌های تولید و ساخت
۱۴-۳-۳ تجهیزات صعود و تاسیسات داخلی
۱۴-۴ برج‌های مشبک
۱۴-۵ برج‌های بتنی
۱۴-۶ مقایسه مفاهیم برج‌های مختلف
۱۴-۷ فونداسیون
فصل پانزدهم: بارگذاری توربین
۱۵-۱ مقدمه
۱۵-۲ بارها در توربین بادی
۱۵-۳ منابع بارگذاری
۱۵-۳-۱ جریان هوای یکنواخت و حالت پایدار
۱۵-۳-۲ برش باد عمودی و باد جانبی
۱۵-۳-۳ تداخل برج
۱۵-۳-۴ اغتشاش باد و تندبادها
۱۵-۳-۵ بارهای گرانشی و اینرسی
۱۵-۴ فرضیات بار طراحی
۱۵-۴-۱ کلاس‌های توربین بادی
۱۵-۴-۲ شرایط باد نرمال
۱۵-۴-۳ شرایط باد شدید
۱۵-۴-۴ دیگر تأثیرات زیست‌محیطی
۱۵-۵ حالات بار
۱۵-۵-۱ عملکرد نرمال
۱۵-۵-۲ نقص‌های فنی
۱۵-۶ بارهای نهایی و بارگذاری خستگی
۱۵-۶-۱ بارهای نهایی
۱۵-۶-۲ طیف بار خستگی
۱۵-۷ محاسبات بارهای خستگی و تنش‌های سازه‌ای
۱۵-۷-۱ مدل‌های ریاضی و روش محاسبه
۱۵-۷-۲ پاسخ دینامیکی سازه و استحکام خستگی
۱۵-۸ تاثیر مشخصه‌هایی طراحی مفهومی بر بارگذاری
۱۵-۸-۱ تعداد پره‌های روتور
۱۵-۸-۲ لولاهای هاب روتور در روتور دو پره
۱۵-۸-۳ کنترل گام پره
۱۵-۸-۴ لغزش سرعت روتور و عملکرد سرعت-متغیر
۱۵-۹ داده‌های آزمون و تجهیزات تست
۱۵-۹-۱ آزمایش‌های بستر آزمون
۱۵-۹-۲ سیستم‌های اکتساب داده‌ها و اندازه‌گیری‌های میدانی
۱۵-۱۰ استانداردها و گواهینامه توربین‌های بادی
۱۵-۱۰-۱ استانداردهای مهم بین‌المللی و ملی طراحی
۱۵-۱۰-۲ صدور گواهینامه برای توربین‌های بادی
فصل شانزدهم: مسائل ارتعاشی
۱۶-۱ مقدمه
۱۶-۲ پایداری آیروالاستیک‌پره‌های روتور
۱۶-۳ ارتعاش پیچشی مجموعه محرک
۱۶-۳-۱ مدل ریاضی
۱۶-۳-۲ مدل‌های مکانیکی برای کوپلینگ شبکه الکتریکی
۱۶-۳-۳ فرکانس‌های طبیعی و مودهای ارتعاشی
۱۶-۳-۴ تحریک‌ها و تشدیدها
۱۶-۴ دینامیک سیستم یاو
۱۶-۴-۱ مدلسازی و ممان‌های حول محور یاو
۱۶-۴-۲ تحریک و تشدیدها
۱۶-۵ ارتعاشات کل توربین بادی
۱۶-۵-۱ سفتی برج
۱۶-۵-۲ مشخصات ارتعاشی توربین‌های بادی موجود
۱۶-۵-۳ شبیه‌سازی ریاضی
فصل هفدهم از کتاب توربین‌های بادی: توربین‌های بادی فراساحلی
۱۷-۱ مقدمه
۱۷-۲ انرژی بادی فراساحلی در دریای شمال و دریای بالتیک
۱۷-۲-۱ شرایط اقیانوس‌شناسی و منابع باد
۱۷-۲-۲ اولین پارک‌های بادی فراساحلی
۱۷-۲-۳ تاسیسات تجاری
۱۷-۳ رویه صدور مجوز
۱۷-۳-۱ موقعیت قانونی
۱۷-۳-۲ معیارهای صدور مجوز
۱۷-۴ تکنولوژی استقرار سازه‌های فراساحلی
۱۷-۴-۱ الزامات فنی برای توربین‌های بادی
۱۷-۴-۲ فونداسیون بر روی کف دریا
۱۷-۴-۳ زیرساخت‌های الکتریکی
۱۷-۴-۴ حمل و نقل، نصب و تعمیر و نگهداری
فصل هجدهم از کتاب توربین‌های بادی: مسائل اقتصادی انرژی بادی
۱۸-۱ مقدمه
۱۸-۲ اصول اقتصادی
۱۸-۳ هزینه‌های اولیه پروژه توربین بادی
۱۸-۳-۱ هزینه توربین
۱۸-۳-۲ نصب
۱۸-۳-۳ حمل و نقل
۱۸-۳-۴ اتصال به شبکه
۱۸-۳-۵ هزینه‌های حقوقی و سایر هزینه ها
۱۸-۴ هزینه‌های عملیاتی
۱۸-۴-۱ هزینه‌های بهره‌برداری
۱۸-۴-۲ هزینه تعمیر و نگهداری
۱۸-۵ مقایسه با دیگر منابع انرژی
۱۸-۶ هزینه به ازای هر واحد
۱۸-۷ مطالعه موردی
فصل نوزدهم از کتاب توربین‌های بادی: مسائل زیست‌محیطی
۱۹-۱ مقدمه
۱۹-۲ مزارع بادی واقع در خشکی
۱۹-۳ سر و صدا
۱۹-۴ چشم‌انداز مناظر طبیعی
۱۹-۴-۱ درخشش و چشمک زدن
۱۹-۵ چشم‌انداز توربین‌ها
۱۹-۶ تاثیر بر روی پرندگان
۱۹-۷ تداخل فرکانس رادیویی و تاثیر بر روی ارتباطات
۱۹-۸ مزارع بادی فراساحلی
۱۹-۹ تاثیرات بر روی پرندگان و موجودات دریایی
فصل بیستم: نصب توربین بادی و بهره‌برداری از آن
۲۰-۱ مقدمه
۲۰-۲ توسعه پروژه
۲۰-۳ مشکلات حمل و نقل
۲۰-۴ نصب در سایت
۲۰-۴-۱ توربین‌های بادی کوچک و متوسط
۲۰-۴-۲ توربین‌های بادی بزرگ
۲۰-۵ اتصال به شبکه
۲۰-۶ راه‌اندازی
۲۰-۷ حالت عملیاتی و نظارت
۲۰-۷-۱ نظارت بر بهره‌برداری و عملکرد
۲۰-۷-۲ نظارت بر مزارع بادی بزرگ
۲۰-۸ تعمیر و نگهداری
۲۰-۸-۱ تعمیر و نگهداری جاری
۲۰-۸-۲ علل آسیب و ریسک تعمیرات
فصل بیست و یكم از کتاب توربین‌های بادی: ایمنی و مسائل دیگر
۲۱-۱ مقدمه
۲۱-۲ ایمنی و کار با توربین‌های بادی
۲۱-۳ ایمنی عملیاتی و استحکام ساختاری اجزای توربین
۲۱-۳-۱ استحکام ساختاری پره‌های روتور
۲۱-۳-۲ توقف روتور
۲۱-۳-۳ ناپایداری ارتعاشی
۲۱-۳-۴ ایمنی تجهیزات الکتریکی
۲۱-۴ تاثیرات دما و تغییرات محیط
۲۱-۵ محافظت در برابر صاعقه
۲۱-۶ تشکیل یخ بر روی پره‌ها
۲۱-۷ ترافیک هوایی
۲۱-۸ انرژی بادی در مناطق شهری
۲۱-۸-۱ ایمنی
۲۱-۸-۲ جنبه‌های زیست‌محیطی
۲۱-۸-۳ اقتصاد
۲۱-۸-۴ مسائل فنی و عملی
فصل بیست و دوم از کتاب توربین‌های بادی: کار بر روی توربین‌های بادی و ایمنی اپراتور
۲۲-۱ مقدمه
۲۲-۲ محیط کار
۲۲-۳ خطرات احتمالی
۲۲-۴ قوانین ایمنی عام
۲۲-۵ قوانین ایمنی استاندارد و مقررات رسمی
۲۲-۶ تجهیزات صعود
۲۲-۷ به حداقل رساندن خطر
منابع و مآخذ کتاب توربین‌های بادی