کتاب مرجع کاربردی طراحی بهره‌برداری و نگهداری توربین‌های بادی

محتوا کتاب شامل :

• انواع توربین‌های بادی و اصول کارکرد آنها
• بررسی بارگذاری ارتعاشات و خستگی وارد بر توربین
• بررسی اجرای سیستم‌های مکانیکی و الکتریکی
• بررسی نصب، راه اندازی و ایمنی توربین

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 پيشينه تاريخی

۱-۳ اهميت انرژی‌های تجديد‌پذير

۱-۴ مسائل فنی

۱-۵ توسعه مزرعه بادی

۱-۶ مکان‌يابی توربين بادی

۱-۷ فن‌آوری‌های جديد و آينده

۱-۸ طرح کلی کتاب

  فصل دوم: کتاب مرجع کاربردی طراحی بهره‌برداری و نگهداری توربین‌های بادی : انرژی باد

۲-۱ مقدمه

۲-۲ انرژي يک جسم در حال حرکت

۲-۳ انرژي سيال در حال حرکت

۲-۳-۱ سيالات در حال حرکت در لوله

۲-۳-۲ سيال در حال حرکت بدون هيچ مرزي

۲-۴ توان باد

۲-۵ توان جذب شده توسط يک توربين

۲-۶ تغييرات سرعت باد

۲-۶-۱ تغييرات سرعت باد با زمان

۲-۶-۲ تغييرات سرعت باد با ارتفاع

۲-۶-۳ تغييرات سرعت باد با عوارض زميني

۲-۶-۴ تغييرات سرعت باد با منطقه جغرافيايی

فصل سوم: اصول پايه

۳-۱ مقدمه

۳-۲ نيروي باد

۳-۳ نيروي ‌آيروديناميک

۳-۴ ضرايب ليفت و درگ

۳-۵ ‌ايرفويل‌ها

فصل چهارم: انواع توربين بادی: تجزيه و تحليل و مشخصات

۴-۱ مقدمه

۴-۲ دسته‌بندی توربين‌ها

۴-۳ توربين بادی پروانه‌ای

۴-۳-۱ پره‌های توربين بادی پروانه‌ای و نيروی باد

۴-۳-۲ پيچش پره

۴-۳-۳ انحراف به سمت باد و خلاف جهت باد

۴-۴  H- روتور

۴-۵ توربين داريوس

۴-۶ روتور ساونيوس

فصل پنجم: توربين بادی سه‌پره‌ای نوع پروانه‌ای و اجزای آن

۵-۱ مقدمه

۵-۲ اجزاي مکانيکی

۵-۲-۱ برج

۵-۲-۲ فونداسيون

۵-۲-۳ روتور (پره‌ها و‌ هاب)

۵-۲-۳-۱ هاب روتور فولادی ريخته‌گری شده براي روتورهای سه‌پره

۵-۲-۳-۲ مفاهيم هاب روتور براي روتورهای دو پره

۵-۲-۴ ناسل

۵-۲-۴-۱ رويه طراحی و مفهوم حمل بار

۵-۲-۴-۲ شکل خارجی – جنبه‌های زيبايی‌شناسی

۵-۲-۵ گيربکس

۵-۲-۶ ‌ترمز توربين

۵-۳ اجزاي الکتريکی

۵-۳-۱ ژنراتورها

۵-۳-۱-۱ نصب ژنراتور الکتريکی

۵-۳-۲ ‌ترانسفورماتورها

۵-۳-۳ مکانيزم گام پره

۵-۳-۳-۱ ياتاقان‌های پره روتور

۵-۳-۳-۲ سيستم‌های گام پره هيدروليکی

۵-۳-۳-۳ سيستم‌های گام پره الکتريکی

۵-۳-۳-۴ سيستم گام پره غيرفعال

۵-۴ ساير اجزا

فصل ششم: تعيين توان در توربين بادی نوع پروانه‌ای

۶-۱ مقدمه

۶-۲ توان مکانيکی

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 مکانيکی در يک توربين

۶-۴-۱ اثر تغيير سرعت زاويه‌ای و نسبت سرعت نوک پره در يک توربين

۶-۴-۲ اثر تغيير زاويه گام پره

۶-۵ تغيير توان توربين با سرعت زاويه‌ای

۶-۶ توليد روزانه انرژي توسط يک توربين

۶-۶-۱ بيان مسئله

۶-۶-۲ پاسخ

۶-۶-۳ توربين‌های با زاويه گام متغير

۶-۷ توليد انرژي سالانه

فصل هفتم: کتاب مرجع کاربردی طراحی بهره‌برداری و نگهداری توربین‌های بادی الکتريسيته و توليد برق از انرژی باد

۷-۱ مقدمه

۷-۲ جريان AC و DC

۷-۳ پارامترهای الکتريکی

۷-۳-۱ جريان الکتريکی ، جهت جريان و فرکانس

۷-۳-۲ ولتاژ و توان

۷-۴ ماشين‌های الکتريکی

۷-۴-۱ موتورهای الکتريکی

۷-۴-۲ ژنراتورهای الکتريکی

۷-۵ ماشين‌های DC

۷-۵-۱ نکات عمومی

۷-۵-۲ نکات عملی در ارتباط با ماشين‌های DC

۷-۶ ماشين‌های AC

۷-۶-۱ نکات عموميی

۷-۶-۲ نکات عملی در ارتباط با ماشين‌های AC

۷-۷ منبع و بار در مدارهای الکتريکی

۷-۷-۱ اتصال بارها به يک منبع

۷-۷-۲ اتصال ژنراتورها به يکديگر

۷-۷-۳ اتصال توربين‌های بادي به يکديگر

فصل هشتم: اتصال به شبکه

۸-۱ مقدمه

۸-۲ توان الکتريکی

۸-۲-۱ توان در جريان الکتريکی DC

۸-۲-۲ توان در جريان الکتريکی AC

۸-۲-۲-۱ بارهای خازنی و القائی و زاويه فاز

۸-۲-۲-۲ توان فعال، توان واکنشی و توان ظاهری

۸-۲-۲-۳ توان در جريان الکتريکی AC سه‌فاز

۸-۳ الزامات شبکه

۸-۴ هماهنگی و کيفيت توان

۸-۵ توربين بادی به عنوان يک ژنراتور مجزا

۸-۶ جزيره‌ای شدن

فصل نهم: استفاده از گيربکس و چرخ‌دنده‌ها در توربين بادی

۹-۱ مقدمه

۹-۲ اصول مقدماتی گيربکس

۹-۲-۱ انواع چرخ‌دنده بر اساس محور چرخ‌دنده

۹-۲-۲ انواع چرخ‌دنده‌ها بر اساس شکل دندانه

۹-۲-۳ ديگر انواع چرخ‌دنده‌ها

۹-۲-۴ چرخ‌دنده‌های سياره‌ای

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 سياره‌ای

۹-۴ روابط سرعت و گشتاور

۹-۵ نيروهای وارد بر چرخ‌دنده‌ها

۹-۶ اصطکاک و سايش

۹-۷ روانکاری و خنک‌کاری

۹-۸ بازده

۹-۹ پس‌زني در چرخ‌دنده‌ها

۹-۱۰ مشکلات عمومی ‌در چرخ‌دنده‌ها و شکست چرخ‌دنده

فصل دهم: کنترل توربين‌های بادی (بخش اول: قسمت‌های مکانيکی)

۱۰-۱ مقدمه

۱۰-۲ توان بر حسب سرعت باد

۱۰-۳ اندازه‌گيری سرعت باد

۱۰-۴ محاسبات توان

۱۰-۵ کيفيت توان خروجی و الزامات

۱۰-۶ کنترل گام پره

۱۰-۷ منحني توان عملکرد توربين

۱۰-۸ کنترل انحراف

۱۰-۹ ترمز دستی

۱۰-۱۰ کنترل خطا

فصل يازدهم: کنترل توربين‌های بادی (بخش دوم: قسمت‌های برقی)

۱۱-۱ مقدمه

۱۱-۲ ژنراتورهای جريان مستقيم

۱۱-۳ ژنراتورهای سنکرون

۱۱-۴ ژنراتورهای آسنکرون يا القايی

۱۱-۴-۱ مشخصه‌های ژنراتورهای القايی

۱۱-۴-۲ ژنراتورهای القايی دو‌سو‌تغذيه

۱۱-۵ حالت‌های عملکردی توربين‌های بادی

۱۱-۵-۱ حالت تحريک مستقيم

۱۱-۵-۲ حالت سرعت ثابت

۱۱-۵-۳ حالت سرعت متغير

۱۱-۵-۴ حالت ژنراتور قفس‌سنجابی

۱۱-۵-۵ حالت لغزش متغير

۱۱-۵-۶ لغزش متغير با ژنراتور القايی دو‌سو‌تغذيه

۱۱-۶ طرح‌های کنترل توربين‌های بادی

 فصل دوازدهم: تجهيزات الکتريکی فرعی

۱۲-۱ مقدمه

۱۲-۲ ترانسفورماتورها

۱۲-۲-۱ رابطه ولتاژ

۱۲-۲-۲ رابطه جريان

۱۲-۲-۳ بازده ترانسفورماتور

۱۲-۲-۴ رده‌بندی توان ترانسفورماتور

۱۲-۲-۵ ديگر اطلاعات مفيد درباره ترانسفورماتورها

۱۲-۲-۶ ترانسفورماتورهای سه‌فاز

۱۲-۲-۷ مثال‌ها

۱۲-۳ يکسوکننده‌ها

۱۲-۴ مبدل‌ها

۱۲-۵ بادسنج و بادنما

فصل سيزدهم: کتاب مرجع کاربردی طراحی بهره‌برداری و نگهداری توربین‌های بادی پره توربين بادی و انتخاب مواد

۱۳-۱ مقدمه

۱۳-۲ جنس مواد

۱۳-۳ بال‌هاي هواپيما به عنوان مدل

۱۳-۴ طراحی‌های تجربی پره‌های روتور در گذشته

۱۳-۴-۱ طراحی‌های پرچ شده از جنس آلومينيوم

۱۳-۴-۲ طراحی‌های از جنس فولاد

۱۳-۴-۳ ساختار سنتی با چوب

۱۳-۵ پره‌های مدرن کامپوزيتی تقويت‌شده با الياف

۱۳-۵-۱ مواد کامپوزيت تقويت‌شده با الياف و تکنيک‌های ساخت

۱۳-۵-۲ طراحی‌های پيشين از جنس کامپوزيت‌های تقويت‌شده با الياف

۱۳-۵-۳ طراحی استاندارد کنونی

۱۳-۵-۴ کامپوزيت‌های چوب/اپوکسی

۱۳-۶ اتصال پره به هاب روتور

۱۳-۷ مقايسه طراحی‌های مختلف پره روتور

۱۳-۸ ترمزهای آيروديناميک بر روي روتورهای دارای کنترل استال

۱۳-۹ محافظت در برابر صاعقه

۱۳-۱۰ هشدار در برابر يخ‌زدگی و يخ‌زدايی

فصل چهاردهم: برج توربين

۱۴-۱ مقدمه

۱۴-۲ پيکره‌بندی‌های برج

۱۴-۳ برج‌های خود ايستای ساخته شده از لوله‌های فولادی

۱۴-۳-۱ طراحی استحکام و سفتی

۱۴-۳-۲ تکنيک‌های توليد و ساخت

۱۴-۳-۳ تجهيزات صعود و تاسيسات داخلی

۱۴-۴ برج‌های مشبک

۱۴-۵ برج‌های بتنی

۱۴-۶ مقايسه مفاهيم برج‌های مختلف

۱۴-۷ فونداسيون

فصل پانزدهم: بارگذاری توربين

۱۵-۱ مقدمه

۱۵-۲ بارها در توربين بادی

۱۵-۳ منابع بارگذاری

۱۵-۳-۱ جريان هوای يکنواخت و حالت پايدار

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 اينرسی

۱۵-۴ فرضيات بار طراحی

۱۵-۴-۱ کلاس‌های توربين بادی

۱۵-۴-۲ شرايط باد نرمال

۱۵-۴-۳ شرايط باد شديد

۱۵-۴-۴ ديگر تأثيرات زيست‌محيطی

۱۵-۵ حالات بار

۱۵-۵-۱ عملکرد نرمال

۱۵-۵-۲ نقص‌های فنی

۱۵-۶ بارهای نهايی و بارگذاری خستگی

۱۵-۶-۱ بارهای نهايی

۱۵-۶-۲ طيف بار خستگی

۱۵-۷ محاسبات بارهای خستگی و تنش‌های سازه‌ای

۱۵-۷-۱ مدل‌های رياضی و روش محاسبه

۱۵-۷-۲ پاسخ ديناميکی سازه و استحکام خستگی

۱۵-۸ تاثير مشخصه‌هايی 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-متغير

۱۵-۹ داده‌های آزمون و تجهيزات تست

۱۵-۹-۱ آزمايش‌های بستر آزمون

۱۵-۹-۲ سيستم‌های اکتساب داده‌ها و اندازه‌گيری‌های ميدانی

۱۵-۱۰ استانداردها و گواهينامه توربين‌های بادی

۱۵-۱۰-۱ استانداردهای مهم بين‌المللی و ملی طراحی

۱۵-۱۰-۲ صدور گواهينامه برای توربين‌های بادی

فصل شانزدهم: مسائل ارتعاشی

۱۶-۱ مقدمه

۱۶-۲ پايداري آيروالاستيک‌پره‌های روتور

۱۶-۳ ارتعاش پيچشی مجموعه محرک

۱۶-۳-۱ مدل رياضی

۱۶-۳-۲ مدل‌های مکانيکی براي کوپلينگ شبکه الکتريکی

۱۶-۳-۳ فرکانس‌های طبيعی و مودهای ارتعاشی

۱۶-۳-۴ تحريک‌ها و تشديدها

۱۶-۴ ديناميک سيستم ياو

۱۶-۴-۱ مدلسازی و ممان‌های حول محور ياو

۱۶-۴-۲ تحريک و تشديدها

۱۶-۵ ارتعاشات کل توربين بادی

۱۶-۵-۱ سفتي برج

۱۶-۵-۲ مشخصات ارتعاشی توربين‌های بادی موجود

۱۶-۵-۳ شبيه‌سازی رياضی

فصل هفدهم از کتاب توربین‌های بادی: توربين‌های بادی فراساحلی

۱۷-۱ مقدمه

۱۷-۲ انرژی بادی فراساحلی در دريای شمال و دريای بالتيک

۱۷-۲-۱ شرايط اقيانوس‌شناسی و منابع باد

۱۷-۲-۲ اولين پارک‌های بادی فراساحلي

۱۷-۲-۳ تاسيسات تجاری

۱۷-۳ رويه صدور مجوز

۱۷-۳-۱ موقعيت قانونی

۱۷-۳-۲ معيارهای صدور مجوز

۱۷-۴ تکنولوژی استقرار سازه‌های فراساحلی

۱۷-۴-۱ الزامات فنی برای توربين‌های بادی

۱۷-۴-۲ فونداسيون بر روی کف دريا

۱۷-۴-۳ زيرساخت‌های الکتريکی

۱۷-۴-۴ حمل و نقل، نصب و تعمير و نگهداری

فصل هجدهم از کتاب توربین‌های بادی: مسائل اقتصادی انرژی بادی

۱۸-۱ مقدمه

۱۸-۲ اصول اقتصادی

۱۸-۳ هزينه‌های اوليه پروژه توربين بادي

۱۸-۳-۱ هزينه توربين

۱۸-۳-۲ نصب

۱۸-۳-۳ حمل و نقل

۱۸-۳-۴ اتصال به شبکه

۱۸-۳-۵ هزينه‌های حقوقی و ساير هزينه ها

۱۸-۴ هزينه‌های عملياتی

۱۸-۴-۱ هزينه‌های بهره‌برداری

۱۸-۴-۲ هزينه تعمير و نگهداری

۱۸-۵ مقايسه با ديگر منابع انرژی

۱۸-۶ هزينه به ازای هر واحد

۱۸-۷ مطالعه موردی

فصل نوزدهم از کتاب توربین‌های بادی: مسائل زيست‌محيطی

۱۹-۱ مقدمه

۱۹-۲ مزارع بادی واقع در خشکی

۱۹-۳ سر و صدا

۱۹-۴ چشم‌انداز مناظر طبيعی

۱۹-۴-۱ درخشش و چشمک زدن

۱۹-۵ چشم‌انداز توربين‌ها

۱۹-۶ تاثير بر روی پرندگان

۱۹-۷ تداخل فرکانس راديويی و تاثير بر روي ارتباطات

۱۹-۸ مزارع بادی فراساحلی

۱۹-۹ تاثيرات بر روی پرندگان و موجودات دريايی

فصل بيستم: نصب توربين بادی و بهره‌برداری از آن

۲۰-۱ مقدمه

۲۰-۲ توسعه پروژه

۲۰-۳ مشکلات حمل و نقل

۲۰-۴ نصب در سايت

۲۰-۴-۱ توربين‌هاي بادي کوچک و متوسط

۲۰-۴-۲ توربين‌های بادی بزرگ

۲۰-۵ اتصال به شبکه

۲۰-۶ راه‌اندازی

۲۰-۷ حالت عملياتی و نظارت

۲۰-۷-۱ نظارت بر بهره‌برداری و عملکرد

۲۰-۷-۲ نظارت بر مزارع بادی بزرگ

۲۰-۸ تعمير و نگهداری

۲۰-۸-۱ تعمير و نگهداری جاري

۲۰-۸-۲ علل آسيب و ريسک تعميرات

فصل بيست و يكم از کتاب توربین‌های بادی: ايمني و مسائل ديگر

۲۱-۱ مقدمه

۲۱-۲ ايمنی و کار با توربين‌های بادی

۲۱-۳ ايمنی عملياتی و استحکام ساختاری اجزای توربين

۲۱-۳-۱ استحکام ساختاری پره‌های روتور

۲۱-۳-۲ توقف روتور

۲۱-۳-۳ ناپايداری ارتعاشی

۲۱-۳-۴ ايمنی تجهيزات الکتريکی

۲۱-۴ تاثيرات دما و تغييرات محيط

۲۱-۵ محافظت در برابر صاعقه

۲۱-۶ تشکيل يخ بر روي پره‌ها

۲۱-۷ ترافيک هوايی

۲۱-۸ انرژی بادی در مناطق شهری

۲۱-۸-۱ ايمنی

۲۱-۸-۲ جنبه‌های زيست‌محيطی

۲۱-۸-۳ اقتصاد

۲۱-۸-۴ مسائل فنی و عملی

فصل بيست و دوم از کتاب توربین‌های بادی: کار بر روی توربين‌های بادی و ايمنی اپراتور 

۲۲-۱ مقدمه

۲۲-۲ محيط کار

۲۲-۳ خطرات احتمالی

۲۲-۴ قوانين ايمنی عام

۲۲-۵ قوانين ايمنی استاندارد و مقررات رسمی

۲۲-۶ تجهيزات صعود

۲۲-۷ به حداقل رساندن خطر

منابع و مآخذ کتاب توربین‌های بادی