کنترل هوشمند در توربین های بادی محور افقی برای افزایش کارایی انرژی

هدف این پژوهش، بهبود کارایی انرژی و کاهش مصرف مکانیزم های یاتاقان در توربین های بادی محور افقی با استفاده از کنترل هوشمند است. به منظور دستیابی به این هدف، از دو الگوریتم پیشرفته کنترل پیش بینی مدل (MPC) و بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) استفاده شده است. این روش ها برای تنظیم دقیق سرعت روتور و زاویه یاتاقان طراحی شده اند تا علاوه بر بهینه سازی تولید انرژی، خطای یاتاقان را کاهش داده و از مصرف بیش از حد مکانیزم های یاتاقان جلوگیری کنند. روش تحقیق شامل شبیه سازی های جامع با داده های واقعی تحت سه سناریوی مختلف بادی است: باد با تغییرات زیاد، متوسط و کم. برای هر سناریو، عملکرد توربین های بادی با و بدون بهینه سازی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از الگوریتم MPC تاثیر قابل توجهی بر کاهش خطای یاتاقان داشت؛ در سناریوی باد با تغییرات زیاد، خطای یاتاقان از ۵.۶% به ۱.۵% کاهش یافت که معادل کاهش ۷۳.۲% است. این کاهش به معنای تطبیق سریع تر توربین با جهت باد و بهبود عملکرد کلی آن است. در زمینه کارایی انرژی، استفاده از الگوریتم MPC توانست بهره وری انرژی را در تمامی سناریوها افزایش دهد. به عنوان مثال، در سناریوی باد با تغییرات زیاد، کارایی انرژی از ۹۲.۴% به ۹۸.۵% رسید که نشان دهنده افزایش ۶.۱% در تولید انرژی است. این بهبود کارایی انرژی به دلیل تنظیمات بهینه سرعت روتور و کاهش ناهماهنگی با جهت باد رخ داده است. همچنین مصرف مکانیزم های یاتاقان نیز به طور قابل توجهی کاهش یافت. بهینه سازی سیستم کنترل منجر به کاهش استفاده از مکانیزم یاتاقان تا ۵۲% شد. در سناریوی باد با تغییرات زیاد، مصرف مکانیزم یاتاقان از ۲۵% به ۱۲% کاهش یافت که نشان دهنده کاهش چشمگیر در هزینه های نگهداری و افزایش طول عمر مکانیزم ها است. نتایج این تحقیق نشان داد که به کارگیری سیستم های کنترل هوشمند مبتنی بر الگوریتم های MPC و PSO به طور قابل توجهی می تواند عملکرد توربین های بادی را بهبود بخشد، بهره وری انرژی را افزایش دهد و مصرف مکانیزم ها و هزینه های نگهداری را کاهش دهد. این سیستم های هوشمند به عنوان راهکاری کارآمد برای بهبود عملکرد و پایداری توربین های بادی در شرایط بادی متغیر معرفی می شوند.

کلیدواژه ها:

توربین های بادی ، کنترل هوشمند ، بهینه سازی ازدحام ذرات ، کارایی انرژی