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
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]*
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.
|
Analysis of wind energy potential to set up wind power plants in Kurdistan province using the Wiebull distribution model
Motalleb Byzedi[4]*
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.
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
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.
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
شکل4- میانگین سرعت باد ماهانه طی دوره آماری
Figure 4- Average of wind velocity for data period
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
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.
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
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.