የንፋስ ተርባይን አፈፃፀምን በተመለከተ የፒች መቆጣጠሪያ ስርዓት አስፈላጊነት
የንፋስ ተርባይኖች በዓለም ላይ በፍጥነት እያደጉ ካሉ ታዳሽ የኃይል ቴክኖሎጂዎች አንዱ ናቸው። ቀላል ከሚመስሉት ግዙፍ ቢላዎች በስተጀርባ ተርባይኑ ደህንነቱ በተጠበቀ ሁኔታ እንዲሠራ፣ በተረጋጋ ሁኔታ እንዲሠራ እና በተመቻቸ ሁኔታ ኤሌክትሪክ እንዲያመነጭ የሚያረጋግጡ ውስብስብ የቁጥጥር ስርዓቶች አሉ። በዘመናዊ የንፋስ ተርባይኖች አሠራር ውስጥ ቁልፍ አካል የፒች መቆጣጠሪያ ስርዓት ሲሆን ይህም የቢላዎቹን የጥቃት አንግል ከነፋስ ጋር በማነፃፀር የሚቆጣጠር ዘዴ ነው። ይህ አንግል ምን ያህል የንፋስ ኃይል ወደ ሜካኒካል ከዚያም ወደ ኤሌክትሪክ ኃይል ሊቀየር እንደሚችል የሚወስን ሲሆን ተርባይኑ በከፍተኛ ነፋሶች ወቅት ከመጠን በላይ እንዳይጫን ይከላከላል።
በነፋስ ተርባይኖች ውስጥ የፒች ጽንሰ-ሀሳብን መረዳት
በቀላል አነጋገር፣ “ፒች” የሚያመለክተው የተርባይን ምላጭ በቁመታዊ ዘንግ ላይ መሽከርከርን ሲሆን የምላጩን አንግል ወደ ነፋስ ይለውጠዋል። በብዛት ጥቅም ላይ በሚውለው አግድም-ዘንግ የንፋስ ተርባይን (HAWT) ውስጥ፣ ቢላዎቹ እንደ አውሮፕላን ክንፎች ሆነው ይሰራሉ፡ ነፋስ በላያቸው ሲያልፉ ሊፍት ያመነጫሉ፣ ይህም ሮተሩን ያሽከረክራል። የምላጩ አንግል በጣም ትንሽ ከሆነ የሚፈጠረው ማንሻ ከፍተኛ አይሆንም፣ እና ተርባይኑ የማምረት አቅሙን ያጣል። በተቃራኒው፣ አንግል በጣም ትልቅ ከሆነ፣ የአየር ፍሰት ሊቆም ይችላል (ከምላጩ ወለል ሊለይ)፣ ሁከትን ይጨምራል፣ የመዋቅራዊ ጭነቶችን ይጨምራል እና ቅልጥፍናን ይቀንሳል።
የንፋስ ፍጥነት ያለማቋረጥ ስለሚለዋወጥ፣ ተርባይኖች በማይንቀሳቀስ የቢላ አቀማመጥ ላይ መተማመን አይችሉም። ለዚህም ነው የፒክ ቁጥጥር አስፈላጊ የሆነው፡ ቢላዎቹ ሁልጊዜ ለነፋስ ሁኔታዎች ተስማሚ በሆነው አንግል ላይ መሆናቸውን ያረጋግጣል።
የኃይል ምርትን ከፍ ለማድረግ የፒች ቁጥጥር ሚና
የንፋስ ተርባይን ዋና ግብ በተቻለ መጠን የንፋስ ኃይልን በዲዛይን ገደቡ ውስጥ መያዝ ነው። የፒች መቆጣጠሪያ ስርዓቱ ተርባይኑ በጥሩ የኃይል ኮፊሸንት (ሲፒ) እንዲሠራ ለማድረግ ወሳኝ ሚና ይጫወታል። በዝቅተኛ እስከ መካከለኛ የንፋስ ፍጥነት፣ የፒች መቆጣጠሪያ ቢላዎቹ ውጤታማ የሆነ የጥቃት አንግል እንዲይዙ ይረዳል፣ ይህም ሮተሩ ጥሩ ሽክርክሪት እንዲያገኝ ያስችለዋል።
በተለዋዋጭ ፍጥነት ማመንጫዎች ባላቸው ዘመናዊ ተርባይኖች ውስጥ፣ ተርባይኑን በጥሩ የጫፍ ፍጥነት ጥምርታ - በቢላ ጫፍ ፍጥነት እና በነፋስ ፍጥነት መካከል ባለው ጥምርታ - እንዲሠራ ማድረግ የተለመደ ስትራቴጂ ነው። የፒች መቆጣጠሪያ ይህንን ሁኔታ ለመጠበቅ ከጄነሬተሩ የማሽከርከር መቆጣጠሪያ ስርዓት ጋር በመተባበር ይሰራል። ውጤቱም በተለይም ከፍተኛ የንፋስ ልዩነቶች ባሉባቸው አካባቢዎች ዓመታዊ የኃይል ምርት (AEP) መጨመር ነው።
ትክክለኛ የዝመት ቁጥጥር ከሌለ፣ ተርባይኖች ተለዋዋጭ የኃይል ምርት ሊያጋጥማቸው ወይም ከከፍተኛው አቅም በታች ሊሠሩ ይችላሉ። በነፋስ እርሻ ደረጃ፣ በእያንዳንዱ ተርባይን ላይ አነስተኛ የቅልጥፍና ማሻሻያዎች በኢኮኖሚያዊ ሁኔታ ጉልህ የሆነ ተጨማሪ ምርት ሊያስከትሉ ይችላሉ።
ኃይለኛ ነፋስ በሚኖርበት ጊዜ ኃይልን የተረጋጋ ያደርገዋል
የንፋስ ተርባይኖች ደረጃውን የጠበቀ የንፋስ ፍጥነት በመባል የሚታወቀው የአሠራር ገደብ አላቸው። ከዚህ ፍጥነት በላይ፣ ጀነሬተሩ እና ሜካኒካል አካሎቹ የተወሰነ አቅም ስላላቸው፣ ተርባይኑ ያለገደብ ኃይል መጨመርን መቀጠል አይችልም። የፒክ መቆጣጠሪያው የሚጀመረው እዚህ ነው፡ ነፋሱ ከተገመገመው እሴት የበለጠ ጠንካራ ሲሆን፣ የፒች ሲስተም ቢላዎቹን ወደ "ላባ" (የጥቃት አንግልን ይቀንሳል) "ያዞረዋል" ይህም የማንሳትን መጠን ይቀንሳል እና ደህንነቱ የተጠበቀ የኃይል ውፅዓት ይጠብቃል።
በተሰየመ ኃይል ውጤትን የመጠበቅ ችሎታ ተርባይኑን ያደርገዋል፡
1. የጄነሬተሩን ከመጠን በላይ ጉልበት እና ከመጠን በላይ ሙቀት ያስወግዱ፣
2. በማርሽ ሳጥኑ ላይ ያለውን የሜካኒካል ጭነት ይቀንሱ (ካለ)፣
3. የድራይቭሬይን ክፍሎችን ዕድሜ ማራዘም፣
4. ለኔትወርኩ የኃይል አቅርቦት መረጋጋትን መጠበቅ።
ምላሽ ሰጪ እና ትክክለኛ የሆነ የፒክ ቁጥጥር ማለት ተርባይኑ በከፍተኛ የንፋስ ፍጥነት ደህንነቱ በተጠበቀ ሁኔታ መስራት ይችላል፣ ይህም የስራ ሰዓቶችን ይጨምራል እና የተሻለ አመታዊ ምርት ያስገኛል።
ከከባድ ጭነቶች እና ከቱርባይን ደህንነት ጥበቃ
ነፋስ ቀስ በቀስ ብቻ አይለወጥም፤ እንደ አውሎ ነፋሶች፣ ሁከት ወይም እንደ አውሎ ነፋሶች ባሉ ከባድ ሁኔታዎችም ሊመጣ ይችላል። ተርባይኖች ጉልህ የሆኑ ተለዋዋጭ ጭነቶችን መቋቋም መቻል አለባቸው። የፒች ቁጥጥር እነዚህን ጭነቶች ለመቀነስ እንደ ዋና የመከላከያ ዘዴ ሆኖ ያገለግላል።
ስርዓቱ ከመጠን በላይ የንፋስ ፍጥነት፣ ያልተለመደ ንዝረት ወይም የሮተር ከመጠን በላይ ፍጥነት ሲያገኝ፣ የፒክ መቆጣጠሪያው በፍጥነት ወደ ላባ ሊመታ ይችላል፣ ይህም የአየር ዳይናሚክ ድራግን ለመቀነስ እና ሮተሩን ለማዘግየት ያስችላል። ይህ በብላቶቹ፣ በመሃል፣ በናሴሌ እና በማማ ላይ የሚደርሰውን መዋቅራዊ ጉዳት ለመከላከል ወሳኝ ነው። በአደጋ ጊዜ፣ የፒክ ስርዓቱ ብዙውን ጊዜ ምላጮቹ በረብሻ ወቅት ወደ "አስተማማኝ" ቦታ እንዲንቀሳቀሱ የሚያስችል የውድቀት-አስተማማኝ ዲዛይን አካል ነው።
ስለዚህ፣ የፒክ ቁጥጥር ከቅልጥፍና ጋር ብቻ ሳይሆን በቀጥታ ከአሠራር ደህንነት ጋር የተያያዘ ነው።
የቁሳቁስ ድካም እና የጥገና ወጪዎችን ይቀንሱ
የንፋስ ተርባይኖች ለአስርተ ዓመታት በጠንካራ እና ክፍት በሆኑ አካባቢዎች ይሰራሉ። ተደጋጋሚ የጭነት ዑደቶች በቢላ ቁሶች፣ በብሎኖች፣ በግንኙነቶች እና በማማው መዋቅር ላይ ድካም ያስከትላሉ። ጥሩ የዝመት ቁጥጥር በሮተር ላይ የሚሰሩትን የአየር ዳይናሚክ ኃይሎች በማረጋጋት የጭነት ልዩነቶችን ሊቀንስ ይችላል።
አንዳንድ ተርባይኖች የእያንዳንዱን ምላጭ ድምፅ በተናጠል (በአንድ ጊዜ ሳይሆን) የሚያስተካክል የግለሰብ የድምፅ መቆጣጠሪያ ይጠቀማሉ። ይህ ዘዴ በነፋስ መሸርሸር (በነፋስ ፍጥነት እና ከፍታ መካከል ያለው ልዩነት)፣ በማዕበል ወይም በማማ ጥላዎች ምክንያት የሚከሰቱ ያልተመጣጠነ ጭነቶችን ለመቀነስ ይረዳል። ውጤቱም ወሳኝ በሆኑ ክፍሎች ላይ የድካም ጭነቶች መቀነስ ሲሆን በመጨረሻም፡
- የቢላዎችን እና ተሸካሚዎችን ዕድሜ ያራዝማል፣
- የፍተሻዎችን እና የክፍሎችን መተካት ድግግሞሽ መቀነስ፣
- የእረፍት ጊዜን መቀነስ፣
- የአሠራር እና የጥገና (O&M) ወጪዎችን ይቀንሳል።
የኦ ኤንድ ኤም በነፋስ ኃይል ፕሮጀክቶች ውስጥ ዋነኛው የወጪ አካል በመሆኑ ተፅዕኖው በጣም የሚታይ ነው።
የፒክ መቆጣጠሪያ ስርዓቱ እንዴት እንደሚሰራ
በአጠቃላይ የፒክ መቆጣጠሪያ ስርዓቱ የሚከተሉትን ያካትታል:
1. ዳሳሾች እና የመለኪያ ስርዓቶች፡ ለንፋስ ፍጥነት አኔሞሜትር፣ ለነፋስ አቅጣጫ የንፋስ ቫን፣ የሮተር ሽክርክሪት ዳሳሽ፣ የማሽከርከር ዳሳሽ፣ የሙቀት መጠን እና ንዝረት።
2. መቆጣጠሪያ፡ በአጠቃላይ በ PLC ወይም በኢንዱስትሪ ቁጥጥር ስርዓት ላይ የተመሰረተ ሲሆን ይህም ምርጡን የፒክ አንግል እና የአደጋ ጊዜ ምላሽ ለመወሰን ስልተ ቀመሮችን ያካሂዳል።
3. የፒች አክቲቬተር፡ ምላጩን በመቆጣጠሪያው ትዕዛዝ መሰረት ያንቀሳቅሳል። አክቲቬተሩ የሃይድሮሊክ ወይም የኤሌክትሪክ ስርዓት ሊሆን ይችላል።
4. የኃይል እና የመጠባበቂያ ስርዓት፡ ዋናው ኃይል ሲጠፋ ድምፁ ወደ ደህንነቱ የተጠበቀ ቦታ መዛወር እንደሚችል ለማረጋገጥ ባትሪ/ካፓሲተርን ያካትታል።
በተግባር፣ መቆጣጠሪያው የኃይል ኢላማውን፣ የሮተር ፍጥነትን እና የጭነት ገደቦችን መሰረት በማድረግ የድምጽ መስፈርቱን ያሰላል። ነፋሶች በፍጥነት ሲለዋወጡ፣ የድምጽ መቆጣጠሪያው ሁለት ነገሮችን ማመጣጠን አለበት፡- ተርባይንን ለመጠበቅ የሚያስችል ፈጣን ምላሽ፣ ነገር ግን ከመጠን በላይ በሆነ የቢላ እንቅስቃሴ ምክንያት ንዝረት ወይም ተጨማሪ ጭነቶችን ያስከትላል።
በድምጽ ቁጥጥር ቴክኖሎጂ ውስጥ ያሉ ተግዳሮቶች እና እድገቶች
ወሳኝ ቢሆንም፣ የፒክ ቁጥጥር የራሱ የሆኑ ተግዳሮቶችን ያስከትላል። የፒች ሲስተም በከፍተኛ የሙቀት መጠን፣ ከፍተኛ እርጥበት እና ዝገት ሁኔታዎች (በተለይም ከባህር ዳርቻ) ውስጥ በአስተማማኝ ሁኔታ መሥራት አለበት። የፒች አክቱተር ወይም ዳሳሽ አለመሳካት ተርባይኑ እንዲቆም ወይም ጉዳት ሊያስከትል ይችላል።
ስለዚህ ኢንዱስትሪው ማደጉን ቀጥሏል፡-
- የበለጠ ዘመናዊ የመላመድ መቆጣጠሪያ ስልተ ቀመሮች፣
- የ LIDAR መረጃን በመጠቀም የንፋስ ነፋስ ትንበያ ለቅድመ-ተቆጣጣሪ ቁጥጥር፣
- ጉዳትን ቀደም ብሎ ለመለየት የሁኔታ ክትትል፣
- የበለጠ ጠንካራ የድጋሚ መመለሻ ዲዛይን እና የአደጋ ጊዜ ስርዓቶች።
እነዚህ ፈጠራዎች ምርትን ለመጨመር፣ ጭነቶችን ለመቀነስ እና የተርባይኖችን አስተማማኝነት ለማሻሻል ያለሙ ናቸው።
ከሲምፑላን
የፒች መቆጣጠሪያ ስርዓቱ በዘመናዊ የንፋስ ተርባይኖች ውስጥ ካሉት በጣም ወሳኝ ነገሮች አንዱ ነው። ሚናው የኃይል ምርትን ማመቻቸት፣ በከፍተኛ ነፋሶች ውስጥ የኃይል ቁጥጥር፣ በከባድ ሁኔታዎች ውስጥ ደህንነትን መጠበቅ እና የጥገና ወጪዎችን እና የተርባይኖችን ዕድሜ በቀጥታ የሚነካውን የቁሳቁስ ድካም መቀነስን ያካትታል። ተርባይኖች ትልቅ እየሆኑ ሲሄዱ እና የመጫኛ ቦታዎች - በተለይም ከባህር ዳርቻ - የበለጠ ፈታኝ ሲሆኑ፣ ትክክለኛ፣ ምላሽ ሰጪ እና አስተማማኝ የፒች ቁጥጥር አስፈላጊነት እየጨመረ ይሄዳል። በመጨረሻም፣ የፒች መቆጣጠሪያ ስርዓቱ ጥራት የንፋስ ተርባይን ለተረጋጋ እና ዘላቂ የንፁህ ኃይል አቅርቦት በተመቻቸ ሁኔታ አስተዋጽኦ ማድረግ ይችል እንደሆነ ይወስናል።
