پکیج آموزش مدل FAST طراحی نیروگاه بادی

[دکتر مصطفی کلهر]

نرم افزار Fast مخفف Fatigue, Aerodynamic, Structures, Turbulence می باشد.

همانطور که از نام نرم افزار fast مشخص است، این نرم افزار یک نرم افزار طراحی سازه می باشد که جهت طراحی اجزای یک توربین بادی ارائه شده است.

مدل fast به منظور طراحی توربینها و شبیه سازی تعامل بین انواع نیروهای مختلف بر تمامی اجزای یک توربین بادی ارائه شده است.

بنابراین بر خلاف نرم افزارهایی مانند windpro, wind energy, windsim, windfarmer که به بررسی پتانسیل تولید برق می پردازند، نرم افزار fast به طراحی خود توربین توجه کرده است.

نرم افزار fast از ماژولهای متعددی بهره می برد که وظیفه هر یک انجام قسمتی از مدلسازی می باشد:
ماژول آیرودینامیک (اندرکنش بین نیروهای باد و پره ها و سازه)
ماژول هیدرودینامیک (برای توربینهای فراساحلی به منظور در نظر گرفتن نیروهای موج، نیروهای هیدرواستاتیکی)
ماژول کنترلی و الکتریکی توربین
ماژولهای سازه ای (الاستیکی)

نرم افزار fast قادر به مدلسازی دو نوع توربین می باشد که شامل توربین 2 پردهای و توربین 3 پره ای می باشد.

همچنین نرم افزار fast قادر به اعمال بار زلزله بر روی سازه توربین نیز می باشد.

در حال حاصر مدل fast به صورت کد باز ارائه شده است و توسعه دهندگان در سراسر دنیا می توانند در بسط و گسترش آن شرکت کنند.

[دکتر مصطفی کلهر]

مجموعه نرم افزار FAST توسط آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL) در ایالات متحده و با بودجه وزارت انرژی ایالات متحده توسعه یافته است. این یک سیستم نرم افزاری مدولار است که برای شبیه سازی رفتار توربین های بادی و مزارع بادی تحت طیف وسیعی از شرایط عملیاتی و عوامل محیطی طراحی شده است.

چهار ماژول اصلی مجموعه نرم افزار FAST عبارتند از:

ماژول AeroDyn که عملکرد آیرودینامیکی پره های توربین بادی را با استفاده از تئوری تکانه تیغه و دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی می کند.

ماژول AeroDyn که می توان آن را برای شبیه سازی طیفی از طرح ها و شرایط مختلف تیغه ها، از جمله استال، کنترل زمین و عملکرد سرعت متغیر استفاده کرد.

ماژول HydroDyn که نیروهای هیدرودینامیکی و حرکت توربین های بادی دریایی و سازه های پشتیبانی را در آب شبیه سازی می کند. ماژول HydroDyn شامل مدل هایی برای شبیه سازی بارهای موج، بارهای جاری و رفتار سیستم پهلوگیری است.

ماژول FAST v8 که رفتار دینامیکی اجزای توربین بادی از جمله پره ها، پیشرانه و برج را شبیه سازی می کند. ماژول FAST v8 از یک رویکرد برنامه نویسی مدولار و شی گرا استفاده می کند که به کاربران اجازه می دهد تا در صورت نیاز قابلیت های شبیه سازی را سفارشی کرده و گسترش دهند.

ماژول TurbSim که تلاطم اتمسفر و اثرات آن بر رفتار توربین بادی را شبیه سازی می کند. ماژول TurbSim شامل مدل هایی برای تولید داده های آشفتگی مصنوعی بر اساس اندازه گیری های جوی و سایر داده های ورودی است.

علاوه بر این ماژول ها، مجموعه نرم افزار FAST شامل ابزارها و ابزارهای مختلف دیگری برای تجزیه و تحلیل و بهینه سازی داده ها است. این نرم افزار به طور گسترده در صنعت انرژی بادی و جامعه تحقیقاتی استفاده می شود و در برابر داده های تجربی توربین های بادی واقعی تایید شده است.

[دکتر مصطفی کلهر]

ماژول AeroDyn

پارامترهای ورودی:

هندسه تیغه (وضعیت پیچش، داده های ایرفویل)
سرعت و جهت باد
تنظیمات عملیاتی (زاویه گام، سرعت روتور و غیره)

پارامترهای خروجی:

ضرایب بلند کردن و کشیدن برای هر بخش تیغه
بارهای آیرودینامیکی روی تیغه ها (تراست، گشتاور، ممان خمشی)
توان خروجی توربین بادی

ماژول HydroDyn

پارامترهای ورودی:

هندسه توربین و سازه پشتیبان
شرایط محیطی (ارتفاع موج، دوره، جهت، سرعت جریان آب)
پارامترهای سیستم پهلوگیری

پارامترهای خروجی:

بارهای هیدرودینامیکی روی توربین و سازه نگهدارنده (نیروها و گشتاورها)
حرکت توربین و ساختار تکیه گاه (پیچ، چرخش، بالارفتن، نوسان، موج)

ماژول FAST v8

پارامترهای ورودی:

هندسه توربین و سازه پشتیبانی
هندسه تیغه و خواص مواد
ویژگی های قطار و ژنراتور
سرعت و جهت باد

پارامترهای خروجی:

رفتار دینامیکی توربین (خم شدن تیغه، ارتعاشات برج و غیره)
توان خروجی توربین
آسیب خستگی به اجزای توربین

ماژول TurbSim

پارامترهای ورودی:

داده های جوی (سرعت و جهت باد، شدت تلاطم، برش و غیره)
هندسه توربین و سازه پشتیبانی

پارامترهای خروجی:

داده های آشفتگی مصنوعی در محل توربین
سرعت و جهت باد آشفته در محل توربین
ویژگی های طیفی تلاطم