سهم هزینه توربین بادی (%)[i]

۸۴-۶۵

۵۰-۳۰

سهم هزینه اتصال به شبکه[ii]

۱۴-۹

۳۰-۱۵

سهم هزینه ساخت و ساز(%)[iii]

۱۶-۴

۲۵-۱۵

سهم هزینه‌های دیگر(%)[iv]

۱۰-۴

۳۰-۸

 
[i] هزینه‌های توربین بادی شامل: تولید توربین، حمل و نقل و نصب و راه اندازی توربین می‌باشد.
[ii]هزینه اتصال به شبکه شامل: کابل کشی، پستها و ساختمانها می‌باشد.
[iii]هزینه ساخت و ساز عبارتست از: حمل و نقل و نصب توربین بادی و برج آن و ساخت و ساز فونداسیون توربین بادی
[iv]دیگر هزینه‌ها شامل: هزینه‌های توسعه و مهندسی، هزینه‌های مراحل صدور مجوز، مشاوره ها و اجازه نامه ها، سیستم‌های کنترل و نظارت و کنترل و دیتا برداری می‌باشد.
۱-۵- سیستم توربین بادی (WTS)
امروزه انواع زیادی از سیستم‌های توربین بادی (^[۱]WTS )در بازار رقابت می‌کنند که آنها را در دو گروه اصلی می‌توان جمع کرد.
گروه اول توربین‌های بادی سرعت ثابت هستند که ژنراتور بطور مستقیم به شبکه متصل شده است. ساختار و عملکرد این سیستم وابستگی زیادی به خصوصیات مکانیکی سیستم مکانیکی توربین و ثابت زمانی کنترل PITCH دارد. در واقع هیچ‌گونه کنترل الکتریکی برای این سیستم وجود ندارد. به علاوه تغییرات سریع در سرعت باد به سرعت روی بار القا می‌شود (به خاطر تغییرات توان). این تغییرات برای توربین بادی که متصل به شبکه است خوشایند نیست و باعث ایجاد فشارهای مکانیکی روی توربین شده و عمر توربین را کم می‌کند و کیفیت توان را نیز می‌کاهد. در توربین سرعت ثابت فقط یک سرعت باد وجود دارد که ضریب سرعت بهینه را نتیجه می‌دهد یعنی فقط یک سرعت وجود دارد که توربین در آن سرعت بهینه کار می‌کند از این رو توربین بادی سرعت ثابت اغلب خارج از عملکرد بهینه خود کار می‌کند و بطور معمول ماکزیمم توان از باد گرفته نمی‌شود.

گروه دوم، توربین‌های بادی سرعت متغیر هستند. در این حالت ژنراتور بطور مستقیم به شبکه متصل نمی‌شود. نوع سرعت متغیر قابلیت کنترل سرعت روتور را فراهم می‌کند، این کار به ما اجازه می‌دهد تا توربین بادی نزدیک نقطه بهینه عمل کند. بیشتر توربین‌های بادی با بازه توان بیشتر از ۱.۵ مگاوات توربین بادی سرعت متغیر می‌باشند. مزایای توربین سرعتمتغیر به سرعت ثابت به صورت زیر است:
تولید انرژی سالیانه افزایش می‌یابد چون سرعت توربین می‌تواند به عنوان یک تابعی از سرعت باد برای ماکزیمم کردن توان خروجی تنظیم شود. بسته به آیرودینامیک توربین و وزش باد، بطور میانگین توربین سرعت متغیر ده درصد بیشتر انرژی سالیانه تولید می‌کند.
فشارهای مکانیکی به خاطر فراهم کردن توان کاهش می‌یابد. تغییرات و قطع باد می‌تواند جذب شود، انرژی در اینرسی مکانیکی توربین ذخیره شده و نوسانات گشتاور را کاهش می‌دهد.
تغییرات توان خروجی از شرایط لحظه‌ای در سیستم‌های مکانیکی و باد مجزا می‌شود. هنگامی که یک باد تند به توربین می‌رسد، سیستم الکتریکی می‌تواند به انتقال توان ثابت به شبکه تا هنگامی که اینرسی مکانیکی انرژی اضافی را به وسیله افزایش سرعت روتور جذب کند ادامه دهد.
پیچیدگی‌های کنترل pitchمی‌تواند کاهش یابد. به خاطر آنکه ثابت زمانی کنترل pitch با بهره گرفتن از توربین بادی سرعت متغیر می‌تواند طولانی تر شود چون در اینجا کنترل الکتریکی میسر است و پاسخ آن بسیار سریعتر از کنترل مکانیکی است از این رو نیاز کمتری به عملکرد سریع کنترل مکانیکی داریم.
سروصدا کاهش می‌یابد. سروصدا عامل مهمی است که باید در نظر گرفته شود چون باعث ایجاد آلودگی صوتی می‌شود.
با وجود مزایای مهم توربین بادی سرعت متغیر، اجرای آن هزینه اضافی دارد و پیچیدگی های مبدل‌های الکترونیک قدرت میان شبکه و ژنراتور در آنها وجود دارد. با این وجود به خاطر مزایای آن استفاده از آن در حال افزایش است[۴].
یکی از انواع توربین‌های بادی سرعت متغیر، توربین‌های بادی مجهز به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه (DFIG) است. امروزه اکثر توربین‌های بادی به DFIG مجهز شده‌اند. در این نوع، ژنراتور القایی روتور سیم‌پیچی از طریق استاتور به شبکه قدرت متصل می‌شود و روتور از طریق مبدل الکترونیک قدرت ac/dc/ac فرکانس متغیر با توان نامی در حدود ۲۵-۳۰ درصد توان نامی ژنراتور به شبکه قدرت متصل می‌شود.
ایراد اصلی توربین‌های بادی سرعت متغیر به‌ خصوص توربین‌هایی که به DFIG مجهز شده‌اند، عملکرد آنها در طی بروز اتصال کوتاه در شبکه است. اتصال کوتاه روی سیستم قدرت حتی اگر از محل توربین بادی دور باشد باعث ایجاد افت ولتاژ در نقطه اتصال توربین بادی با شبکه قدرت می‌شود. این امر باعث افزایش جریان در سیم‌پیچ استاتور می‌شود. به خاطر کوپل مغناطیسی بین استاتور و روتور، این جریان در مدار روتور و مبدل الکترونیک قدرت دیده می‌شود، چون ظرفیت مبدل ۲۵-۳۰ درصد ظرفیت ژنراتور است این جریان منجربه آسیب دیدن مبدل می‌شود[۴].
در مطالعات تولید پراکنده، نه تنها انرژی باد بلکه انرژی خورشیدی، انرژی امواج، انرژی پتانسیل آب، انرژی‌های تجدیدپذیری هستند که می‌توان از آنها در نیروگاه‌های پراکنده استفاده کرد، ولی روش‌های کنترل، بهره‌برداری و شیوه اتصال به شبکه قدرت در آنها بسیار متفاوت است. بنابراین در تحلیل عملکرد متقابل سیستم‌های قدرت و نیروگاه‌های پراکنده هرچند که هدف اصلی، مطالعه مقوله تولید پراکنده و سیستم قدرت می‌باشد، استفاده از مدل مشروح سیستم تولید ضرورت دارد. در این پروژه به منظور بررسی عملکرد متقابل نیروگاه‌های پراکنده و سیستم قدرت، یک نیروگاه بادی سرعت متغیر متصل به سیستم قدرت مطالعه می‌شود. در مدلسازی اجزای این نیروگاه به میزان تاثیر و ارتباط آن به سیستم قدرت توجه بیشتری شده است. در این مطالعه تاثیر متغیرها و پارامترهای کنترلی بر عملکرد تولید پراکنده و ارتباط آن با سیستم قدرت قابل بررسی است. برای تحقق بخشیدن به این مدل‌ها و شبیه‌سازی عملکرد آنها نرم‌افزار MATLAB/Simulink مورد استفاده قرار گرفته است.
فصل دوم
انواع توربین‌ها
۲-۱- انواع توربین‌های بادی 
اگرچه طراحی‌های مختلفی برای توربین بادی موجود می‌باشد ولی بطور عمده به دو دسته کلی براساس جهت محور چرخش تقسیم‌بندی می‌شوند:
محور افقی (HAWTS^[2]): که نوع رایج آن می‌باشد.
محور عمودی (VAWTS^[3])
شکل(۲-۱) دو ساختار محور عمودی و محور افقی از توربین بادی
جریان هوا بر روی هر سطحی دو نوع نیروی آیرودینامیکی با نام های درگ و لیفت به وجود می‌آورد که نیروی درگ در جهت جریان باد است و نیروی لیفت عمود بر جریان باد می‌باشد. یکی از این نیروها یا هر دو می‌توانند نیروی مورد نیاز برای چرخش پره‌های توربین‌های بادی را تامین نمایند[۱].
۲-۱-۱- توربین‌های محور افقی  
ویژگی روتورهای توربین‌های محور افقی جدید بسیار شبیه ملخ هواپیما می‌باشد. جریان هوا روی مقطع آیرودینامیکی شکل پره‌هاحرکت می‌کند و نیروی لیفت را به وجود آورده که باعث چرخش روتور می‌گردد. ناسل توربین‌های محور افقی محلی برای گیربکس و ژنراتور می‌باشد.مساحتی که هر کدام از پره‌ها جاروب می‌کنند از این فرمول بدست می‌آید:
(۱-۲)
که در آن D قطر روتور می‌باشد. این مساحت جاروب شده باید مستقیماً روبروی وزش باد باشد تا ماکزیمم برق تولیدی را داشته باشیم. پس توربین‌های محور افقی باید سیستمی برای تنظیم در مقابل باد قرار گرفتن داشته باشند که به آن مکانیزم yawing می گویند. بطوری که کل ناسل می‌تواند به سمت باد بچرخد.  در توربین‌های کوچک دنباله بادنما این کنترل را بر عهده دارد. ولی در سیستم‌های متصل به شبکه سیستم کنترل یاو فعال می‌باشد که به وسیله سنسورهای تعیین کننده جهت باد و موتورها، ناسل به سمت باد می‌چرخد[۱].
شکل(۲-۲) توربین با ظرفیت تولید پایین با سیستم کنترل بادنما (یاو)برای هدایت پره‌ها در جهت باد
۲-۱-۲توربین‌های محور عمودی
این توربین‌ها به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند Savnoius و Darrieus
Savnoiusمانند یک چرخ آب با نیروی درگ کار می‌کند در حالی که Darrieus از تیغه‌هایی مشابه توربین‌های محور افقی استفاده می‌کند. توربین‌های محور عمودی بسیار نزدیک به زمین قرار می‌گیرند که از مزیت‌های آن قرار دادن تجهیزات سنگین آن از جمله گیربکس و ژنراتور نزدیک به سطح زمین می‌باشد، هرچند که شدت باد در سطح زمین کمتر است و در نتیجه برق کمتری تولید خواهد نمود. از دیگر مزایای این نوع توربین‌هامی‌توان به نیاز نداشتن سیستم یاو اشاره کرد چراکه این نوع توربین‌ها، باد را از هر جهت مهار می‌کنند و این مزیت برتری بسیاری نسبت به کمبودهای آن دارد. از کمبودهای آن می‌توان به این مورد اشاره نمود که این نوع توربین‌هابطور خودکار مانند توربین‌های محور افقی شروع به کار نمی‌کنند[۱] و [۳].