دانلود شبیه سازی ضریب توان در توربین های بادی با در نظر گرفتن محدودیت بتز

ضریب توان در توربین بادی

آلبرت بتز یک فیزیکدان آلمانی بود که در سال 1919 نتیجه گرفت که هیچ توربین بادی نمی تواند بیش از 59.3% از انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی برای چرخش یک روتور، تبدیل کند. تا امروز به آن حد بتز یا قانون بتز می گویند. این حد، با عدم بازده مولد، ارتباطی ندارد اما یکی از ماهیت های اصلی و مهم خود توربین های باد است. توربین های باد، با کاهش سرعت باد، انرژی استخراج می کنند. برای اینکه یک توربین باد 100% بازده داشته باشد نیاز به متوقف کردن 100% باد دارد- اما سپس روتور باید یک دیسک جامد و بدون پره باشد و در نتیجه چرخش نمی کند و هیچ انرژی جنبشی تبدیل نمی شود. در طرف دیگر، اگر یک توربین باد با فقط یک تیغه روتور داشته باشیم، اکثر باد گذرنده از آن ناحیه جاروب شده بوسیله تیغه توربین کامل تیغه را رد می کند و بنابراین انرژی جنبشی باد بکار گرفته نمی شود و کاهش نمی یابد.

بازده توان توربین بادی واقعی

بازده توان بیشینه نظری هر طرح از توربین بادی 0.59 است (یعنی بیشتر از 59% انرژی حمل شده توسط باد بوسیله یک توربین باد قابل استخراج نیست). همچنین بعد از اینکه الزامات مهندسی یک توربین باد (بخصوص استحکام و دوام) را مدنظر قرار دهید، آن محدودیت واقعی بسیار کمتر از حد بتز و با مقادیر 0.35 تا 0.45 می شود که این حتی در بهترین طراحی های توربین های باد، معمول است. هنگامی که بازده های دیگر یک سیستم توربین باد کامل را مدنظر قرار می دهید- برای مثال، مولد، یاتاقان ها، انتقال قدرت و غیره- تنها 10 تا 30 درصد از توان باد حتی واقعاً به برق مفید تبدیل می شود.

این شبیه سازی در نرم افزار متلب انجام شده و در ادامه نیز بخشی از نتایج خروجی قرار داده شده است: