تحلیل پایابی توربین¬های مورد استفاده در نیروگاه¬های بادی
محورهای موضوعی : مهندسی برق- قدرتعبدالرضا راستی طلب 1 * , علی نداف فرد 2
1 - دانشکده مهندسی، واحد داریون، دانشگاه آزاد اسلامی، داریون، ايران
2 - دانشکده مهندسی، واحد داریون، دانشگاه آزاد اسلامی، داریون، ايران
کلید واژه: پایابی, توربین بادی, نیروگاه بادی, سرعت باد, خرابی,
چکیده مقاله :
به دلیل مشکلات ناشی از سوختهای فسیلی که مهمترین آن مشکلات زیست محیطی این سوختها میباشد روند استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر از جمله نیروگاههای بادی به منظور تولید برق در کشورهای مختلف دنیا سرعت گرفته است. در این نیروگاهها با نصب توربینهای بادی، از انرژی جنبشی باد استفاده شده، توربینهای بادی به چرخش در میآیند و برق تولید میگردد. بنابراین، توربینهای بادی یکی از اجزای مهم در نیروگاههای بادی میباشد. از طرف دیگر امروزه قابلیت اطمینان که معادل فارسی آن پایابی است در سیستمهای مختلف اهمیت پیدا کرده است. پایابی یک سیستم به این معنا است که آن سیستم تا چه اندازه کار خود را بطور صحیح انجام میدهد. عملکرد (دسترس‌پذیری و بازده) و قابلیت اطمینان توربینهای بادی می‌تواند تفاوت بین موفقیت و شکست پروژه‌های مزرعه بادی را رقم بزند و این عوامل برای کاهش هزینه انرژی حیاتی هستند. با توجه به اهمیت مطالعه پایابی در سیستمهای مختلف، در این مقاله پایابی توربینهای بادی به کار رفته در نیروگاههای بادی مورد مطالعه قرار میگیرد. در طراحی چنین دستگاه‌ها و اجزای آن‌ها، عدم قطعیت‌های متعددی وجود دارد. برای اطمینان از ایمنی توربین‌ها، باید این عدم قطعیت‌ها در نظر گرفته شوند. این تحقیق نشان میدهد که چگونه می‌توان این کار را در طراحی پره‌های روتور توربینهای بادی، در زمینه شکست خمشی ناشی از بارگذاری‌های شدید، انجام داد. در ابتدا، ویژگی‌های پایه‌ای چنین توربین‌ها به طور کلی و پره‌های آن‌ها شرح داده می‌شود. سپس یک مدل احتمالاتی از نوسانات سرعت باد، که منبع اصلی عدم قطعیت بارگذاری است، ارائه می‌شود. پس از آن، تحلیل قابلیت اطمینان پره‌ها که عدم قطعیت‌های مرتبط با سرعت باد، مقاومت پره و مدل مورد استفاده برای محاسبه گشتاورهای خمشی در پره‌ها را در نظر میگیرد، ارائه می‌شود.
Given that fossil fuels cause environmental pollution, efforts have been made in different countries of the world to use renewable power plants instead of power plants that use fossil fuels to generate electricity. One of the important types of these power plants is wind power plants, which have been developed in different countries of the world. In these power plants, by installing wind turbines, the kinetic energy of the wind is used, the wind turbines rotate and electricity is generated. Therefore, wind turbines are one of the important components in wind power plants. On the other hand, reliability has become important in various systems. The reliability of a system means how well that system performs its work. The performance (availability and efficiency) and reliability of wind turbines can make the difference between the success and failure of wind farm projects, and these factors are vital for reducing energy costs. Given the importance of studying reliability in various systems, this paper studies the reliability of wind turbines used in wind power plants. There are numerous uncertainties in the design of such devices and their components. To ensure the safety of the turbines, these uncertainties must be taken into account. This research shows how this can be done in the design of wind turbine rotor blades in the context of bending failure caused by severe loading. First, the basic characteristics of such turbines in general and their blades are described. Then, a probabilistic model of wind speed fluctuations, which is the main source of loading uncertainty, is presented. After that, a blade reliability analysis is presented that considers the uncertainties associated with wind speed, blade resistance, and the model used to calculate the bending moments in the blades.
[1] Pérez, Jesús María Pinar, et al. “Wind turbine reliability analysis”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 23, pp. 463-472, 2013.
[2] Walford, Christopher A. Wind turbine reliability: understanding and minimizing wind turbine operation and maintenance costs. No. SAND2006-1100. Sandia National Laboratories (SNL), Albuquerque, NM, and Livermore, CA (United States), 2006.
[3] Artigao, Estefania, et al. “Wind turbine reliability: A comprehensive review towards effective condition monitoring development”, Applied energy, vol. 228, pp. 1569-1583, 2018.
[4] Dao, Cuong, Behzad Kazemtabrizi, and Christopher Crabtree. “Wind turbine reliability data review and impacts on levelised cost of energy”, Wind Energy, vol. 22, no. 12, pp. 1848-1871, 2019.
[5] Tavner, Peter, et al. “Influence of wind speed on wind turbine reliability”, Wind Engineering, vol. 30, no. 1, pp. 55-72, 2006.
[6] Echavarria, Erika, et al. “Reliability of wind turbine technology through time”, J. Sol. Energy Eng., vol. 30, no. 3, 2008.
[7] Pfaffel, Sebastian, Stefan Faulstich, and Kurt Rohrig. “Performance and reliability of wind turbines: A review”, Energies, vol. 10, no. 11, pp. 1904, 2017.
[8] Val, Dimitri V., Leon Chernin, and Daniil V. Yurchenko. “Reliability analysis of rotor blades of tidal stream turbines”, Reliability Engineering & System Safety, vol. 121, pp. 26-33, 2014.
[9] Meng, Debiao, et al. “Reliability analysis of wind turbine gearboxes: past, progress and future prospects”, International Journal of Structural Integrity, vol. 16, no. 1, pp. 4-38, 2025.
[10] Budisetyawan, Dwi, et al. “Wind Turbine Reliability Forecast: A Technical Review on the Research Milestone and Assessment of the Energy Cost Using Monte Carlo Simulation”, Engineered Science, vol. 35, 1502, 2025.
[11] Zhang, Ruixing, et al. “Reliability analysis and inverse optimization method for floating wind turbines driven by dual meta-models combining transient-steady responses”, Reliability Engineering & System Safety, vol. 244, 109957, 2024.