Ikki rotorli shamol turbinasini matlab/simulink tizimida modellashtirish va optimal parametrlarini aniqlash

Kirish. Jahonda yoqilg‘i energetik resurslarni tejashda, atrof-muhitga chiqadigan issiqxona gazlarini kamaytirishda, aholi va sanoat korxonalarni uzluksiz va ishonchli elektr energiyasi bilan ta’minlashda qayta tiklanadigan energiya manbalari jumladan, shamol energiyasidan foydalanish еtakchi o‘rinlardan birini egallamoqda. Yevropa 2024 yilda 16,4 GW yangi shamol energetikasi quvvatlari o‘rnatildi. Hozirda jami 285 GW shamol energiyasi jumladan, quruqlikda 248 GW dengizda esa 37 GW quvvatga ega. Yevropaning shamol energetikasini rivojlantirishdagi istiqbolli rejalardan 2025-2030 yillar davomida 187 GW yangi shamol energiyasi quvvatini o‘rnatishini kutilmoqda. Yevropadagi yangi shamol loyihalari uchun yig‘ilgan kapital 2024 yilda 33 milliard еvroni tashkil qilgan [1]. 2024 yil holatiga ko‘ra, Xitoyda 521 GW shamol energetikasi quvvatlari o‘rnatilgan. 2014-yildan beri mamlakatda 90 GW shamol energetikasi milliy tarmoqqa ulanganidan beri uch baravardan ko‘proq o‘sishga erishilgan [2]. O‘zbekistonda shamol energiyasidan foydalanish imkoniyatlari bo‘yicha tadqiqotlar olib borildi va hududning shamol energetik resurslari xaritasi ishlab chiqildi. Olib borilgan tadqiqot natijalariga ko‘ra respublikamizning 17000 km2 maydonida shamol energiyasi yalpi (nazariy) salohiyati 80 m balandlikda 520 GW ni, texnik salohiyati 10 GWni tashkil etishi aniqlangan [3,4]. O‘zbekiston Respublikasi Prezidentining 2022 yil 28 yanvarda “2022-2026 yillarga mo‘ljallangan Yangi O‘zbekistonning taraqqiyot strategiyasi to‘g‘risida”gi farmoni qabul qilindi. Unga ko‘ra, umumiy quvvati 4000 MW bo‘lgan 8 ta shamol elektr stansiyasi quriladi. Xususan, 2023-2024 yillarda Qoraqalpog‘iston Respublikasi, Buxoro va Navoiy viloyatlarida umumiy quvvati 1600 MW bo‘lgan 4 ta, 2025-2026 yillarda respublika bo‘ylab umumiy quvvati 2400 MW bo‘lgan 4 ta shamol elektr stansiyasini ishga tushirish ko‘zda tutilgan [5,6]. Hozirgi kunda shamol elektr stansiyalarida gorizontal o‘qli shamol energetik qurilmalar umumiy o‘rnatilgan quvvatning 98 % ni tashkil qiladi. Gorizontal oq‘li shamol energetik qurilmasining turli shamol oqimlarida energetik parametrlarini aniqlash bo‘yicha bajarilgan tadqiqotlar tahlil qilindi. C. Beldjaatit va T. Sebbagh shamol turbinasini MATLAB/Simulink tizimida modellashtirish va tadqiq qilish bo‘yicha tadqiqotlar olib borgan. Ushbu tadqiqot shamol energiyasi sohasiga, xususan, shamol turbinasi dinamikasi va samaradorligiga qaratilgan. Tadqiqot shamol energiyasini konversiyalash tizimlarini, ya’ni rotor, generator va mexanik uzatmalar qutisini o‘z ichiga olgan komponentlarni batafsil o‘rganishni o‘z ichiga olgan. Tadqiqot shamol turbinalari tomonidan ishlab chiqarilgan mexanik energiyaning keng qamrovli tahlilini taqdim etgan, bunda quvvat koeffitsienti, tez aylanuvchanlik koeffisienti va parraklarni o‘rnatilish burchagi kabi asosiy parametrlar aniqlangan [7]. C.H. Chong va boshqa olimlar shamol turbinasini Matlab tizimida modellashtirish va simulyatsiya qilish bo‘yicha ilmiy tadqiqotlar olib borgan. Malayziyaning Saravak shahrida shamol energiyasining imkoniyatlarini o‘rganish uchun tadqiqotlar olib borildi. Maqolada elektr generatorlarning samaradorligini tekshirish uchun Matlab/Simulink yordamida bir xil parametrlar “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 169 Машиностроение и энергетика ostida ishlaydigan turli generatorlar yordamida turli xil shamol energiyasini konversiyalash tizimini modellashtirish va simulyatsiya qilish amalga oshirilgan. Nominal shamol tezligi uchun SCIG, DFIG va PMSG samaradorligi mos ravishda 66,25%, 69,38% va 71,88% ni tashkil qilgan [8]. A.A. Teyabeen boshchiligidagi bir guruh olimlar shamol turbinasi quvvat egri chizig‘ini matematik modellashtirish bo‘yicha ilmiy ishlar bajargan. Tadqiqotda Veybulla va Gamma ehtimollik zichligi funksiyalaridan foydalangan holda quvvat omilini baholash uchun yangi modellar ishlab chiqilgan va 330 dan 7580 kW gacha bo‘lgan 32 ta shamol turbinasidan ishlab chiqaruvchi ma’lumotlaridan foydalangan holda WTPC ning 9 ta matematik modelini qiyosiy o‘rganish natijalari taqdim etilgan [9]. Erishilgan ijobiy natijalarga qaramasdan gorizontal o‘qli shamol energetik qurilmasini Matlab/Simulink tizimida shamol tezligi, parraklarni o‘rnatilish burchaklari va tez aylanuvchanlik koeffisientlarining o‘zgaruvchanligiga bog‘liq energetik parametrlarini modellashtirish bo‘yicha еtarlicha tadqiqotlar olib borilmagan. Tadqiqot maqsadi. 20,5 kW quvvatli shamol energetik qurilmasining Matlab/Simulink tizimida modellashtirish va maqbul parametrlarini aniqlash. Shamol energetik qurilmalari quvvatni shamol tezligi o‘zgarishiga bog‘liq optimallashtirish yoki cheklash uchun turli nazorat usullaridan foydalaniladi. Elektr generator tezligini, parraklar o‘rnatilish burchagini sozlashni va butun shamol turbinasining aylanishini nazorat qilish orqali turbinani boshqarishimiz mumkin. Usullar va materiallar. Shamol elektr qurilmalarini quyidagi shamol tezliklari xarakterlanadi: shamolning 3 - 4,5 m/s gacha oraliqdagi ishga tushirish tezligi, bunda shamol energetik qurilmasi rotori asta-sekin aylanib boshlaydi; shamolning nominal tezligi, aksariyat 10 dan 13 m/s gacha, bu tezlikda shamol energetik qurilmasinining quvvati nominal qiymatiga еtadi; shamolning maksimal tezligi, bunda shamol energetik qurilmasi tarmoqdan uziladi va to‘xtatiladi, aksariyat tezlik diapazoni 20-25 m/s. 1-rasmda gorizontal o‘qli shamol energetik qurilmasi ko‘rinishi (a) va shamol turbinasining quvvat egri chizig‘i (b) keltirilgan. a) b) 1-rasm. Gorizontal o‘qli shamol energetik qurilmasi ko‘rinishi (a) va shamol turbinasining quvvat egri chizig‘i (b). O‘zgaruvchan shamol tezliklarida shamol energetik qurilmalari yordamida olinadigan elektr energiyasining uzluksizligi va ishonchliligini oshirishda qurilmaning shamol g‘ildiragi, mexanik uzatmalar qutisi va elektr generator bilan bog‘langan boshqarish tizimini to‘g‘ri tanlash talab etiladi. 2-rasmda gorizontal o‘qli shamol energetik qurilmalarini boshqarish tizimi sxemasi keltirilgan. Shamol turbinasi tomonidan olinishi mumkin bo‘lgan quvvat quyidagi formula bilan ifodalanadi [10]: 𝑃𝑀= 𝜌∙𝑆∙𝑣3 2 ∙𝐶𝑝(𝜆, 𝛽) (1) bunda: 𝐶𝑝(𝜆, 𝛽) − shamol energiyasidan foydalanish koeffisienti; 𝜆− shamol parraklarining tez aylanuvchanlik koeffisienti; 𝛽− shamol parraklarining o‘z o‘qi atrofida burilish burchagi; 𝑣− shamol oqimining tezligi; 𝜌− havo oqimining zichligi; 𝑆− shamol g‘ildiragining ko‘ndalang kesim yuzasi. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 170 Машинасозлик ва энергетика 2-rasm. Shamol energetik qurilmalarini boshqarish tizimi sxemasi. Shamol g‘ildiragining mexanik momenti quyidagi formula orqali aniqlanadi [11]: 𝑀𝑀= 𝑃𝑀 𝜔𝑀= 𝜌∙𝑆∙𝑣3∙𝐶𝑝(𝜆,𝛽) 2∙𝜔𝑀 (2) Shamol parraklarining tez aylanuvchanlik koeffisientining shamol turbinasi radiusi, aylanish tezligi va shamol oqimi tezligiga bog‘liqlik matematik ifodasi [12]: 𝜆= 𝜔𝑀∙𝑅 𝑣 (3) bunda: 𝜔𝑀−shamol g‘ildiragining mexanik burchak tezligi; 𝑅− shamol g‘ildiragining radiusi. Gorizontal o‘qli shamol turbinasining shamol energiyasidan foydalanish koeffisientini quyidagi emperik formula orqali aniqlash mumkin [13,14]: 𝐶𝑝(𝜆, 𝛽) = 0.5 ∙( 116 𝜆+0.08∙𝛽− 4.06 𝛽3+1 −0.4 ∙𝛽−5) ∙exp (− 21 𝜆+0.08∙𝛽+ 0.735 𝛽3+1) (4) Gorizontal o‘qli shamol energetik qurilmasini turli shamol tezliklarida va parraklarini optimal o‘rnatilish burchaklariga bog‘liq energetik parametrlari aniqlash uchun Matlab/Simulink tizimida modellashtirildi. Bunda quyidagi boshlang‘ich shartlar qabul qilindi: shamol tezligi o‘zgarish oralig‘i 3…12 m/s, rotor radiusi 3,87 m, parraklarni o‘rnatish burchagi 0o…10o, turbina quvvati maksimal 20,5 kW. Natijalar. 3-rasmda 20,5 kW quvvatli shamol energetik qurilmasining Matlab/Simulink tizimida qurilgan modellashtirish blok-sxemasi keltirilgan. Bunda parraklarning o‘rnatilish burchaklari 0o, shamol oqimi tezligi 12 m/s, rotor aylanish tezligi 25 ay/min, parraklarning tez aylanuvchanlik koeffisienti 8,1 bo‘lgan turbina mexanik momenti 821,7 Nm, nominal quvvati 20,6 kW va shamol energiyasidan foydalanish koeffisienti 0,41 ni tashkil qilishi aniqlandi. 3-rasm. Matlab/Simulink tizimida qurilgan modellashtirish blok-sxemasi. 4-rasm (a) parametrlarni o‘zgartirish imkoniga ega blok osti modellashtirish sxemasi keltirilgan. Bunda shamol oqimi tezligi 3…12 m/s, parraklarning o‘rnatilish burchagi 0o…10o va rotor aylanish tezligi 7…25 bo‘lganda shamol energetik qurilmasi mos ravishda 0,32…20,6 kW quvvat ishlab chiqarishi tadqiq qilindi. 4-rasm (b) shamol energiyasidan foydalanish koeffisineti (b) “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 171 Машиностроение и энергетика grafigi keltirilgan. Shamol parraklari o‘rnatilish burchagi 0o bo‘lganda samaradorlik ko‘rsatgichi maksimal bo‘lishi hisoblandi. 4-rasm. Blok osti modellashtirish sxemasi (a), shamol energiyasidan foydalanish koeffisineti (b). grafigi. Munozara. 5-rasmda shamol energetik qurilmasi quvvatining shamol tezligiga bog‘liqlik grafigi keltirilgan. Bunda boshlang‘ich shamol tezligi 3m/s bo‘lgan 0,32 kW, nominal shamol tezligi 12m/s bo‘lgan 20,5 kW quvvat bilan ishlashi aniqlandi. 5-rasm. Shamol energetik qurilmasi quvvatining shamol tezligiga bog‘liqlik grafigi. 1-jadvalda 20,5 kW quvvatli shamol turbinasining shamol oqimi tezligi o‘zgarishiga bog‘liq parametrlari keltirilgan. Hisoblashlar (1) va (2) tenglamalardan foydalanilgan. 1-jadval. 20,5 kW quvvatli shamol turbinasi parametrlari № Shamol tezligi, m/s Mexanik quvvat, kW 1 3 7 45,71 0,32 2 4 9 82,22 0,74 3 5 10 148 1,48 4 6 12 214,16 2,57 5 7 14 290 4,06 6 8 16 380,62 6,09 7 9 18 482,22 8,68 8 10 21 567,14 11,91 9 11 23 689,56 15,86 10 12 25 821 20,6 Rotor aylanish tezligi, rad/s Mexanik moment, Nm “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 172 Машинасозлик ва энергетика “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 173