33308

طراحي و ساخت سيستم هايبريدي برداشت انرژي از باد و ارتعاش جهت تامين انرژي مورد نياز سنسورهاي موجود در پل ها

كارشناسي ارشد

مهندسي سيستم انرژي - انرژي و محيط زيست

1403

1403/11/14

دكتر ميثم فرج الهي

ندارم

فناوري هاي نوين

در شرايط كنوني استفاده از منابع انرژي ارزان قيمت و در دسترس و تجديد پذير به دلايل مختلف زيست محيطي و كاربردي مورد توجه ويژه قرار گرفته است. در اين راستا سيستم هاي برداشت انرژي از منابع مكانيكي و فيزيكي محيطي داراي كاربردهاي فراواني هستند و گاها تجاري سازي نيز شده است. سيستم هايي كه مي توانند در ابعاد كوچك براي مصرف كننده هايي در حد ميلي وات و يا حتي ميكرووات توان توليد كرده و از منابعي چون ارتعاشات محيطي براي توليد اين انرژي پاك بهره ببرند. در اين پايان نامه سعي شده است يك سيستم هايبريد با فناوري برداشت انرژي الكتريكي از انرژي باد و ارتعاشات موجود در پل ها و همچنين تركيب آن با يك سيستم مبتني بر پيزو الكتريك جهت تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي، طراحي، ساخته و تست شود. اين سيستم تشكيل شده از يك ژنراتور كه يك توربين مارپيج ارشميدسي روي شفت آن تعبيه شده كه به وسيله‌ي نيروي باد به چرخش در مي آيد و اين مجموعه روي يك تير نصب شده كه يك پيزو الكتريك روي تير تعبيه شده است . بر روي سر انتهايي شفت اين ژنراتور، يك سيستم مولد ارتعاش (وزنه لنگ) با قابليت تغيير ميزان ارتعاش توليد شده ، تعبيه شده است. با وزش باد توربين به چرخش درآمده و منجر به توليد انرژي الكتريكي در ژنراتور ميشود، ازسوي ديگر ارتعاش توليد شده توسط سيستم مولد ارتعاش با ارتعاشات موجود در پل جمع شده و منجر به لرزش تير و توليد انرژي الكتريكي در پيزوالكتريك مي‌شود (آزمايش ها با دو نوع پيزوالكتريك انجام شده است). سيستم برداشت انرژي ساخته شده در محدوده چرخش 31 تا 36 دور بر ثانيه خروجي كه محدوده معادل آن در سرعت هاي باد بين 5/5 متر بر ثانيه تا 6 متر بر ثانيه است، بهترين عملكرد را از خود نشان مي دهد. براي مقايسه تاثير ارتعاش تير، يك سيستم مولد ارتعاش طراحي و ساخته شد. بيشترين ولتاژ توليدي ژنراتور در سرعت باد 6 متر بر ثانيه با كمترين حالت ارتعاش سيستم مولد ارتعاش 07/4 ولت و در پيزوالكتريك نوع اول با بيشترين حالت ارتعاش سيستم مولد ارتعاش در سرعت باد 6 متر بر ثانيه مقداري برابر با 80 ميلي ولت بدست آمده است. بيشترين توان توليدي ژنراتور در سرعت باد 6 متر بر ثانيه با كمترين حالت ارتعاش سيستم مولد ارتعاش با مقاومت بار 270 اهم 88/38 ميلي وات و در پيزوالكتريك نوع اول با بيشترين حالت ارتعاش سيستم مولد ارتعاش در سرعت باد 6 متر بر ثانيه و مقاومت بار 136 كيلو اهم مقداري برابر با 8/0 ميكرو وات بدست آمده است.

1404/02/02

Design and construction of a hybrid harvest energy system from wind and vibration to supply the required energy of the sensors in the bridges

2/2/2026 12:00:00 AM

In the current situation, the use of cheap, available and renewable energy sources has received special attention for various environmental and practical reasons. In this regard, energy harvesting systems from mechanical and physical environmental sources have many applications and have sometimes been commercialized. Systems that can produce power in small sizes for consumers in the milliwatt or even microwatt range and use sources such as environmental vibrations to produce this clean energy. In this thesis, an attempt has been made to design, build and test a hybrid system with the technology of harvesting electrical energy from wind energy and vibrations in bridges, as well as combining it with a piezoelectric system to convert mechanical energy into electrical energy. This system consists of a generator with an Archimedean spiral turbine mounted on its shaft, which is rotated by wind power, and this assembly is mounted on a beam with a piezoelectric element mounted on the beam. On the end of the shaft of this generator, a vibration generating system (crank weight) with the ability to change the amount of vibration produced is installed. With the wind blowing, the turbine rotates and leads to the production of electrical energy in the generator, on the other hand, the vibration produced by the vibration generating system is combined with the vibrations in the bridge and leads to the vibration of the beam and the production of electrical energy in the piezoelectric (tests have been conducted with two types of piezoelectric). The energy harvesting system built in the rotation range of 31 to 36 rpm output, which is the equivalent range in wind speeds between 5.5 m / s and 6 m / s, shows the best performance. To compare the effect of beam vibration, a vibration generating system was designed and built. The highest voltage produced by the generator at a wind speed of 6 m/s with the lowest vibration mode of the vibration generator system is 4.07 volts, and in the first type piezoelectric with the highest vibration mode of the vibration generator system at a wind speed of 6 m/s, a value equal to 80 millivolts has been obtained. The highest power produced by the generator at a wind speed of 6 m/s with the lowest vibration mode of the vibration generator system with a load resistance of 270 ohms is 38.88 milliwatts, and in the first type piezoelectric with the highest vibration mode of the vibration generator system at a wind speed of 6 m/s and a load resistance of 136 kiloohms, a value equal to 0.8 microwatts has been obtained.

برداشت انرژي ، انرژي باد، توربين مارپيچ ارشميدسي، پيزو الكتريك، سيستم مولد ارتعاش، تونل باد

Energy harvesting, wind energy, Archimedean spiral turbine, piezoelectric, vibration generator system, wind tunnel

masoud aeinehvand

misaim farajollahi