آشنایی با نرم افزار windPRO

گسترش نیروگاه های بادی به عنوان یکی از مقرون به صرفه ترین نوع از انرژی های تجدید پذیر، لزوم طراحی بهینه مزارع بادی و افزایش حداکثری استفاده از انرژی باد را بیش از پیش نمایان می سازد. استفاده حداکثری از انرژی باد و استخراج بیشترین میزان انرژی تولیدی مزرعه بادی و همچنین کاهش هزینه های بهره برداری و تعمیرات، نیاز به شناخت کامل از دینامیک باد منطقه و سایت یابی بهینه دارد، به نحوی که بهترین نقاط جهت احداث یک نیروگاه بادی تعیین می گردد و در گام بعدی برای سایت انتخاب شده، طراحی بهینه توربین های بادی ارائه می گردد. پس از این مرحله، محاسبه انرژی خروجی مزرعه بادی با در نظر گرفتن افت ها و تلفات محاسبه می گردد. در این آموزش سعی بر آن است تا اصول طراحی مزرعه بادی با نرم افزار windPRO به عنوان یکی از شناخته شده ترین نرم افزارهای موجود در صنعت باد و بر مبنای دیدگاه کاملا کاربردی بیان گردد.

دلایل گسترش استفاده نرم افزار ویند پرو (Wind Pro)

در زمینه مطالعه نیروگاه‌ها و مزارع بادی دو نرم افزار Wind Pro و Windfarmer بیشترین کاربرد را دارا می‌باشند. دو نرم افزار Wind Pro و Windfarmer از لحاظ ساختاری با هم یکسان هستند. ضمن اینکه نرم افزار بین المللی Wind Pro در بعضی مدول‌­ها از نرم‌افزار Windfarmer قوی‌تر می­‌باشد. در حال حاضر استفاده از نرم افزار Windfarmer بدلیل مشکلاتی کمتر در کشور مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از نرم افزار Wind Pro نیز به دلیل استفاده نسبتاً راحت توسط کاربر و اعتبار بین المللی آن در ایران گسترش یافته است. Wind pro نرم افزاری قدرتمند برای اجرای پروژه‌­های بادی است.

مهم‌ترین قسمت‌­های این نرم افزار ویند پرو (Wind Pro) چیست؟

بخش BASIS

این بخش جهت استفاده از بقیه بخش‌های محاسباتی مورد نیاز است، شامل قسمت‌های زیر است :
مدیریت پروژه : ابزاری جهت مدیریت پروژه
کاتالوگ‌های WTG : این کاتالوگ وسیع ترین مرجع توربین‌های بادی در جهان است که اطلاعات بیش از ۷۰۰ نوع توربین بادی را دارد .
سیستم مدیریت نقشه : جهت متصل کردن نرم افزار ویند پرو به منابع دیجیتالی
داده های ورودی/ طراحی پروژه : با این بخش کاربر می تواند یک پروژه را آماده کار کند.
دسترسی on line به سرویس های اطلاعاتی سازندگان ابزارهای خروجی جهت ارائه پروژه نیروگاه بادی (مانند عکس­‌های واقعی توربین­‌ها روی نرم‌افزار Google earth)

بخش ATLAS

این بخش انرژی تولیدی توسط یک توربین باد را بر اساس روش اطلس باد (Wind Atlas) محاسبه می‌­کند. ورودی‌­های مورد نیاز برای این بخش عبارتند از : اطلاعات مربوط به ناحیه (پستی و بلندی و موانع )، داده‌­های آماری مربوط به باد و منحنی‌­های توان توربین در نرم افزار ویند پرو است.

بخش METEO در نرم افزار ویند پرو (Wind Pro) این بخش دو کارکرد دارد

۱) ورود، تحلیل و ارائه داده های اندازه گیری شده برای باد
۲) محاسبه انرژی تولیدی یک توربین باد بر پایه اندازه گیری داده‌­های باد در محل
ورودی‌­های مورد نیاز برای این برنامه عبارتند از : منحنی‌­های توان توربین باد، داده‌­های هواشناسی و اطلاعات خام اولیه مربوط به باد که در محل اندازه گیری شده است. ( اعم ازسرعت باد، جهت وزش باد، انحراف از معیار، شدت توربولانس، تاریخ و زمان ).

رابط WAsP

بخش WAsP (The Wind Atlas Analysis and Application Program) جهت متصل کردن Wind Pro و WAsP به یکدیگر مورد استفاده قرار می­‌گیرد. این بخش می­‌تواند انرژی تولیدی توربین باد و یا یک مزرعه بادی را محاسبه نماید. بر خلاف بخش Atlas که تنها می­‌تواند شرایط نواحی ساده را بررسی کند، کاربر در بخش WAsP در تعریف موانع آزاد است.
ورودی­‌های مورد نیاز برای این بخش عبارتند از: اطلاعات مربوط به ناحیه (پستی و بلندی و موانع )، داده های آماری مربوط به باد و منحنی های توان توربین مزرعه بادی

بخش MCP/STATGEN

بخش MCP(Measure-correlate-predict) و STATGEN داده‌­های طولانی مدت باد در نقاط دیگر جغرافیایی را توسط روابط همبستگی جهت استفاده پیش بینی‌­های بلند مدت تصحیح می­‌نماید.

بخش PARK در نرم افزار ویند پرو (Wind Pro)

این بخش انرژی تولیدی توسط یک مزرعه بادی را با در نظر گرفتن اتلافات مربوط به نحوه چیدمان توربین‌ها محاسبه می‌­کند. محاسبات این بخش بر پایه چهار بخش METEO، WAsP interface، ATLAS و RESOURCE می­‌باشد.

بخش RESOURCE

این قسمت قادر است برای یک منطقه جغرافیایی تعریف شده یک نقشه مرجع باد ایجاد کند. برای ایجاد این نقشه نیاز به خروجی بخش WAsP می‌­باشد.

بخش OPTIMIZE

این بخش نحوه چیدمان توربین­‌ها را در یک مزرعه بادی از لحاظ تولید حداکثر انرژی بهینه می­‌کند. جهت انجام این کار دو روش متفاوت وجود دارد :
الف)طراحی اتوماتیک که در این حالت نرم افزار چیدمان را جهت دستیابی به حداکثر انرژی انجام می‌دهد.
ب)طراحی توسط کاربر که در این حالت کاربر می‌تواند توربین­‌ها را بچرخاند؛ جابجا کند و فاصله بین آن‌ها را تغییر دهد.

بخش DECIBEL

این بخش محاسبات مربوط به نویز را بسیار ساده می‌کند. این امکان به کاربر داده می­‌شود تا مناطق حساس به نویز را تعریف کند.

بخش SHADOW

این بخش امکان محاسبه ساعات ایجاد سایه توسط توربین‌­ها در یک سال و در یک ناحیه دلخواه را به کاربر می‌دهد. از دیگر بخش ­پ‌های مهم نرم افزار قابلیت­‌های گرافیکی و انمیشن سازی ( تصاویر سه بعدی ) است که در اینجا از آوردن آن صرف نظر می‌­کنیم .
بخش EGRID نیز برای طراحی و محاسبه اتصال مزرعه بادی به شبکه مورد استفاده قرار می­‌گیرد. برای انجام ملاحظات اقتصادی نیز از بخش WINDBANK استفاده می‌­کنیم. این بخش برای امکان سنجی اقتصادی توربین باد و پارک بادی می‌باشد.

مدل خطی WAsP

مدل نرم افزاری WAsP یک برنامه کامپیوتری جهت برونیابی آماری سرعت باد در یک منطقه می‌­باشد. اساس کارکرد نرم افزار بر مبنای بخش‌­های زیر می­‌باشد:
الف)تحلیل اطلاعات خام باد : با استفاده از این قابلیت، نرم افزار قادر به پالایش و پردازش داده‌های خام باد اندازه گیری شده از دکل­‌های باد می‌­باشد.
ب)ایجاد اطلس بادی محلی : با استفاده از داده‌های خام محلی و توصیف توپوگرافی و اوروگرافی ناحیه می‌توان الگوی مناسبی از رژیم باد ناحیه بدست آورد.
ج)تخمین پتانسیل انرژی باد : با استفاده از اطلاعات مربوط به اطلس باد می‌­توان مقداری متوسط انرژی باد در هر ارتفاع( تا ارتفاع ۲۰۰ متری) را برونیابی نمود.
د)محاسبه انرژی خروجی یک مزرعه بادی : با استفاده از اطلاعات بخش‌­های قبل می‌­توان انرژی خروجی یک مزرعه بادی رابا در نظر گرفتن تلفات توربولانس خروجی محاسبه نمود.

مدل صحیح در نرم افزار WAsP

برای ایجاد یک مدل صحیح در نرم افزار WAsP و پیش بینی دقیق منابع باد موارد زیر باید به عنوان ورودی نرم افزار تعیین شود :
الف) اطلاعات خام بلند مدت باد برای یک ایستگاه بادسنجی مرجع، همچنین اطلاعات محلی باد سایت
ب) پوشش دقیق سطح زمین و اطلاعات مربوط به توپوگرافی سایت تا شعاع ۲۰ کیلومتری
ج)اطلاعات مربوط به پستی و بلندی زمین یا اوروگرافی به شعاع ۵ کیلومتری سایت
د) اطلاعات مربوط به موانعی که در اطراف دکل باد سنجی می­باشد
برای ارزیابی محلی پتانسیل باد یک منطقه، تعیین زبری سطح زمین بر اساس طول یا کلاس زبری ضروری است. برای مثال تاثیر یک جنگل یا یک مزرعه کشاورزی در الگوهای لایه مرزی جریان متفاوت خواهد بود و همین امر موجب اختلاف در پتانسیل باد ناحیه می­‌شود. برای مناطق مسطح و ساحلی تاثیر نوع پوشش سطح زمین بر روی منابع انرژی باد قابل توجه می‌­باشد.
یکی دیگر از ورودی­‌های مدل، تأثیرات پستی و بلندی سطح زمین یا اوروگرافی می‌­باشد که برای مناطقی که سطح زمین با دریا اختلاف زیادی داشته باشد (کوهپایه­ای، نیمه کوهستانی و غیره) تاثیر اوروگرافی بسیار بیشتر از تاثیر پوشش سطح زمین می‌­باشد.
ورودی دیگر مدل موانع طبیعی و مصنوعی درمحدوده‌ی دکل بادسنجی و سایت می­‌باشد. وجود موانع باعث به وجود آمدن تغییر در سرعت باد می­‌شود. ساختمان­‌ها و درخت‌های بلند از جمله موانع مصنوعی و طبیعی می‌باشد.

کاربرد نرم افزار

امکان‌سنجی مزارع بادی

مطالعه امکان‌سنجی، مطالعه‌ای است که قبل از آغاز عملیات اجرایی پروژه انجام و در آن توجیه پذیری یا معقول بودن اجرای پروژه بررسی می‌شود. یکی از مهمترین پارامترها در این مطالعه تخمین میزان انرژی الکتریکی تولیدی نیروگاه است که در واقع منبع درآمد نیروگاه را تشکیل خواهد داد. با توجه به آنکه منبع تولید انرژی نیروگاه‌های تجدیدپذیر نظیر باد و خورشید در اختیار طبیعت بوده و دسترسی دائم به آن میسر نیست، لذا تعیین میزان انرژی سالانه نیروگاه همواره به صورت تخمین تقریبی ممکن خواهد بود.
لذا در این پروژه‌ها مطالعه امکان‌سنجی و استفاده از آمار و داده‌های طولانی مدت در مورد منبع انرژی تجدیدپذیر، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار خواهد بود. در مطالعه امکان‌سنجی، می‌بایست تمام ویژگی‌ها و مشخصات فنی و تخصصی پروژه را از جنبه‌های مختلف تشریح نموه، سپس هزینه‌ها و درآمدهای پروژه را تخمین زد و به روشی معمول و منطقی با یکدیگر مقایسه و توجیه‌پذیری پروژه را آشکار نمود.

معیارهای منتخب ارزیابی مکان احداث مزرعه‌های بادی پروژه یا نیروگاه از نظر فنی از جنبه‌های زیر توصیف می‌گردد

با توجه به مستندات موجود (شامل استانداردها، اطلاعات مربوط به مراکز تست معتبر در جهان و غیره) و اطلاعات ارائه شده در خصوص پارامترهای مکان‌یابی نیروگاهای بادی و سایر نیروگاه‌ها و نیز مراحل برنامه‌ریزی و ساخت مزارع بادی، پارامترهای زیر بعنوان معیارهای انتخاب مکان مزرعه و اولویت‌بندی مزارع نسبت به یکدیگر معرفی می‌گردند
محل سایت
مشخصات فنی
چیدمان توربین‌ها
برآورد میزان تولید انرژی سالیانه
ارزیابی زیست محیطی
پتانسیل باد
توپوگرافی منطقه و توربولانس
زمین‌شناسی و زلزله‌خیزی منطقه
شبکه حمل و نقل و مسیرهای دسترسی
کاربری اراضی
وسعت منطقه
خطوط انتقال، پست‌ها و وضعیت اتصال به شبکه در منطقه
بررسی اقتصادی
برنامه‌زمانبندی

برآورد میزان انرژی تولیدی سالانه نیروگاه بادی

به دلیل تاثیر عوامل متعدد پیچیده بر میزان وزش باد، انرژی تولیدی سالیانه نیروگاه که قویا با سرعت وجهت وزش باد رابطه دارد نیازمند محاسبات پیچیده و خاص خود می‌باشد. در نتیجه به منظور برآورد انرژی تولیدی، از نرم افزارهای متداول نظیر windpro و سایر نرم افزارهای معتبر استفاده می‌گردد.