بررسی پتانسیل انرژی باد جهت احداث نیروگاه برق بادی در استان کردستان با استفاده از توزیع ویبول

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مسوول مکاتبات): گروه مهندسی آب، واحد سنندج، دانشگاه آزاد اسلامی، سنندج، ایران.

2 کارشناس ارشد اداره کل هواشناسی استان گلستان، ایران.

3 کارشناس ارشد اداره کل هواشناسی استان کردستان، ایران.

چکیده

زمینه و هدف: انرژی باد یکی از مهمترین انرژی­های قابل دسترس در سطح زمین می­باشد و می­تواند به انرژی الکتریسیته تبدیل شود. انرژی باد در مقایسه با انرژی سوخت­های فسیلی به علت گستردگی، در دسترس بودن و پایداری، کاهش آلودگی هوا و اقتصادی بودن در ابعاد وسیعی مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله هدف بررسی پتانسیل انرژی باد ایستگاه­های سینوپتیک و اقلیم شناسی با استفاده از توزیع ویبول و آمارهای ثبت شده هواشناسی و با بکارگیری نرم افزار Windographer می­باشد.
روش بررسی: در این تحقیق 6ایستگاه سینوپتیک و یک ایستگاه اقلیم­شناسی مورد بررسی قرار گرفت، داده­های ساعتی سرعت و جهت باد ایستگاه­های مورد مطالعه طی سالهای 2005 الی 2007 میلادی با تابع توزیع ویبول برازش و نمودارهای مربوطه رسم گردیدند. آنگاه با بهره­گیری از نرم­افزارهای متداول نمودارهای گلباد، سرعت باد، منحنی قدرت و در نهایت چگالی انرژی باد مناطق فوق برآورد گردید. همچنین نقشه پهنه بندی وضعیت بهره وری انرژی باد برای منطقه ترسیم گردید.
بحث و نتیجه‌گیری: با توجه به اینکه چگالی قدرت باد در ایستگاه هزار کانیان در ارتفاع 50 متری،745 وات بر متر مربع می­باشد، طبق جدول کلاس بندی اطلس انرژی باد آمریکا در کلاس 6 قرار داشته جزء مناطق پر باد و پارک بادی محسوب می­گردد. بعد از آن ایستگاههای بیجار در شرق استان کردستان، با چگالی انرژی 301 وات بر متر مربع، ایستگاه زرینه در شمال استان کردستان با توان 290 وات بر متر مربع قرار می­گیرند. سایر ایستگاههای موجود در استان دارای میانگین سرعت باد کمی بوده و توان انر‍ژی آنها کمتر از 200 وات بر متر مربع بودکه طبق استانداردهای بین المللی جزو مناطق کم باد محسوب شده و برای نصب توربین­های بادی جهت استحصال برق مناسب نمی­باشند

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره نوزدهم،ویژه نامه شماره4، بهار1396

 

بررسی پتانسیل انرژی باد جهت احداث نیروگاه برق بادی در استان کردستان با استفاده از توزیع ویبول

مطلّب بایزیدی [1]*

M.byzedi@gmail.com

بهرام قلیزاده[2]

محمد ادیب عباسی[3]

تاریخ دریافت:07/08/1393

تاریخ پذیرش:27/01/1394

چکیده

زمینه و هدف: انرژی باد یکی از مهمترین انرژی­های قابل دسترس در سطح زمین می­باشد و می­تواند به انرژی الکتریسیته تبدیل شود. انرژی باد در مقایسه با انرژی سوخت­های فسیلی به علت گستردگی، در دسترس بودن و پایداری، کاهش آلودگی هوا و اقتصادی بودن در ابعاد وسیعی مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله هدف بررسی پتانسیل انرژی باد ایستگاه­های سینوپتیک و اقلیم شناسی با استفاده از توزیع ویبول و آمارهای ثبت شده هواشناسی و با بکارگیری نرم افزار Windographer می­باشد.

روش بررسی: در این تحقیق 6ایستگاه سینوپتیک و یک ایستگاه اقلیم­شناسی مورد بررسی قرار گرفت، داده­های ساعتی سرعت و جهت باد ایستگاه­های مورد مطالعه طی سالهای 2005 الی 2007 میلادی با تابع توزیع ویبول برازش و نمودارهای مربوطه رسم گردیدند. آنگاه با بهره­گیری از نرم­افزارهای متداول نمودارهای گلباد، سرعت باد، منحنی قدرت و در نهایت چگالی انرژی باد مناطق فوق برآورد گردید. همچنین نقشه پهنه بندی وضعیت بهره وری انرژی باد برای منطقه ترسیم گردید.

بحث و نتیجه‌گیری: با توجه به اینکه چگالی قدرت باد در ایستگاه هزار کانیان در ارتفاع 50 متری،745 وات بر متر مربع می­باشد، طبق جدول کلاس بندی اطلس انرژی باد آمریکا در کلاس 6 قرار داشته جزء مناطق پر باد و پارک بادی محسوب می­گردد. بعد از آن ایستگاههای بیجار در شرق استان کردستان، با چگالی انرژی 301 وات بر متر مربع، ایستگاه زرینه در شمال استان کردستان با توان 290 وات بر متر مربع قرار می­گیرند. سایر ایستگاههای موجود در استان دارای میانگین سرعت باد کمی بوده و توان انر‍ژی آنها کمتر از 200 وات بر متر مربع بودکه طبق استانداردهای بین المللی جزو مناطق کم باد محسوب شده و برای نصب توربین­های بادی جهت استحصال برق مناسب نمی­باشند.

واژه­های کلیدی: انرژی باد، توزیع ویبول، چگالیقدرت باد، استان کردستان.

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 19, Special No.4, Spring 2017

 

 

 

 

 


Analysis of wind energy potential to set up wind power plants in Kurdistan province using the Wiebull distribution model

 

Motalleb Byzedi[4]*

m.byzedi@gmail.com

Bahram Gholizadeh[5]

Mohammad Adib Abbasi [6]

 

Abstract

Background and Objective: Wind energy is an important energy source on earth that can be converted to electricity. The wind energy compared to fossil fuels is widely used because of its availability, stability, reducing air pollution and for economic reasons. The aim of this study is to analysize wind energy potential using the Wiebull distribution and the data recorded in synoptic and climatologically stations. The Windographer software is used for calculations.

Method: In this study, hourly wind speed and direction data for 2005 to 2007 in 7 stations (6 synoptic and 1 climatology stations) were investigated and Wiebull distribution function fitted to data. Then, corresponding plots including wind rose, wind speed, and wind power curve were provided, and finally wind energy density was estimated. Moreover, the zoning map of wind potential density (WPD) for the study area was drawn.

Conclusion: Wind power density was 745 watts per square meter at Hzarkanian station on 50meters height from ground surface, which has been placed in category 6 of American Atlas Table for wind energy. Such region is considered to be windy and wind park. Bijar station in the east of Kurdistan and Zarineh station in the north of Kurdistan, with 301 and 200 watt per square meters wind power density, respectively, ranked in the next place. Other stations had low mean wind speed and power energy lower than 200 watt per square meters. Based on international standards, such places are considered as regions with low wind and inappropriate for installation of wind turbines to extract electricity.

Keywords: Wind energy, Wiebull distribution, wind power density, Kurdistan province.

 

مقدمه

 

بشر از دیر باز از انرژی های تجدید پذیر نظیر خورشید و باد  استفاده نموده، و با کشف منابع سوخت­های فسیلی نظیر ذغال سنگ و نفت، استفاده از انرژی­های تجدید پذیر به تدریج به فراموشی سپرده شد. تا اینکه بحران جهانی نفت در دهه 70 میلادی باعث شد کشورهای صنعتی به منابع دیگر انرژی، نظیر انرژیهای تجدید پذیر و هسته­ای روی بیاورند(2). در آغاز استفاده از انرژی­های نو با موانعی همچون هزینه سرمایه گذاری بالا و به صرفه نبودن اقتصادی روبرو بود. اما به مرور زمان، پیشرفت تکنولوژی و مزایایی همچون کاهش آلودگی زیستی باعث گردید تا انرژیهای تجدید پذیر و به طور اخص انرژی باد به مرحله اقتصادی بودن برسند(6). ظرفیت نیروگاههای برق بادی جهان تا پایان سال 2005 میلادی برابر600000 مگاوات بوده، و نسبت به سال 2004 دارای افزایش  25 درصدی بوده است. در حال حاضر اروپا 5 سال زودتر به هدف خود در سال 2010 میلادی یعنی ظرفیت 40000 مگاوات برق بادی دست یافته است(7). کشور ایران از سال 1373 با نصب دو واحد توربین بادی به ظرفیت 500 کیلو وات در منطقه منجیل و رودبار شروع به تولید برق از انرژی باد نمود. بعداً با توجه به مشخص شدن منافع انرژی برق بادی ، در برنامه پنج ساله چهارم توسعه کشور مقرر گردید 500 مگاوات از برق مصرفی کشور از انرژیهای تجدید پذیر تولید گردد. در حال حاضر دو نیروگاه بادی 30 مگاواتی بینالود و 100 مگاواتی منجیل در کشور وجوددارد (4). پژوهش­های زیادی در رابطه با امکان استفاده از انرژی باد برای مناطق مختلف جغرافیایی با استفاده از آمار و اطلاعات باد در ایستگاههای هواشناسی صورت گرفته است. در کشور کامرون در یک تحقیق علاوه بر بررسی توزیع سرعت باد در مقیاس روزانه و سالانه، توزیع فراوانی در مقیاس ساعتی نیز مورد آنالیز قرار گرفت. برای این منظور سرعت باد در فواصل یک متر بر ثانیه کلاسه بندی گردید (13).

کارشناسان هواشناسی با استفاده از اطلاعات باد 45 ایستگاه هواشناسی و مدل WASPمبادرت به تهیه اطلس باد برای کشور ترکیه نمودند. کارشناسان انرژی باد درنیجریه، با استفاده از تکنیک شبکه عصبی مصنوعی، نقشه پروفیل سرعت باد برای تولید انرژی را ترسیم نمودند. نتایج نشان داد که مدل های شبکه های عصبی مصنوعی با متوسط درصد خطای 9/8 درصد و ضریب تبیین 93/0، پروفیل باد را به خوبی تبیین نموده و متوسط سرعت باد پیش بینی شده با حداکثر مقدار 1/13 متر بر ثانیه در نواحی شمالی و حداقل مقدار 9/0 متر بر ثانیه در مناطق  جنوبی بدست آمد(14). در منطقه گلیبولوی ترکیه با استفاده از داده­های سرعت باد، تابع چگالی احتمال باد را به صورت مقایسه 10 تابع تعیین نمودند. برای این کار با انجام سه آزمون نیکویی برازش و روش گرافیک، مناسبترین تابع را بدست آوردند(12) و(7). پتانسیل یابی انرژی باد در منطقه جرندق استان قزوین نشان داد که سایت مورد نظر برای تولید برق از انرژی باد بسیار مناسب بوده و در کلاس 6 قرار دارد. این منطقه به علت قرار داشتن در ادامه تونل باد منجیل دارای جریان باد مناسبی است(4). ارزیابی منابع باد در یک منطقه به عنوان یک پارامتر کلیدی و یا بحرانی در اجرای استفاده از انرژی باد ذخیره شده توسط توربین­های بادی محسوب می شود. تئوری و مبنای روش کار، استفاده تئوری توزیع فراوانی ویبول و تلفیق آن با منحنی­های توان توربین­های بادی و در نهایت محاسبه و تخمین انرژی قابل حصول برق بادی است. انرژی قابل دسترس در جریان باد متناسب با توان سوم سرعت باد می­باشد. میزان چگالی انرژی در ارتفاع 50 متری تقریبا دو برابر چگالی انرژی در ارتفاع 10 متری است. این بدان معناست که اگر سرعت باد دو برابر شود، انرژی تولید شده توسط توربین یا همان انرژی پتانسیل قابل دسترس سه برابر خواهد شد. به طورکلی میانگین سرعت باد بالاتر از 5 متر بر ثانیه برای اهداف کاربردی مانند تولید الکتریسیته و برقراری جریان، لازم و ضروری است. چگالی نیروی باد روش مفیدی برای ارزیابی پتانسیل انرژی باد قابل دسترس است و واحد اندازه گیری آن وات بر متر مربع می باشد و به عنوان عاملی است که نشان می­دهد که چه مقدار انرژی قابل دسترس در هر مکان می­تواند توسط توربین به جریان الکتریسیته تبدیل گردد. چگالی نیروی باد توسط دو عامل یعنی سرعت باد و ارتفاع تعیین و دسته بندی می­گردد(5). طبق بررسی­های انجام شده تا کنون بررسی جامعی در خصوص امکان سنجی استفاده از انرژی باد در استان کردستان صورت نگرفته است(8). در این مقاله پتانسیل سنجی باد ایستگاه­های سینوپتیک و اقلیم شناسی با استفاده از توزیع ویبول و آمارهای ثبت شده هواشناسی و نرم افزار Windographer انجام شده است.

مواد و روش

منطقه مورد مطالعه

استان کردستان دارای 6 ایستگاه هواشناسی سینوپتیک، 2 ایستگاه سینوپتیک تکمیلی و 12 ایستگاه اقلیم شناسی بوده که مشخصات مربوط به داده­های باد شامل (جهت، سرعت، فراوانی و.....) در آن اندازه گیری می­شود(شکل1). جدول1 اطلاعات مربوط مشخصات جغرافیایی ایستگاه­های مورد مطالعه واقع در استان کردستان می­باشد، در این مطالعه از داده­های سرعت و جهت باد در طول دوره آماری 2005 الی 2007 میلادی که در فاصله­های زمانی 6 ساعته در ارتفاع 10 متری ثبت شده­اند استفاده گردید.


                    


شکل1- موقعیت ایستگاه­های سینوپتیک و اقلیم شناسی در استان کردستان

Figure1- Climatology and sinoptic stations situations in Kurdistan province

 

جدول 1- مشخصات ایستگاه­های سینوپتیک و اقلیم­شناسی استان کردستان

Tabel 1-Climatology and sinoptic stations property in Kurdistan province

ردیف

نام ایستگاه

ارتفاع (متر)

طول جغرافیایی (شرقی)

عرض جغرافیایی (شمالی)

سال تأسیس

نوع ایستگاه

فعالیت ایستگاه در شبانه روز

 

 

 

درجه

دقیقه

درجه

دقیقه

 

 

 

1

سنندج

1373

47

0

35

20

1338

سینوپتیک

24 ساعته

2

مریوان

1287

46

12

35

31

1370

سینوپتیک

24 ساعته

3

قروه

1906

47

48

35

10

1368

سینوپتیک

24 ساعته

4

بیجار

1883

47

37

35

53

1366

سینوپتیک

24 ساعته

5

زرینه

2142

46

55

36

4

1368

سینوپتیک

24 ساعته

6

کامیاران

1404

46

53

34

48

1380

سینوپتیک

12 ساعته

7

هزار کانیان

1894

46

48

35

46

1376

اقلیم شناسی

12 ساعته

                                                                           


روش محاسبه و آنالیز

تابع توزیع ویبول

تابع توزیع احتمال باد که کاربرد زیادی دارد تابع توزیع ویبول است که عبارت است از:

 (1)   که در آن  سرعت باد  و به ترتیب پارامترهای مقیاس و شکل هستند. این پارامترها را می­توان با استفاده از روش Maximum likelihoodاز معادلات زیر محاسبه نمود(5)׃

(2)                                   

(3)                                                       

جایی که سرعت متوسط باد عبارتند از:

  (4)                                                          

و واریانس سرعت باد ثبت شده از رابطه زیر بدست می آید:

(5)                                          

(6)                                                        

(7)                       

سرانجام تابع ریاضی گاما () (فرمول استاندارد) به صورت زیر محاسبه می­شود:

(8)                                   

محاسبه پتانسیل انرژی باد

قدرت انرژی باد با مکعب سرعت باد رابطه مستقیم دارد:

(9)                                                         

که درآن  چگالی هوای استاندارد در سطح دریا با دمای متوسط 15 درجه سانتیگراد و فشار یک اتمسفر(1.225) و  متوسط سرعت باد می­باشد . چگالی تصحیح شده ماهانه هوا از رابطه زیر محاسبه می­شود:

(10)                                                              

که درآن  متوسط ماهانه فشار هوا و  متوسط دمای ماهانه برحسب کلوین،  ثابت گاز برای هوای خشک  می­باشد.

قدرت انرژی باد محاسبه شده در ارتفاع 10 متری از رابطه زیر می­باشد.

(11)                                         

برای تخمین سرعت باد در ارتفاعات بالاتر از رابطه (12) استفاده می­شود.

(12)                                                       

که سرعت باد در ارتفاع  و  سرعت واقعی باد در ارتفاع  ( 10 متری ) می­باشد. مقدار  نیز از رابطه زیر بدست می­آید:

(13)                      

متوسط شدت باد در دوره ای که باد می­وزد به صورت زیر محاسبه می­شود:

(14)                                    

جایی که  سرعت باد 3 ساعته اندازه گیری شده، و  کل نمونه داده­ها برای هر سال، علاوه برآن محاسبه شدت قدرت باد بر مبنای سرعت باد اندازه­گیری شده می­تواند به وسیله آنالیز توزیع ویبول با استفاده از رابطه زیر بدست می­آید:(10)

(15)         

چگالی انرژی باد

میزان چگالی انرژی باد در یک مکان می­تواند از رابطه زیر بدست آید:

(16)                                              

ارزیابی پتانسیل انرژی باد با توربین انکرون

در یک توربین ایده آل پره­ها در سرعت  شروع به چرخش می­کنند که به این مرحله اصطلاحاCut in  گفته، سپس انرژی تولیدی تا سرعت بهینه  (Rated Power) افزایش یافته و بعد از آن انرژی تولیدی تا مرحلهCut off  ثابت می­ماند و در سرعت­های بالاتر از این مرحله برای جلوگیری از خرابی، توربین متوقف می-گردد(1). همچنین در این تحقیق از توانایی توربین انکرون که مشخصات آن در جدول (2) آمده است استفاده شده است. نمودار منحنی قدرت باد شکل (2) ویژگی نوع توربین بکار رفته در محاسبات انرژی باد را نشان می­دهد که حداکثر قدرت تولیدی (قدرت بهینه) را 340 کیلوات برآورد می­کند. مهمترین فاکتور در شاخصه­های منابع باد، پراکندگی سرعت باد با ارتفاع می­باشد، با این توصیف سرعت باد در ارتفاعات مختلف از سطح زمین ( 10 الی50 متری ) اندازه گیری شد، سپس چگالی انرژی باد که تابعی از توزیع سرعت باد و اثر چگالی هوا است محاسبه گردید.

 

جدول 2- مشخصات توربین بکار رفته جهت محاسبه توان تولیدی انرژی باد

Tabel 2-Turbin property that used for wind energy calculation

Enecron E33

مدل توربین

50 و36 متر

ارتفاع

4/33 متر

قطر چرخش

Enecron

شرکت سازنده

340

قدرت بهینه (kw)

50

ارتفاع توربین (m)

3

سرعت باد در Cutin ()

13

سرعت باد در تولید بهینه ()

25

سرعت باد درCutoff()

 

 

شکل2- نمودار منحنی قدرت باد توربین انکرون

Figure 2- Enecron turbin wind power graph

نتایج و بحث

 

ابتدا برای برآورد اولیه انرژی قابل حصول از جریان باد در منطقه محاسبات لازم بر روی اطلاعات سمت و سرعت باد در یک بازه زمانی سه ساله انجام شد، شکل (3) نمودارهای مربوط به گلباد ایستگاه­های منطقه مورد مطالعه را نشان می­دهد که پارامتر مهمی در نصب و آرایش توربینها و احداث مزارع باد است. در ایستگاه سنندج باد غالب جهت شمالی داشته بطوریکه حدود 18 درصد باد وزیده در منطقه سنندج در این جهت بوده است و بعد از آن باد جنوبی وجنوب غربی در رتبه دوم قرار دارد. در ایستگاه قروه جهت باد غالب و ماکزیمم انرژی قابل استحصال در جهت جنوب غربی (270-180 درجه) بوده و بعد از آن نیز باد غربی قرار دارد، همچنین از ویژگیهای مهم این ایستگاه وزش باد به طور مداوم و با شدت و ضعف در تمام طول

 

سال می­باشد. بطور کلی حدودا 38 درصد از طول سال هوا آرام می­باشد. جهت باد غالب و ماکزیمم انرژی قابل استحصال در منطقه بیجار جهت جنوبی بوده و رتبه بعد از آن نیز باد جنوب غربی قرار دارد. همچنین در این ایستگاه وزش باد به طور مداوم و با شدت و ضعف در تمام طول سال می­باشد. بطور کلی حدودا 26 درصد از طول سال هوا آرام می­باشد. شکل 3نشان می­دهند که جهت باد غالب و ماکزیمم انرژی قابل استحصال در منطقه مریوان در جهت جنوب غربی (270-180 درجه) می­باشد که حدودا 28 درصد باد وزیده را به خود اختصاص داده است. وزش باد به طور مداوم و با شدت و ضعف در تمام طول سال می­باشد، بطور کلی حدودا 52 درصد از طول سال هوا آرام می­باشد. جهت باد غالب و ماکزیمم انرژی قابل استحصال در جهت جنوب بوده و بعد از آن نیز باد جنوب غربی قرار دارد. بطور کلی حدودا 60 درصد از طول سال هوا دارای وزش باد می­باشد. جهت باد غالب و ماکزیمم انرژی قابل استحصال در جهت غرب و جنوب غربی می­باشدکه حدودا 40 درصد باد وزیده در ایستگاه زرینه را به خود اختصاص داده است و حدودا 38 درصد از طول سال هوا آرام می­باشد. در ایستگاه هزارکانیان جهت باد غالب در منطقه جنوب غربی بوده و بعد از آن باد شمال شرقی قرار دارد، همچنین 23 درصد هوای منطقه در طول سال آرام بوده، این بدان معناست که 77 درصد از سال در منطقه وزش باد وجود دارد که از شاخصه­های مثبت جهت بهره وری بهینه انرژی باد می­باشد(5).

روند سرعت باد

با توجه به نمودار شکل (4) میانگین سرعت ماهانه باد نشان می­دهد که متوسط سرعت در ماههای زمستانی بیشتر است. در ایستگاه سنندج ماه آوریل دارای بیشترین میانگین سرعت باد (7/2 متر بر ثانیه) و ماه اکتبر دارای کمترین میزان سرعت (5/1 متر بر ثانیه) در ارتفاع 10 متری در طی سال می­باشند. با توجه به شکل4 تند باد­هایی با سرعت 20 متر بر ثانیه در ماههای ژانویه و می از ویژگیهای این منطقه می­باشد. در بین ماهها و فصول مختلف سال، بیشترین میانگین سرعت باد در ماه مارس (2/6 متر بر ثانیه) بوده و کمترین آن در فصل زمستان در ماه ژانویه (8/3 متر بر ثانیه) در منطقه بیجار می­باشد.

 

 
 

سنندج

 

 


کامیاران

 

 

قروه

 

 

بیجار

 

 

زرینه

 

 

 

مریوان

 

 

هزارکانیان

 

 

 

شکل3- دیاگرام گلباد ایستگاه­های سینوپتیک و اقلیم شناسی استان کردستان

Figure3- Wind digram fot Climatology and sinoptic stations in Kurdistan province

 


در کل حدود 6 ماه از سال سرعت بالای 3 متر بر ثانیه را تجربه می­کنند. در اکثر مواقع سال سرعت باد بالاتر از 5 متر بر ثانیه بوده و حداکثر آن در ماه ژوئن رخ داده است. برای ایستگاه قروه در بین ماهها و فصول مختلف سال، بیشترین سرعت باد در ماه مارس (8/4 متر بر ثانیه) می­باشد، در کل در اکثر ماههای سال سرعت بالای 3 متر بر ثانیه در منطقه وجود دارد. بیشترین سرعت باد در ماه آوریل (3/2 متر بر ثانیه) بوده و کمترین آن در فصل زمستان در ماه ژانویه (کمتر از 2 متر بر ثانیه) در منطقه مریوان می­باشد. در سری زمانی میانگین سرعت باد برای ایستگاه کامیاران بیشترین سرعت باد در ماه مارس (6/3 متر بر

 

ثانیه) بوده و کمترین آن در ماه ژانویه (8/1 متر بر ثانیه) می­باشد. در بین ماهها و فصول مختلف سال سری زمانی سرعت باد ایستگاه زرینه، بیشترین سرعت باد در ماه آوریل (1/5 متر بر ثانیه) بوده و کمترین آن در فصل زمستان در ماه ژانویه (6/2 متر بر ثانیه) است. در کل اکثر ماههای سال سرعت بالای 3 متر بر ثانیه را تجربه می کنند. برای ایستگاه هزارکانیان با توجه به داشتن سرعت باد بین 5 الی 6 متر بر ثانیه برای احداث نیروگاههای بادی در مقیاس وسیع مناسب می­باشد. در شکل (5) هیستوگرام طبقات سرعت طی دوره آماری و توزیع ویبول را نشان می­دهد و طبق شکل مذکور پارامترهای توزیع ویبول ( و)، که توسط توزیع حداکثر احتمال برای ایستگاه­های سنندج، بیجار، قروه، مریوان، کامیاران، زرینه و هزارکانیان محاسبه شده­اند به ترتیب (03/1 و 18/2)، (11/1 و 44/4)، (28/1 و 56/3)، (58/0 و 084/1)، (18/1 و 14/3)،(26/1 و 8/5) و(28/1 و 19/6) متر بر ثانیه محاسبه شده­اند. نمودار توزیع ویبول حاکی از آن است که فراوانی سرعتهای بالاتر از 5 متر بر ثانیه بیشتر از سرعت های دیگر است که می­تواند از شاخصه های خوب یک مکان جهت احدث نیروگاه باشد.


برآورد چگالی انرژی باد

 

جدول (3) توزیع ماهانه چگالی قدرت باد بر حسب وات بر متر مربع را نشان می­دهد. ماههای سرد سال (ژانویه الی مارس) دارای بیشترین میزان چگالی قدرت باد و انرژی تولیدی بوده، که نشان دهنده شدت وزش باد در این مناطق می­باشد و بیشترین بهره­وری انرژی الکتریکی را در این زمان دارا می­باشد. در حالیکه ماههای گرم سال از نظر تولید انرژی توان کمتری را دارا بوده که خود می­تواند زمان مناسبی برای تعمیر و سرویس توربین­های بادی باشد.

 

 

 

بیجار

 

 

سنندج

 

 

هزارکانیان

 

 

مریوان

 

 

قروه

 

 

کامیاران

 

 

زرینه

 

 

شکل4- میانگین سرعت باد ماهانه طی دوره آماری

Figure 4- Average of wind velocity for data period

 

 

 

 

هزارکانیان

 

 

سنندج

 

 

بیجار

 

 

قروه

 

 

مریوان

 

 

کامیاران

 

 

زرینه

 

 

 

شکل5-نمودار فراوانی و  توزیعویبول سرعتهای مختلف باد ایستگاه­های مورد  مطالعه

Figure 5-Wind velocity Frequncey and weibull distribution for stations

 

جدول 3- توزیع ماهانه چگالی قدرت باد در منطقه مورد مطالعه

Table 3- Monthly distribution of wind power density in area of study

ایستگاه/

ماه­های سال

ژانویه

فوریه

مارس

آوریل

می

ژوئن

جولای

آگوست

سپتامبر

اکتبر

نوامبر

دسامبر

سنندج

744

680

744

720

744

720

744

744

720

744

720

743

قروه

744

680

744

720

744

720

744

744

720

744

720

741

بیجار

496

456

496

480

496

480

496

496

480

744

720

744

کامیاران

775

705

775

750

775

750

762

773

750

775

750

775

مریوان

744

680

744

720

744

720

744

744

720

744

720

739

زرینه

744

680

744

720

744

720

744

744

720

744

720

743

هزارکانیان

1145

789

1461

939

419

406

640

571

461

835

673

587

 

 

 

در یک سایت خوب متوسط قدرت خروجی و تولیدی بین 25 الی 33 درصد از ظرفیت تولیدی می باشد. با توجه به جدول (3) فاکتور ظرفیت 8/28 درصد بوده و مقدار کل انرژی الکتریکی تولیدی توسط توربین در طول یک سال 831 مگا وات ساعت می باشد. میانگین قدرت تولیدی نیز 9/94 کیلووات برآورد شده است. با توجه به نتایج سایر تحقیقات مشابه در سایت نیروگاهی تاکستان قزوین با توان برق تولیدی 601 وات بر متر مربع در ارتفاع 50 متری (کلاس 6) و منطقه فیروزکوه با توان 326 وات بر متر مربع در ارتفاع 50 متری (کلاس 3) (6) و (9) ، منطقه هزار کانیان کردستان به علت داشتن بادهایی با سرعت بیشتر از 5 متر بر ثانیه در اکثر اوقات سال و چگالی قدرت 745 وات بر متر مربع در ارتفاع 50 متری، می­

 

تواند به عنوان یکی از سایت های بسیار خوب جهت نصب و راه اندازی پارک های بادی در منطقه کردستان محسوب شود. بعد از آن ایستگاه بیجار، واقع در شرق استان کردستان، با چگالی انرژی (301 وات بر متر مربع)، در ارتفاع 50 متری در کلاس نسبتا خوب (کلاس 3 ) قرار داشته از نواحی پر باد استان نسبت به سایر نقاط محسوب می­شود.

 

 

 

قروه

 

 

بیجار

 

 

سنندج

 

 

زرینه

 

 

کامیاران

 

 

مریوان

 

 

هزارکانیان

 

 

 

شکل 8- منحنی چگالی قدرت باد ( وات بر متر مربع ) بر حسب ارتفاع از سطح زمین مربوط به ایستگاه­های مورد مطالعه

Figure 8- Wind power density curve (w/m2) based on height from ground surface for stations

 

 

منطقه زرینه در شمال استان کردستان با توان 290 وات بر متر مربع در ارتفاع 50 متری جزو مناطق با وضعیت متوسط بوده و از نظر کلاس باد در رده (2) قرار می­گیرد. سایر ایستگاه­های موجود در استان دارای میانگین سرعت باد کمی بوده و توان انر‍ژی کمتر از 200 وات بر متر مربع بوده،که طبق استانداردهای بین المللی جزو مناطق کم باد و کلاس رده (1) محسوب شده و برای نصب توربینهای بادی جهت استحصال برق مناسب نمی­باشند.(شکل 9) پارامترها و مشخصه­هایی از قبیل ویژگی­های منطقه­ای، هزینه سوخت نیروگاههای فسیلی و سیاست­های دولت باعث نوسان هزینه تولید الکتریسیته می­

 

گردد. از طرف دیگر با کم شدن ذخایر نفت و گاز و حذف یارانه فرآورده­های نفتی، هزینه سوخت نیروگاههای گازی و حرارتی روندی صعودی را طی می­کند که این امر در آینده توجیه پذیری نیروگاههای برق بادی به نیروگاههای گازی و حرارتی را بیان می نماید. لذا بایستی در غالب پروژه های آتی با انجام آنالیز اقتصادی و مقایسه هزینه برق تولیدی نیروگاه بادی و نیروگاههای فسیلی اقدامات لازم صورت گیرد.

 


 

جدول 4-میزان توان تولیدی سالانه استخراج شده از توربین Enecron E33 در استان کردستان

Table 4- Yearly generated power from Enecron E33 turbin in Kurdistan province

ایستگاه

سرعت باد در ارتفاع 50متری

(متر برثانیه)

ضریبC

K

ضریب

WPD

(وات برمترمربع)

انرژی تولیدی سالانه

(MWh /yr)

فاکتور ظرفیت

(درصد)

کلاس بهره­برداری

هزار کانیان

89/6

20/6

28/1

745

831

28

عالی

بیجار

13/5

44/4

17/1

301

586

3/20

نسبتا خوب

زرینه

76/4

8/5

26/1

290

550

1/19

متوسط

قروه

06/4

56/3

18/1

168

361

5/12

ضعیف

کامیاران

56/3

41/3

18/1

150

354

3/12

ضعیف

سنندج

49/2

18/2

03/1

63

159

5/5

ضعیف

مریوان

8/1

08/1

58/0

57

133

6/4

ضعیف

 

   

 

شکل9- پهنه بندی استان کردستان از نظر وضعیت بهره وری انرژی باد

Figure 9- Zoning of Kurdistan province base on wind energy Productivity

 

منابع

 

1-      امامی ، ناصر، بهبهانی نیا ، سید ، علی و خلجی اسدی ، مرتضی،« ارزیابی آماری سرعت باد و پتانسیل انرژی منطقه فیروز کوه برای احداث نیروگاه بادی»، بیست و یکمین کنفرانس بین المللی برق،1388-تهران-ایران.

 

2-      ذوالفقاری،مریم،«برآورد چگالی نیروی باد در استان مرکزی»،چهاردهمین کنفرانس ژئوفیزیک ایران، اردیبهشت 1389 – تهران-ایران.

3-      ثقفی، مجید، شریفی،مهدی و خلجی اسدی، مرتضی،«بررسی پتانسیل باد سیاهپوش در استان قزوین برای احداث نیروگاه برق بادی»، پنجمین همایش ملی انرژی، بهار 1384- تهران-ایران.

4-      شریفی، مهدی و شیرزادسیبنی، ابوالفضل،« امکان سنجی احداث نیروگاه برق بادی در جرندق تاکستان با توجه به پتانسیل جریان باد منطقه»، بیست ویکمین کنفرانس بین المللی برق ،1385-تهران-ایران.

5-      محمدی، جهانگیر،«مطالعات و برآورد انرژی باد در ایران»، مرکز توسعه انرژی های نو، سازمان انرژی اتمی،1383.

6-      Burton T., 2003. Wind Energy Handbook, First Edition, UK, Garrad Hassan and Partners.

7-      Keyhani A. M., Ghasemi V.,2010.An assessment of wind energy potential as a power generation source in the capital of Iran Tehran”, Energy, No. 35, pp. 188–201.

8-      Mukund R. P., Wind and Solar Power Systems, Second Edition, New York, 2006.

9-      Ram C. T., Shruthi B., 2005.Wind energy potential mapping in Karnataka, India, using GIS”, Energy Conversion and Management, No. 46, pp.1561–1578.

10-  Selic A., 2003.A statistical analysis of wind power density based on the Wibull and Reyleigh models at the southern region of Turkey”, Renewable Energy, No.29, pp.593– 604.

11-  Windographer software available at, http: www.mystaya.com.

12-  Wiser, D., 2008. Technical note A wind energy analysis of Grenada: an estimation using the ‘Weibull’ density Function”, Renewble Energy, No. 28, pp.1803-1812.

13-  Tchinda, R., Kaptouom, E., 2003.Wind energy in Adamou and North Cameroon provinces. Energy Conversion and Management, Vol.44, pp.845–857.

14-  Fadare, D., 2010. The application of artificial neural networks to mapping of wind speed profile for energy application in Nigeria. Applied Energy Vol.87, pp.934–942.

 

 

 

 

 

 



*1-  (مسوول مکاتبات): گروه مهندسی آب، واحد سنندج، دانشگاه آزاد اسلامی، سنندج، ایران.

2- کارشناس ارشد اداره کل هواشناسی استان گلستان، ایران.

[3]- کارشناس ارشد اداره کل هواشناسی استان کردستان، ایران.

1- Deptartment of Water Engineering, Sanandaj Branch, Islamic Azad University, Sanandaj, Iran. * (Corresponding Author)

2- MSc, Meteorological Department in Mazandaran, Iran.

3- MSc, Meteorological Department in Kurdestan, Iran.

1-      امامی ، ناصر، بهبهانی نیا ، سید ، علی و خلجی اسدی ، مرتضی،« ارزیابی آماری سرعت باد و پتانسیل انرژی منطقه فیروز کوه برای احداث نیروگاه بادی»، بیست و یکمین کنفرانس بین المللی برق،1388-تهران-ایران.

 

2-      ذوالفقاری،مریم،«برآورد چگالی نیروی باد در استان مرکزی»،چهاردهمین کنفرانس ژئوفیزیک ایران، اردیبهشت 1389 – تهران-ایران.

3-      ثقفی، مجید، شریفی،مهدی و خلجی اسدی، مرتضی،«بررسی پتانسیل باد سیاهپوش در استان قزوین برای احداث نیروگاه برق بادی»، پنجمین همایش ملی انرژی، بهار 1384- تهران-ایران.

4-      شریفی، مهدی و شیرزادسیبنی، ابوالفضل،« امکان سنجی احداث نیروگاه برق بادی در جرندق تاکستان با توجه به پتانسیل جریان باد منطقه»، بیست ویکمین کنفرانس بین المللی برق ،1385-تهران-ایران.

5-      محمدی، جهانگیر،«مطالعات و برآورد انرژی باد در ایران»، مرکز توسعه انرژی های نو، سازمان انرژی اتمی،1383.

6-      Burton T., 2003. Wind Energy Handbook, First Edition, UK, Garrad Hassan and Partners.

7-      Keyhani A. M., Ghasemi V.,2010.An assessment of wind energy potential as a power generation source in the capital of Iran Tehran”, Energy, No. 35, pp. 188–201.

8-      Mukund R. P., Wind and Solar Power Systems, Second Edition, New York, 2006.

9-      Ram C. T., Shruthi B., 2005.Wind energy potential mapping in Karnataka, India, using GIS”, Energy Conversion and Management, No. 46, pp.1561–1578.

10-  Selic A., 2003.A statistical analysis of wind power density based on the Wibull and Reyleigh models at the southern region of Turkey”, Renewable Energy, No.29, pp.593– 604.

11-  Windographer software available at, http: www.mystaya.com.

12-  Wiser, D., 2008. Technical note A wind energy analysis of Grenada: an estimation using the ‘Weibull’ density Function”, Renewble Energy, No. 28, pp.1803-1812.

13-  Tchinda, R., Kaptouom, E., 2003.Wind energy in Adamou and North Cameroon provinces. Energy Conversion and Management, Vol.44, pp.845–857.

14-  Fadare, D., 2010. The application of artificial neural networks to mapping of wind speed profile for energy application in Nigeria. Applied Energy Vol.87, pp.934–942.