የንፋስ ተርባይን ማመንጫዎች እና በሃይል ማመንጫ ውስጥ እንዴት እንደሚሰሩ
የንፋስ ኃይል በተለያዩ አገሮች ውስጥ በብዛት ከተገነቡት የታዳሽ የኃይል ምንጮች አንዱ ነው ምክንያቱም በብዛት የሚገኝ፣ በአንጻራዊ ሁኔታ ንፁህ እና በትንሽም ሆነ በትላልቅ ደረጃዎች ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። ከቀላል የሚሽከረከሩ የንፋስ ተርባይን ምላጭ በስተጀርባ ውስብስብ የሆነ የኤሌክትሮሜካኒካል ስርዓት አለ፣ ከእነዚህም ውስጥ በጣም አስፈላጊ ከሆኑት ክፍሎች አንዱ ጀነሬተር ነው። የንፋስ ተርባይን ጀነሬተር ከሮተር ሽክርክሪት የሚወጣውን ሜካኒካል ኃይል ወደ ኤሌክትሪክ ኃይል ይለውጣል፣ ይህም በቤተሰብ፣ በኢንዱስትሪ እና በኃይል ፍርግርግ ሊሰራጭ ይችላል። ይህ ጽሑፍ የንፋስ ተርባይን ጀነሬተር ምን እንደሆነ፣ አይነቶቹን እና በኃይል ማመንጨት ውስጥ እንዴት እንደሚሰራ ያብራራል።
1. የጄነሬተሮች ሚና በነፋስ ተርባይኖች ውስጥ
የንፋስ ተርባይኖች በመሠረቱ የሚሠሩት ቀስ በቀስ የኃይል ልወጣ መርህ ላይ ነው፡
1. የነፋሱ የኪነቲክ ኃይል ሮተሩ እንዲሽከረከር ቢላዎቹን ይገፋል።
2. የ rotor ሽክርክሪት ወደ ዘንግ እና ማስተላለፊያ ስርዓት ይተላለፋል (ከማርሽ ሳጥን ጋር ወይም ያለሱ ሊሆን ይችላል)።
3. ጀነሬተሩ የዘንጉን ሽክርክሪት ሜካኒካል ኃይል በኤሌክትሮማግኔቲክ ኢንዳክሽን መርህ አማካኝነት ወደ ኤሌክትሪክ ኃይል ይለውጠዋል።
4. ከዚያም የሚመነጨው የኤሌክትሪክ ኃይል በኤሌክትሪክ ኤሌክትሮኒክስ ሲስተም ከቮልቴጅ እና ከድግግሞሽ መስፈርቶች ጋር እንዲጣጣም ይደረጋል፣ ይህም ጥቅም ላይ ከመዋሉ ወይም ወደ ፍርግርግ ከመሰራጨቱ በፊት ነው።
ጀነሬተር ባይኖር የንፋስ ተርባይን የሚሽከረከር ሜካኒካል መሳሪያ ብቻ ይሆናል። ጀነሬተሩ የንፋስ ኃይልን ወደ ጥቅም ላይ ሊውል የሚችል ኤሌክትሪክ የሚቀይር ዋናው ድልድይ ነው።
2. የጄነሬተር ኦፕሬሽን መሰረታዊ መርህ፡ ኤሌክትሮማግኔቲክ ኢንዳክሽን
የንፋስ ተርባይን ማመንጫዎች የሚሠሩት ከፋራዴይ የኤሌክትሮማግኔቲክ ኢንዳክሽን ህግ መሰረት ነው። በመሠረቱ፣ በኮይል ውስጥ ያለው መግነጢሳዊ ፍሰት ሲቀየር የኤሌክትሪክ ቮልቴጅ ይፈጠራል። በአጠቃላይ፣ ጀነሬተር ሁለት ዋና ዋና ክፍሎች አሉት፡
– ሮተር፡- የሚሽከረከረው ክፍል፣ ብዙውን ጊዜ ቋሚ ማግኔት ወይም የመስክ ጠመዝማዛ ያለው።
– ስቴተር፡- የሚፈጠረው ቮልቴጅ የሚፈጠርባቸውን ኮይሎች የያዘው የማይንቀሳቀስ ክፍል።
ሮተሩ ሲሽከረከር፣ መግነጢሳዊ መስኩ የስታተር ኮይሎችን "ይቆርጣል"፣ ተለዋጭ ጅረት (AC) ያመነጫል። ከዚያም ይህ የኤሲ ጅረት ከመጠቀምዎ በፊት ቁጥጥር ይደረግበታል እና ይስተካከላል።
3. የንፋስ ተርባይን ማመንጫዎችን የሚደግፉ የስርዓት ክፍሎች
ጀነሬተሩ በነፋስ ተርባይን ውስጥ በተሻለ ሁኔታ እንዲሠራ፣ በርካታ ዋና ዋና የድጋፍ ክፍሎች አሉ፡
1. የሮተር ምላጭ እና ማዕከል፡ የንፋስ ኃይልን መያዝ።
2. ዋና ዘንግ (ዋና ዘንግ): የ rotor ሽክርክሪትን ያስተላልፋል።
3. የማርሽ ቦክስ (በተወሰኑ አይነቶች): የጄነሬተሩን ፍላጎት ለማሟላት የሮተሩን መዞር ከአንፃራዊነት ቀርፋፋ ወደ ፈጣን ያደርገዋል።
4. ጀነሬተር፡- ሽክርክሪትን ወደ ኤሌክትሪክ ይለውጣል.
5. መቀየሪያ/ኢንቨርተር፡- የኤሌክትሪክ ባህሪያትን (ቮልቴጅ/ድግግሞሽ) ይለውጣል፣ በዚህም ምክንያት የተረጋጋ እና ከግሪዱ ጋር የሚስማማ ይሆናል።
6. ትራንስፎርመር፡- ቮልቴጁን በብቃት እንዲተላለፍ ያደርጋል።
7. የመቆጣጠሪያ ስርዓት፡ የተርባይኑን አቅጣጫ (yaw)፣ የቢላውን የዝመት አንግል፣ የማሽከርከር ፍጥነት እና ጥበቃን ይቆጣጠራል።
የንፋስ ተርባይን የኤሌክትሪክ ኃይል ማመንጫ በነፋስ ፍጥነት ምክንያት እንደሚለዋወጥ ልብ ማለት ያስፈልጋል። ስለዚህ የኃይል ኤሌክትሮኒክስ እና የቁጥጥር ስርዓቶች ለተረጋጋ የኃይል ምርት ወሳኝ ናቸው።
4. በነፋስ ተርባይኖች ውስጥ የጄነሬተሮች ዓይነቶች
በነፋስ ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ በብዛት ጥቅም ላይ የሚውሉ የተለያዩ የጄነሬተሮች ዓይነቶች አሉ። የጄነሬተሩ አይነት ምርጫ የሚወሰነው በተርባይን መጠን፣ በብቃት መስፈርቶች፣ በዋጋ እና በጥገና ውስብስብነት ነው።
ሀ) የኢንዳክሽን ጀነሬተር (አሲኖረም ጀነሬተር)
የኢንዳክሽን ጀነሬተሮች በቅድመ ትውልድ የንፋስ ተርባይን ጭነቶች እና ቀላልነትን በሚያጎሉ የተወሰኑ ፅንሰ ሀሳቦች ውስጥ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ።
ከመጠን በላይ
- ቀላል እና ጠንካራ ግንባታ
- በአንጻራዊነት ቀላል ጥገና
- ዝቅተኛ ወጪዎች
አጥረት፥
- ምላሽ ሰጪ ኃይል ይፈልጋል (ብዙውን ጊዜ ከግሪድ ወይም ከካፓሲተር)
- የፍጥነት መቆጣጠሪያ ያለ ተጨማሪ ስርዓቶች ተለዋዋጭ አይደለም
- በተለዋዋጭ የፍጥነት ሁኔታዎች ውስጥ ቅልጥፍና ዝቅተኛ ሊሆን ይችላል
የኢንዳክሽን ጀነሬተሮች ብዙም ውስብስብ ያልሆኑ መቆጣጠሪያዎች ላሏቸው ፍርግርግ-ተያያዥ ስርዓቶች ተስማሚ ናቸው፣ ምንም እንኳን ዘመናዊ ቴክኖሎጂ ወደ ተለዋዋጭ የፍጥነት መፍትሄዎች እየገፋ ቢሄድም።
ለ) ድርብ-መመገብ የሚችል የኢንዳክሽን ጀነሬተር (DFIG)
ዲኤፍአይጂ (DFIG) በፍጆታ መጠን (ትላልቅ) የንፋስ ተርባይኖች ውስጥ የኢንዳክሽን ጀነሬተር በጣም ተወዳጅ ስሪት ነው ምክንያቱም መቀየሪያው 100% የኃይል መጠንን ማስተናገድ ሳያስፈልገው ተለዋዋጭ ፍጥነት እንዲሠራ ስለሚያደርግ።
በDFIG ውስጥ፣ ስቴቶሩ በቀጥታ ከግሪድ ጋር የተገናኘ ሲሆን፣ ሮተሩ ደግሞ ከመቀየሪያው ጋር የተገናኘ ነው (በተንሸራታች ቀለበቶች በኩል)። መቀየሪያው የውጤት ቮልቴጅን እና ድግግሞሽን ለመቆጣጠር የሮተር ጅረትን ይቆጣጠራል።
ከመጠን በላይ
- ተለዋዋጭ የፍጥነት ክወና (የንፋስ ኃይልን የበለጠ ቀልጣፋ መያዝ)
- የመቀየሪያው መጠን ከሙሉ የመቀየሪያ ስርዓት ያነሰ ነው።
- የተሻለ ንቁ እና ምላሽ ሰጪ የኃይል መቆጣጠሪያ
አጥረት፥
- የመንሸራተቻ ቀለበቶችን መጠቀም (ከፍተኛ ጥገና)
- በስርዓት ረገድ የበለጠ ውስብስብ
DFIG በዋጋ እና በአፈጻጸም መካከል ባለው ጥሩ ስምምነት ምክንያት ተወዳጅ ምርጫ እየሆነ መጥቷል።
ሐ) ሲንክረኖስ ጀነሬተር (ሲንክረኖስ ጀነሬተር)
ሲንክሮነስ ጀነሬተሮች ቋሚ ማግኔት ጀነሬተሮችን (PMSGs) ወይም የመስክ ኮይል መጠቀም ይችላሉ። PMSGs በዘመናዊ ዲዛይኖች ውስጥ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ፣ በተለይም ለማርሽ ሳጥን-አልባ (ቀጥታ ድራይቭ) ተርባይኖች።
ከመጠን በላይ
- ከፍተኛ ብቃት፣ በተለይም PMSG
- በዝቅተኛ ፍጥነት በጥሩ ሁኔታ ሊሠራ ይችላል
- ለቀጥታ ድራይቭ ተስማሚ ስለሆነም ሜካኒካል ክፍሎችን ይቀንሳል
አጥረት፥
- የኃይል መቀየሪያ (ብዙውን ጊዜ ሙሉ መቀየሪያ) ይፈልጋል
- ቋሚ ማግኔቶች ወጪውን ይጨምራሉ እና በቁሳዊ ነገሮች ላይ የተመሰረቱ ናቸው።
- የበለጠ ውስብስብ የቁጥጥር ስርዓቶች እና የኃይል ኤሌክትሮኒክስ
PMSG ያላቸው ቀጥተኛ ድራይቭ ተርባይኖች የበለጠ ጸጥ ያሉ እና አነስተኛ የማርሽ ሳጥን ጥገና የሚያስፈልጋቸው ናቸው፣ ነገር ግን የመጀመሪያ ወጪዎች ከፍተኛ ሊሆኑ ይችላሉ።
5. የንፋስ ተርባይን ጀነሬተር በሃይል ማመንጨት ውስጥ እንዴት እንደሚሰራ (ደረጃ በደረጃ)
የበለጠ ግልጽ ለማድረግ፣ ከነፋስ ወደ ኤሌክትሪክ የሚወስደው የንፋስ ተርባይን የስራ ሂደት እነሆ፡
1. ነፋሱ ምላጩን ያዞረዋል
የብላቶቹ ኤሮዳይናሚክ ቅርፅ ማንሻን ይፈጥራል፣ ይህም ሮተሩ እንዲሽከረከር ያደርገዋል። የፒች ሲስተም ለተሻለ ደህንነት የቢላውን አንግል ያስተካክላል።
2. ሽክርክሪቱ ወደ ዘንግ ይተላለፋል
ሮተሩ ዋናውን ዘንግ ያሽከረክራል። የሮተር የማዞሪያ ፍጥነት ብዙውን ጊዜ ዝቅተኛ ነው (ለምሳሌ፣ በትላልቅ ተርባይኖች ውስጥ ከ10-20 rpm)።
3. የማርሽ ሳጥኑ rpm ይጨምራል (ካለ)
ብዙ ተርባይኖች ፍጥነቱን ወደ በመቶዎች ወይም በሺዎች የሚቆጠር rpm ለመጨመር የማርሽ ሳጥን ይጠቀማሉ። በቀጥታ ድራይቭ ተርባይኖች ውስጥ ይህ እርምጃ ተትቷል።
4. ጀነሬተሩ ሜካኒካል ኢነርጂን ወደ ኤሲ ኤሌክትሪክ ይለውጠዋል።
የጄነሬተሩ ሮተር ይሽከረከራል፣ በስቶተር ውስጥ መግነጢሳዊ ፍሰት ለውጥ ይፈጥራል፣ ይህም የ AC ቮልቴጅ ያስከትላል።
5. የኃይል ኤሌክትሮኒክስ ኤሌክትሪክን ያረጋጋል
የተርባይኑ ፍጥነት ሲቀየር የጄነሬተሩ የውጤት ድግግሞሽ እና ቮልቴጅም ይለወጣሉ። መቀየሪያው/ኢንቨርተሩ ይህንን ወደ ኤሌክትሪክ ይለውጠዋል ተገቢ ባህሪያት (ለምሳሌ፣ 50 Hz ወይም 60 Hz እና የተወሰነ ቮልቴጅ)።
6. ትራንስፎርመር ቮልቴጅን ይጨምራል
በማስተላለፊያ ጊዜ የኃይል ብክነትን ለመቀነስ ቮልቴጁ ይጨምራል። ከዚያም ኤሌክትሪክ ወደ ፍርግርግ ይሰራጫል ወይም በአካባቢው ጥቅም ላይ ይውላል።
7. ቁጥጥር እና ጥበቃ ስራዎችን ደህንነቱ የተጠበቀ ያደርገዋል
ነፋሱ በጣም ኃይለኛ በሚሆንበት ጊዜ፣ ስርዓቱ ለደህንነት ሲባል የኃይል (የመጠምዘዝ) ኃይልን ይቀንሳል ወይም ተርባይኑን (የተቆረጠውን) ያቆማል። ስርዓቱ ከቮልቴጅ ጭማሪዎች፣ አለመመጣጠን እና የፍርግርግ መቆራረጦችም ይከላከላል።
6. የጄነሬተር አፈፃፀምን የሚነኩ ቅልጥፍና እና ምክንያቶች
የንፋስ ተርባይን ጀነሬተር አፈፃፀም በብዙ ምክንያቶች ተጽዕኖ ይደረግበታል፣ ከእነዚህም ውስጥ፡-
– የንፋስ ፍጥነት፡ የንፋስ ኃይል ከነፋስ ፍጥነት ኩብ ጋር ሲወዳደር ይጨምራል፣ ስለዚህ ትናንሽ ለውጦች ትልቅ ተጽዕኖ ያሳድራሉ።
- የቱርቢን ዲዛይን (ፒች፣ የሮተር ዲያሜትር): ምን ያህል የንፋስ ኃይል ሊይዝ እንደሚችል ይወስናል።
– የጄነሬተር አይነት እና ቁጥጥር፡- ዘመናዊ መቀየሪያዎች ያላቸው ተለዋዋጭ የፍጥነት ስርዓቶች ብዙውን ጊዜ በተለያዩ የንፋስ ሁኔታዎች ውስጥ የበለጠ ቀልጣፋ ናቸው።
– የሜካኒካል ኪሳራዎች፡ ለምሳሌ በማርሽ ሳጥኑ፣ በቢሪንግ እና በክላች ውስጥ።
– የኤሌክትሪክ ኪሳራዎች፡- በኮይል ውስጥ የመዳብ ኪሳራዎች፣ በኮር ውስጥ ያለው መግነጢሳዊ ኪሳራዎች እና በመቀየሪያው ውስጥ ያለው ኪሳራዎች።
- የሙቀት መጠን እና የእንክብካቤ ጥራት፡- ከመጠን በላይ ሙቀት ቅልጥፍናን ይቀንሳል እና የክፍሎችን መበላሸት ያፋጥናል።
በተግባር፣ ሁሉም የንፋስ ኃይል ወደ ኤሌክትሪክ ሊቀየር አይችልም። የቤቴዝ ሊሚትድ በመባል የሚታወቀው የቲዎሬቲካል ገደብ አለ፣ ይህም ቢበዛ ወደ 59,3% የሚሆነው የነፋስ ኃይል በሮተር ሊይዝ እንደሚችል ይገልጻል። የተቀረው እንደ ብጥብጥ እና የአየር ፍሰት ይጠፋል፣ ይህም ከተርባይኑ ባሻገር መንቀሳቀስ አለበት።
7. መደምደሚያ
የንፋስ ተርባይን ጀነሬተር በኤሌክትሮማግኔቲክ ኢንዳክሽን አማካኝነት ሜካኒካል ሽክርክሪትን ወደ ኤሌክትሪክ ኃይል የሚቀይር ዋና አካል ነው። ከኢንዲክሽን እስከ DFIG እስከ ቋሚ ማግኔት ሲንክሮንቸር ድረስ የተለያዩ የጄነሬተሮች ዓይነቶች የሚመረጡት በብቃት፣ በዋጋ፣ በጥገና ቀላልነት እና በቁጥጥር መስፈርቶች መካከል ባለው ስምምነት ላይ በመመስረት ነው። በዘመናዊ የንፋስ እርሻዎች ውስጥ ጀነሬተሩ ከማርሽ ሳጥን (ወይም ቀጥታ ድራይቭ)፣ ከቁጥጥር ስርዓት እና ከኃይል ኤሌክትሮኒክስ ጋር በመተባበር የንፋስ ሁኔታዎች ቢለዋወጡም የተረጋጋ ኤሌክትሪክ ለማመንጨት ይሰራል። በቁሳቁስ ቴክኖሎጂ፣ በኃይል ኤሌክትሮኒክስ እና በቁጥጥር ስርዓቶች እድገት፣ የንፋስ ተርባይን ጀነሬተሮች ከጊዜ ወደ ጊዜ ቀልጣፋ እና አስተማማኝ እየሆኑ መምጣታቸውን ቀጥለዋል፣ ይህም የንፋስ ኃይልን ለንፁህ እና የበለጠ ዘላቂ ለሆነ የኃይል የወደፊት ጊዜ ቁልፍ መፍትሄ ሆኖ ሚናውን ያጠናክራል።
ከፈለጉ፣ ይህንን ጽሑፍ ከትምህርት ቤት/ኮሌጅ የወረቀት ዘይቤ ጋር ማስማማት፣ የፍሰት ገበታ ማከል ወይም በአነስተኛ ደረጃ (ከመረብ ውጪ) የንፋስ ተርባይኖች ላይ ልዩ ክፍል ማከል እችላለሁ።
