وتبحث هذه الدراسة الإفرادية الحسابات الهندسية التي تنطوي عليها تصميم وتحليل توربينات الريح ثلاثي الميغاوات تعمل في ظروف مختلفة من الرياح، وتبرز العوامل الرئيسية التي تؤثر على أداء التربين والأساليب المستخدمة لضمان السلامة الهيكلية والكفاءة.

سرعة الرياح ونواتج الطاقة

الطاقة التي تولدها توربين الرياح تعتمد أساسا على سرعة الرياح العلاقة تتبع القانون المكعب حيث تُنتج زيادة طفيفة في سرعة الرياح زيادة كبيرة في إنتاج الطاقة

وبالنسبة إلى توربين ثلاث ميغاواط، تتراوح سرعة الرياح المُعدّلة عادة بين 12 و15 متراً في الثانية، وبدون هذه السرعة، ينتج التربين أقل قدرة، بينما يتجاوز سرعة التوقف، يتوقّف العمل لمنع الضرر.

حسابات القروض الهيكلية

وتؤمن الحسابات الهيكلية إمكانية تحمل التربينات على مختلف القوى الريحية، وتشمل هذه القوى حمولات الهوائية، وقوات الجاذبية، وآثار الغيست، وكثيرا ما يستخدم تحليل العناصر الحيوية لتحفيز توزيع الإجهاد عبر عناصر السوفت والبرج.

الحد الأقصى للشحنات تحدث خلال سرعة الرياح العالية، يتطلب التصميم لتضم هوامش الأمان، المواد يتم اختيارها على أساس قوتها ومقاومتها الدهون لتمديد فترة التربين.

عوامل الكفاءة والأداء

وتنظر حسابات الكفاءة في الحد الأقصى للبتز الذي ينص على أنه لا يمكن لأي توربين أن يلتقط أكثر من 59.3 في المائة من الطاقة الحركية في الرياح، وتخفض الكفاءة الفعلية بسبب الخسائر الميكانيكية والهيرودينامية.

وتُحدَّد المعايير التشغيلية مثل القذف بالبلود، والسيطرة على اليوطان، وكفاءة المولدات على النحو الأمثل استنادا إلى ظروف الرياح من أجل تحقيق أقصى قدر من إنتاج الطاقة والتقليل إلى أدنى حد من الارتداء.

موجز الحسابات الرئيسية

  • تقدير ناتج الطاقة استنادا إلى سرعة الرياح ومواصفات توربين
  • تحليل التحميل الهيكلي من أجل السلامة والدوامة
  • تقييم الكفاءة في النظر في الحدود الهوائية
  • التعديلات التشغيلية لظروف الرياح المختلفة