پایان نامه بررسی حضور نیروگاه بادی در شبکه از لحاظ هارمونیکی و بهبود آن با استفاده از ادوات FACTS

پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد در رشته برق قدرت

فصل اول

کلیاتی درباره انرژی باد و توربین بادی

پیشگفتار

عرضه و تقاضای انرژی در جهان به صورت یکی از مهمترین مسائل روز در آمده است،به طوری که جهان تا پایان قرن بیستم و حتی بعد از آن به طور جدی در گیر آن خواهد بود. انرژیهای فسیلی مانند نفت،گاز و زغال سنگ سر انجام روزی به انرژی دارد دچار یک چالش جدید بزرگ خواهد شد. سبب شده است که کشور های توسعه یافته صنعتی با جدیت هر چه تمام تر استفاده از سایر انرژیهای نو را مورد توجه قرار دهند. استفاده از انرژی خورشید، باد و امواج، زمین گرمایی،هیدروژن، زیست توده و ... که به انرژیهای نو موسومند، مستلزم مطالعات و تحقیقات فراوانی می باشد که قبل از استفاده باید انجام گیرند. هم اکنون در کشورهای توسعه یافته سالهاست که مطالعات دامنه داری در این زمینه آغاز شده است.

مقدمه

گستردگی نیاز انسان به منابع انرژی همواره از مسائل اساسی مهم در زندگی بشر بوده و تلاش برای دستیابی به یک منبع تمام نشدنی انرژی از آرزو های دیرینه انسان بود است.

از نقوش حک شده بر دیوار غارها می توان دریافت که بشر اولیه توانسته بود نیروی ماهیچه ای را به عنوان یک منبع انرژی مکانیکی به خوبی شناخته و از آن استفاده کند. ولی از آنجایی که این نیرو بسیار محدود و ضعیف است انسان همواره در تصورات خود نیرویی تمام نشدنی را جستجو می کرد که همواره در هر زمان و مکان در دسترس باشد. این موضوع را می توان در داستانهای مختلف که ساخته تخیل ذهن بشر نخستین بوده، به خوبی در یافت. کم کم با پیشرفت تمدن بشری، چوب و...پس از آن زغال سنگ، نفت و گاز وارد بازار انرژی گردیدند. اما بدلیل افزایش روز افزون نیاز به انرژی و محدودیت منابع فسیلی از یک سو افزایش آلودگی محیط زیست ناشی از سوزاندن این منابع از سوی دیگر استفاده از انرژی های تجدید پذیر را روز به روز با اهمیت تر و گسترده تر است. انرژی باد یکی از انواع اصلی انرژی های تجدید پذیر می باشد که از دیر باز ذهن بشر را به خود معطوف کرده بود.به طوری که وی همواره به فکر کاربرد این انرژی در صنعت بوده است. بشر از انرژی باد برای به حرکت درآوردن قایقها و کشتی های بادبانی و آسیابهای بادی استفاده می کرده است. در شرایط کنونی نیز با توجه به موارد ذکر شده و توجیه پذیری اقتصادی باد در مقایسه با سایر منابع انرژی های نو، پرداختن به انرژی باد داری حیاتی و ضروری به نظر می رسد. در کشور ما ایران قابلیتها و پتانسیل های مناسبی جهت نصب و راه اندازی توربین های برق بادی وجود دارد. که با توجه به توجیه پذیری آن و تحقیقات،مطالعات و سرمایه گذاری که دراین زمینه صورت گرفته، توسعه و کاربرد این تکنولوژی چشم انداز روشنی را فراروی سیاست گذاران بخش انرژی کشور در این زمینه قرار داده است.

کلیاتی در باره انرژی باد

1-1 تاریخچه

بشر از زمانهای بسیار دور به نیروی لایزال باد پی برده و سالها بود که از این انرژی برای به حرکت درآوردن کشتی ها و آسیابهای بادی بهره می گرفت.طی سالیان دراز ثابت شده است که می توان انرژی باد را به انرژی مکانیکی تبدیل کرد و مورد استفاده قرار داد.منابع تاریخی نشان می دهند که ساخت آسیابها در ایران ، عراق، مصر و چین قدمت باستانی داشته و در این تمدنها از آسیابهای بادی برای خرد کردن دانه ها و پمپاژ آب استفاده می شده است.

چنانچه از شواهد تاریخی بر می آید، در قرن17 قبل از میلادهامورابی پادشاه بابل طرحی ارائه داده بود تا بتوان به کمک آن دشت حاصلخیز بین النهرین را توسط انرژی حاصل از باد آبیاری نمود. آسیابهایی که در آن زمان ساخته می شدند از نوع ماشینهای محور قائم و شبیه آنهایی هستند که امروزه آثار آنها در نواحی خواف و تایباد ایران به چشم می خورد.ایرانیان اولین کسانی بودند که در حدود 200 سال قبل از میلاد مسیح برای آرد کردن غلات از آسیابهای بادی با محور قائم استفاده کرده اند.مثلاً در کتابهای قدیمی نوشته اند: دیار سیستان دیار باد و ریگ است و همان شهری است که گویند باد آنجا آسیابها را گرداند و آب از چاه کشد و باغها را سیراب کند و در همه دنیا شهری نیست که بیشتر از آنجا از باد سود ببرد. و نیز نوشته اند که در سیستان بادهای سخت مدام می وزد و به همین سبب در آنجا آسیاب های بادی برای آرد کردن گندم ساخته اند.از دیگر استانها دارای قدمت کاربرد انرژی باد می توان به کرمان ،اصفهان، و یزد اشاره نمود که در این مکانها در زمانهای قدیم برای خنک کردن منازل از کانالهای مخصوص جهت هدایت باد استفاده می کردند.بعد از ایران کشورهای عربی و اروپایی پی به قدرت باد برای تبدیل انرژی بردند.در قرن سوم قبل از میلاد، یک محقق مصری که در زمینه نیروی هوای فشرده تحقیق می کرد، آسیاب بادی چهار پره ای را با محور افقی طراحی نمود که از هوای فشرده آن جهت نواختن یک ارگ استفاده می کرد. با توجه به شواهد موجود می توان ادعا کرد که زادگاه ماشینهای بادی از نوع محور قائم، حوزه شرقی مدیترانه و چین  بوده است. در قرن وسطی، آسیابهای بادی در ایتالیا ، فرانسه،اسپانیا و پرتقال متداول گردید و کمی بعد در بریتانیا،هلند و آلمان نیز بکار گرفته شد. برخی از مورخان اظهار داشته اند که ورود این آسیابها به اروپا را باید شرکت کنندگان در جنگلهای طبیعی دانست که از خاورمیانه باز می گشتند. آسیابهای بادی که در اروپا ساخته می شدند. از نوع آسیابهای بادی محور افقی و چهار پره بودند که برای آرد کردن حبوبات و گندم بکار می رفتند.مردم هلند آسیابهای بادی را از سال 1350 میلادی به منظور خشک کردن زمین های پست ساحلی و همچنین گرفتن روغن از دانه ها و بریدن چوب و تهیه پودر رنگ برای رنگرزی به کار گرفتند. آنچه که هلند را در قرن هفدهم میلادی در زمره غنی ترین و صنعتی ترین مردم اروپا قرار اد، صنعت کشتی سازی و ساخت آسیبهای بادی در آن کشور بود. توربین های بادی بتنی که شامل پره های متعدد هستند بعدها متداول شدند. در آغاز قرن بیستم اولین توربین های بادی سریع و مدرن ساخته شدند.امروزه فعالترین کشورها در این زمینه، آلمان، اسپانیا، دانمارک، هندوستان و آمریکا می باشند.

1-2  منشاء باد

هنگامی که تابش خورشید بطور نامساوی به سطوح ناهموار زمین می رسد سبب ایجاد تغییرات در دما و فشار می گردد و در اثر این تعییرات باد بوجود می آید. همچنین اتمسفر کره زمین به دلیل حرکت وضعی زمین، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که این امر نیز باعث بوجود آمدن باد می گردد. جریانات اقیانوسی نیز به صورت مشابه عمل نموده و عامل30% انتقال حرارت کلی در جهان می باشند. در مقیاس جهانی این جریانات اتمسفری به صورت یک عامل قوی جهت انتقال حرارت گرما می نمایند. دوران کره زمین نیز می تواند در برقراری الگوهای نیمه دائم جریانات سیاره ای در اتمسفر، انرژی مضاعف ایجاد نماید. سپس همانطور که عنوان شد باد یکی از صورتهای مختلف انرژی حرارت خورشیدی می باشد که دارای یک الگوی نیمه پیوسته میباشد تغییرات سرعت باد،ساعتی، روزانه و فصلی  بوده و متاثر از هوا و توپوگرافی سطح زمین می باشد.بیشتر منابع انرژی باد در نواحی و کوهستانی واقع شده اند.