توربین بادی

[spow 44197]

زیباترین توربین های بادی جهان

 

در این صفحه توربین های منحصر به فردی را می بینید كه علاوه بر زیبایی تولید كننده رایگان انرژی الكتریكی هستند.

 

برج آپارتمانی كه در بالای آن توربین ها قرار دارند.

 

 

معماران همیشه تمایل دارند بهترین قسمت ساختمان را در بالای برج خود قرار دهند. زیرا مشتری های آنها معمولاً از بالا به مدل آنها نگاه می كنند.

 

 

 

یك تونل بادی بر روی پل عابر پیاده

 

 

این هم رویای مایكل جانتزن طراح است، تا روی پل های عابر پیاده توربین بادی نصب شود كه تولید كننده انرژی الكتریكی باشد.

 

توربین های بادی در اتوبان

 

 

این توربین بر اساس یك پروژه دانشجویی اجرا شده است. این توربین ها بر اساس توربین دور آرام طراحی شده است و این توربین ها ( دور آرام) معمولاً از نوع عمودی هستند. هر چند نوع افقی آنهم به خوبی كار می كند.

 

لامپ های خیابانی كه با توربین بادی كار می كنند.

 

 

هلند خانه سنتی توربین های بادی است، چون سرزمین مسطح آن محل خوبی برای وزیدن بادهای ساحلی است. این هم یك نمونه كاربردی پروانه ای شكل از توربین های بادی است، كه برای تامین روشنایی حیابان استفاده می شود.

 

دراین مورد هم خود قضاوت كنید.

 

 

انرژی بادی

 

منظور از توان بادی تبدیل انرژی باد به نوعی مفید از انرژی مانند انرژی الکتریکی است که این کار به وسیله توربین‌های بادی صورت می‌گیرد. در آسیاب‌های بادی از انرژی باد مستقیماً برای خرد کردن دانه‌ها و یا پمپ کردن آب استفاده می‌شود. در انتهای سال ۲۰۰۶ میزان ظرفیت تولیدی برق بادی در سراسر جهان برابر ۷۳٫۹ گیگاوات بود. گرچه این میزان چیزی در حدود یک درصد از کل انرژی الکتریکی تولیدی در جهان محسوب می‌شد اما در طول بازه زمانی بین سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۶ تقریباً چهار برابر شده‌است. در این میان کشورهای دانمارک با ۲۰ درصد، اسپانیا با ۹ درصد و آلمان با ۷ درصد از نظر درصد تولید برق بادی از کل تولید انرژی الکتریکی در جایگاه‌های نخست قرار دارند.

 

انرژی بادی در مقادیر زیاد در مزارع بادی تولید و به شبکه الکتریکی متصل می‌شود. از توربین‌ها در تعداد کم معمولاً فقط برای تامین برق در مناطق دور افتاده استفاده می‌شود.

 

اما از جمله دلایل تمایل کشورها برای افزایش ظرفیت تولید برق بادی مزایا بسیار زیاد این روش تولید انرژی الکتریکی است چراکه انرژی بادی فراوان، تجدیدپذیر و پاک است و همچنین در مقایسه با استفاده از انرژی سوخت‌های فسیلی میزان کمتری گاز گلخانه‌ای منتشر می‌کند

انرژی باد

 

یک پره از یک توربین بادی

 

نوشتار اصلی: باد

 

منشا باد یک موضوع پیچیده‌است. از آنجاییکه زمین بطور نامساوی به وسیله نور خورشید گرم می‌شود بنابراین در قطب‌ها انرژی گرمایی کمتری نسبت به مناطق استوایی وجود دارد همچنین درخشکی‌ها تغییرات دما با سرعت بیشتری انجام می‌پذیرد و بنابراین خشکی‌ها زمین نسبت به دریاها زودتر گرم و زودتر سرد می‌شوند. این تفاوت دمای جهانی موجب به وجود آمدن یک سیستم جهانی تبادل حرارتی خواهد شد که از سطح زمین تا هوا کره، که مانند یک سقف مصنوعی عمل می‌کند، ادامه دارد. بیشتر انرژی که در حرکت باد وجود دارد را می‌توان در سطوح بالای جو پیدا کرد جایی که سرعت مداوم باد به بیش از ۱۶۰ کیلومتر در ساعت می‌رسد و سرانجام باد انرژی خود را در اثر اصطکاک با سطح زمین و جو از دست می‌دهد.

 

یک برآورد کلی اینگونه می‌گوید که ۷۲ تراوات (TW) انرژی باد بر روی زمین وجود دارد که پتانسیل تبدیل به انرژی الکتریکی را دارد و این مقدار قابل ترقی نیز هست.

توان پتانسیل توربین

 

انرژی موجود در باد را می‌توان با عبور آن از داخل پره‌های و سپس انتقال گشتاور پره‌ها به روتور یک ژنراتور استخراج کرد. در این حالت میزان توان تبدیلی با تراکم باد, مساحت ناحیه جاروب شده توسط پره و مکعب سرعت باد بستگی دارد. به این ترتیب میزان توان قابل تبدیل در باد را می‌توان به این ترتیب به دست آورد:

 

که در این فرمول P توان تبدیلی به وات، α ضریب بهره‌وری (که به طراحی توربین وابسته‌است)، ρ تراکم باد بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب، r شعاع پره‌های توربین برحسب متر و v سرعت باد برحسب متر بر ثانیه‌است.

 

زمانی که توربین انرژی باد را می‌گیرد سرعت باد کم خواهد شد که این خود باعث جدا شدن باد می‌شود. آلبرت بتز (Albert Betz) فیزیکدان آلمانی در ۱۹۱۹ اثبات کرد که یک توربین حداکثر می‌تواند ۵۹ درصد از انرژی بادی را که در مسیر آن می‌وزد را استخراج کند و به این ترتیب α در معادله بالا هرگز بیشتر از ۰٫۵۹ نخواهد شد.

 

از ترکیب این قانون با معادله بالا می‌توان اینگونه نتیجه گرفت:

 

نمودار میزان و پیشبینی استفاده از برق بادی در سال‌های 1997 تا 2010

 

* حجم هوایی که از منطقه جاروب شده توسط پره‌ها عبور می‌کند به میزان سرعت باد و چگالی هوا وابسته‌است. برای مثال در روزی سرد با دمای ۱۵ درجه سانتی‌گراد (۵۹ درجه فارنهایت) در سطح دریا، چگالی هوا برابر ۱٫۲۲۵ کیلوگرم بر متر مکعب است. در این حالت عبور بادی با سرعت ۸ متر بر ثانیه در روتوری به شعاع ۱۰۰ متر تقریباً موجب عبور ۷۷٬۰۰۰ کیلوگرم باد در منطقه جاروب شده توسط پره‌ها خواهد شد.

 

* انرژی جنبشی حجم مشخصی هوا به مجذور سرعت آن وابسته‌است و از آنجایی که حجم هوای عبور از توربین به صورت خطی با سرعت رابطه دارد، میزان توان قابل دسترسی در یک توربین با مکعب سرعت نسبت مستقیم دارد. مجموع توان در مثال بالا در توربینی با شعاع جاروب ۱۰۰ متر برابر ۲٫۵ مگاوات است که بر طبق قانون بتز بیشترین میزان انرژی استخراج شده از آن تقریباً برابر ۱٫۵ مگاوات خواهد بود.

 

توزیع سرعت باد

 

میزان باد دائما تغییر می‌کند میزان متوسط مشخص شده برای یک منطقه خاص صرفاً نمی‌تواند میزان تولید توریبن بادی نصب شده در آن منطقه را مشخص کند. برای مشخص کردن فراوانی سرعت باد در یک منطقه معمولاً از یک ضریب توزیع در اطلاعات جمع‌آوری شده مربوط به منطقه استفاده می‌کنند. مناطق مختلف دارای مشخصه توزیع سرعت متفاوتی هستند. مدل رایلی (Rayleigh model) به طور دقیقی میزان ضریب توزیع سرعت در بسیاری مناطق را منعکس می‌کند.

 

از آنجاییکه بیشتر توان تولیدی در سرعت بالای باد تولید می‌شود, بیشتر انرژی تولیدی در بازه‌های زمانی کوتاه تولید می‌شود. بر طبق الگوی لی رنچ نیمی از انرژی تولیدی تنها در ۱۵٪ از زمان کارکرد توربین تولید می‌شود و در نتیجه نیروگاه‌های بادی مانند نیروگاه‌های سوختی دارای تولید انرژی پایداری نیستند. تاسیساتی که از برق بادی استفاده می‌کنند باید از ژنراتورهای پشتیبانی برای مدتی که تولید انرژی در توربین بادی پایین است استفاده کنند.

[spow 44197]

ضریب ظرفیت

 

تا زمانی که سرعت باد ثابت نباشد تولید سالیانه انرژی الکتریکی توسط نیروگاه بادی هرگز برابر حاصل ضرب توان تولیدی نامی در مجموع ساعت کار آن در یک سال نخواهد شد. نسبت میزان توان حقیقی تولید شده توسط نیروگاه و ماکزیمم ظرفیت تولیدی نیروگاه را ضریب ظرفیت می‌نامند. یک نیروگاه بادی نصب شده در یک محل مناسب در ساحل ضریب ظرفیتی سالیانه‌ای در حدود ۳۵٪ دارد. برعکس نیروگاه‌های سوختی ضریب ظرفیت در یک نیروگاه بادی به شدت به خصوصیات ذاتی باد وابسته‌است. ضریب ظرفیت در انواع دیگر نیروگاه‌ها معمولا به بهای سوخت و زمان مورد نیاز برای انجام عملیات تعمیر بستگی دارد. از آنجایی که نیروگاه‌های هسته‌ای دارای هزینه سوخت نسبتاً پایینی هستند بنابراین محدویت‌های مربوط به تامین سوخت این نیروگاه‌ها نسبتاً پایین است که این خود ضریب ظرفیت این نیروگاه‌ها را به حدود ۹۰٪ می‌رساند. نیروگاه‌هایی که از توربین‌های گاز طبیعی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌کنند به علت پر هزینه بودن تامین سوخت معمولاً تنها در زمان اوج مصرف به تولید می‌پردازند. به همین دلیل ضریب ظرفیت این توربین‌ها پایین بوده و معمولا بین ۵-۲۵٪ می‌باشد.

 

بنا به یک تحقیق در دانشگاه استندورد که در نشریه کاربردی هواشناسی و اقلیم شناسی نیز به چاپ رسیده در صورت ساخت بیش از ده مزرعه بادی در مناطق مناسب و به طور پراکنده می‌توان تقریباً از ۳/۱ انرژی تولیدی آنها برای تغذیه مصرف کننده‌های دائمی استفاده کرد.

محدودیت‌های ادواری و نفوذ

 

میزان انرژی الکتریکی تولیدی توسط نیروگاه‌های بادی می‌تواند به شدت به چهار مقیاس زمانی ساعت به ساعت, روزانه و فصلی وابسته باشد. این میزان به تحولات آب و هوایی سالیانه نیز وابسته‌است اما تغییرات در این مقیاس زیاد محسوس نیستند. از آنجایی که برای ایجاد ثبات در شبکه, میزان انرژی الکتریکی تامین شده و میزان مصرف باید در تعادل باشند از این جهت تغییرات دائم در میزان تولید این ضرورت را به وجود می‌آورد که از تعداد بیشتری نیروگاه بادی برای تولیدی متعادل‌تر در شبکه استفاده شود. از طرفی ادواری بودن طبیعی تولید انرژی باد موجب افزایش هزینه‌های تنظیم و راه اندازی می‌شود و (در سطوح بالا) ممکن است نیازمند اصول مدیریت تقاضای انرژی یا ذخیره‌سازی انرژی باشد.

 

از ذخیره‌سازی با استفاده از نیروگاه‌های آب تلمبه‌ای یا دیگر روش‌ها ذخیره سازی برق در شبکه می‌توانند برای به وجود آوردن تعادل در میزان تولید نیروگاه‌های بادی استفاده کرد اما در مقابل استفاده از این روش‌ها موجب افزایش ۲۵٪ هزینه‌های دائم اجرای چنین طرح‌هایی می‌شوند. ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی موجب به وجود آمدن تعادل بین دو بازه زمانی کم مصرف و پر مصرف خواهد شد و از این جهت میزان صرفه‌جویی عاید از ذخیره‌سازی انرژی هزینه‌های اجرای آن را جبران می‌کند. یکی دیگر از راهکارهای ایجاد تعادل در تولید و مصرف سازگار کردن میزان مصرف با میزان تولید با استفاده از ایجاد تعرفه‌های متفاوت زمانی برای مصرف‌کننده‌هاست.

 

یک نیروگاه بادی در غرب ایالت تگزاس در آمریکا

پیش‌بینی پذیری

 

با توجه به تغییرات باد قابلیت پیش‌بینی محدودی (ساعتی یا روزانه) برای خروجی نیروگاه‌های بادی وجود دارد. مانند دیگر منابع انرژی تولید باد نیز باید از قابلیت برنامه ریزی برخوردار باشد اما طبیعت باد این پدیده را ذاتا متغیر می‌کند. گرچه از روش‌هایی برای پیش‌بینی تولید توان این نیروگاه‌ها استفاده می‌شود اما در کل قابلیت پیش‌بینی پذیری این نیروگاه‌ها پایین است. این عیب این گونه نیروگاه‌ها معمولا باستفاده از روش‌های ذخیره سازی انرژی مانند استفاده از نیروگاه‌های آب تلمبه‌ای تا حدودی بر طرف می‌شود.

جاگذاری توربین

 

نوشتار اصلی: مزرعه بادی

 

انتخاب مکان مناسب برای نصب نیروگاه بادی و جهت نصب توربین‌ها در محل از نکات حیاتی برای توسعه اقتصادی این گونه نیروگاه‌هاست. گذشته از دسترسی باد مناسب در محل مورد بحث, عوامل مهم دیگری مانند دسترسی به خطوط انتقال, قیمت زمین مورد استفاده, ملاحظات استفاده از زمین و مسائل زیست محیطی ساخت و بهره‌برداری نیز در انتخاب یک محل برای نصب نیروگاه‌ها موثر است. از این رو استفاده از نیروگاه‌های بادی در مناطق دور از ساحل ممکن است هزینه‌های مربوط به ساخت یا ضریب ظرفیت را با استفاده از کاهش هزینه‌های تولید برق جبران کنند.

[spow 44197]

یک مزرعه بادی در نزدیکی منجیل

 

در جهان هزاران توربین بادی در حال بهره‌برداری وجود دارد که ظرفیت تولیدی آنها به ۷۳٫۹۰۴ مگاوات می‌رسد و در این میان اتحادیه اروپا ۶۵٪ از کل توان بادی جهان را تولید می‌کند. تولید برق بادی در میان دیگر روش‌های تولید انرژی الکتریکی دارای بیشتری شتاب رشد در قرن ۲۱ بوده‌است به طوری که تولید توان بادی جهان در بین سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۶ چهار برابر شده‌است. در دانمارک و اسپانیا برق بادی حدود ۱۰٪ یا بیشتر ازکل تولید انرژی الکتریکی را تشکیل می‌دهد. گرچه ۸۱٪ از توان بادی تولید شده در جهان به ایالات متحده و اتحادیه اروپا تعلق دارد اما سهم پنج کشور اول تولید کننده برق بادی از ۷۱٪ در سال ۲۰۰۴ به ۵۵٪ در سال ۲۰۰۵ کاهش یافته‌است.

 

انجمن جهانی انرژی بادی پیش‌بینی کرده در سال ۲۰۱۰ ضرفیت تولیدی برق بادی به ۱۶۰ گیگاوات برسد. با توجه به میزان تولید کنونی ۷۳٫۹ مگاوات این رقم پیش‌بینی یک رشد ۲۱٪ را در هر سال نشان می‌دهد.

 

از جمله کشورهایی که سرمایه گذلری زیادی در این زمینه انجام داده‌اند می‌توان به آلمان, اسپانیا, ایالات متحده,هند و دانمارک اشاره کرد. کشور دانمارک یکی از کشورهای برجسته در تولید تجهیزات و استفاده از توان بادی است. دولت دانمارک در دهه ۱۹۷۰ ملزم شد تا تولید انرژی الکتریکی از انرژی باد را به ۵۰٪ کل تولید برق برساند و تا به امروز برق بادی ۲۰٪ (بیشترین میزان تولید برق بادی از نظر درصد تولید) از کل تولید انرژی الکتریکی در این کشور را تشکیل می‌دهد؛ این کشور هچنین پنجمین تولید کننده بزرگ برق بادی محسوب می‌شود (در حالی که دانمارک از نظر میزان مصرف در جهان رتبه ۵۶ را دراست). آلمان و دانمارک دو کشور پیشتاز در زمینه صادرات توربین‌های بزرگ (۰٫۶۶ تا ۵ مگاوات) به حساب می‌آیند.

 

آلمان یکی از کشورهای پیشتاز در زمینه تولید برق بادی بوده‌است به طوری که در سال ۲۰۰۶ این کشور ۲۸٪ از کل توان بادی تولید شده در جهان (۷٫۳٪ در آلمان) را به خود اختصاص داده‌است. این در حالی است که آلمان برنامه دارد تا سال ۲۰۱۰ ۱۲٫۵٪ از کل توان تولیدی خود را از منابع تجدیدپذیر تامین نماید. کشور آلمان دارای حدود ۱۸۶۰۰ توربین بادی است که بیشتر آنها در شمال آلمان نصب شده‌اند که در این میان سه توربین از بزرگترین توربین‌های جهان نیز وجود دارند.

 

در سال ۲۰۰۵ دولت اسپانیا قانونی را تصویب کرد که بر طبق آن نصب ۲۰۰۰۰ مگاوات ظرفیت بادی تا سال ۲۰۱۲ در برنامه دولت قرار گرفت. البته در سال ۲۰۰۶ یارانه‌ها و پشتیبانی دولت از ساخت این ظرفیت‌ها به ناگهان قطع شد. قابل ذکر است که در سال ۲۰۰۵ در هر دو کشور آلمان و اسپانیا تولید انرژی الکتریکی از راه استفاده از نیروگاه‌های بادی از تولید انرژی الکتریکی به وسیله نیروگاه‌های برق آبی بیشتر بود.

 

در سال‌های اخیر ایالات متحده از هر کشور دیگری بیشتر توربین بادی به شبکه برق خود افزوده‌است و پیش‌بینی می‌شود که ظرفیت تولیدی این کشور در سال ۲۰۰۷ افزایشی ۳ گیگاواتی داشته باشد. تولید برق بادی در ایالات متحده در بازه زمانی بین فوریه ۲۰۰۶ تا فوریه ۲۰۰۷ ۳۱٫۸٪ رشد را نشان می‌دهد. ایالت تگزاس با پیشی گرفتن از کالیفرنیا اکنون بیشترین تولید برق بادی را دربین ایالت‌های مختلف این کشور دارد این ایالت پیش‌بینی کرده که در سال ۲۰۰۷ در مجموع ۲ گیگاوات به توان فعلی خود بیفزاید. پیش‌بینی می‌شود که ایالت‌های ایووا و مینه سوتا هر یک در انتهای سال ۲۰۰۷ ۱ گیگاوات برق بادی تولید کنند.

 

برق بادی در مقیاس‌های کوچک

 

تجهیزات تولید برق بادی در مقیاس کوچک (۱۰۰ کیلووات یا کمتر) معمولا برای تغذیه منازل, زمین‌های کشاورزی یا مراکز تجاری کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد. در برخی از مکان‌های دور افتاده که مجبور به استفاده از ژنراتورهای دیزلی هستند مالکان محل ترجیح می‌دهند که از توربین‌های بادی استفاده کنند تا از ضرورت سوزاندن سوخت‌ها جلوگیری شود. در برخی موارد نیز برای کاهش هزینه‌های خرید برق یا برای استفاده برق پاک از این توربین‌ها استفاده می‌شود.

 

برای تغذیه منازل دورافتاده از توربین‌های بادی با اتصال به باتری استفاده می‌شود. در ایالات متحده استفاده از توربین‌های بادی متصل به شبکه در رنج‌های ۱ تا ۱۰ کیلووات برای تغذیه منازل به طور فزاینده‌ای در حال گسترش است. توربین‌های متصل به شبکه در هنگام کار نیاز به استفاده از برق شبکه را از بین می‌برند. در سیستم‌های جدا از شبکه یا باید از برق به صورت دوره‌ای استفاده کرد و یا از باتری برای ذخیره‌سازی انرژی استفاده کرد.

 

در مناطق شهری که امکان استفاده از باد در مقیاس‌های زیاد وجود ندارد نیز ممکن است از انرژی بادی در کاربردهای خاصی مانند پارک مترها یا درگاه‌های بی‌سیم اینترنت با استفاده از یک باتری یا یک باتری خورشیدی استفاده شود تا ضرورت اتصال به شبکه از بین برود.

 

آثار زیست محیطی

 

انتشار co۲ و آلودگی

 

توربین‌ها بادی برای راه‌اندازی و بهره‌برداری نیاز به هیچ گونه سوختی ندارند و بنابراین در قبال انرژی الکتریکی تولید آلودگی مستقیمی ایجاد نمی‌کنند. بهره‌برداری از این توربین‌ها دی‌اکسید کربن, دی‌اکسید گوگرد, جیوه, ذرات معلق یا هیچ گونه عامل آلوده کننده هوا تولید نمی‌کند. اما توربین‌ها بادی در مراحل ساخت از منابع مختلفی استفاده می‌کنند. در طول ساخت نیروگاه‌های بادی باید از موادی مانند فولاد, بتن,آلمینیوم و ... استفاده کرد که تولید و انتقال آنها نیازمند مصرف انواع سوخت‌هاست. دی‌اکسید کربن تولید شده در این مراحل پس از حدود ۹ ماه کار کردن نیروگاه جبران خواهد شد.

 

نیروگاه‌های سوخت فسیلی که برای تنظیم برق تولیدی در نیروگاه‌های بادی مورد استفاده قرار می‌گیرند موجب ایجاد آلودگی خواهند شد: بعضی از اوقات به این نکته اشاره می‌شود که نیروگاه‌های بادی نمی‌توانند میزان دی‌اکسید کربن تولیدی را کاهش دهند چراکه برق تولیدی از طریق نیروگاه بادی به دلیل نامنظم بودن همیشه باید به وسیله یک نیروگاه سوخت فسیلی پشتیبانی شود. نیروگاه‌های بادی نمی‌توانند به طور کامل جایگزین نیروگاه‌های سوخت فسیلی شوند اما با تولید انرژی الکتریکی مبنای تولیدی نیروگاه‌های حرارتی را کاهش داده و از تولید آنها می‌کاهند که به این ترتیب میزان انتشار دی‌اکسید کربن کاهش می‌یابد.

 

تاثیرات بوم شناختی

 

برخلاف نیروگاه‌های هسته‌ای و نیروگاه‌های سوخت فسیلی که مقدار زیادی آب را برای خنک کردن منتشر می‌کنند, نیروگاه‌های بادی نیازی به آب برای تولید انرژی الکتریکی ندارند.

 

درباره نشت روغن یا آب سیالی که در نیروگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد حوادث متعددی گزارش شده. در برخی موارد سیال وارد آب شرب مناطق اطراف نیز می‌شود که خسارت‌هایی را بر جای خواهد گذاشت. این سیال‌های معمولا در اثر حرکت در پره توربین موادی را در خود حل کرده و سپس در محیط پراکنده می‌کنند.

 

 

 

یک خلاصه مفید

 

انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدید پذیر، بطور گسترده ولی پراكنده در دسترس می‌باشد. تابش نامساوی خورشید در عرض‌های مختلف جغرافیایی به سطح ناهموار زمین باعث تغییر دما و فشار شده و در نتیجه باد ایجاد می‌شود. به علاوه اتمسفر كره زمین به دلیل چرخش، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می‌دهد كه باعث ایجاد باد می‌شود. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد.از انرژی های بادی جهت تولید الكتریسیته و نیز پمپاژ آب از چاهها و رودخانه ها، آرد كردن غلات، كوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینها می توان استفاده نمود. استفاده از انرژی بادی در توربین های بادی كه به منظور تولید الكتریسته بكار گرفته می شوند از نوع توربین های سریع محور افقی می باشند. هزینه ساخت یك توربین بادی با قطر مشخص، در صورت افزایش تعداد پره ها زیاد می شود.انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدید پذیر، بطور گسترده ولی پراكنده در دسترس می‌باشد. تابش نامساوی خورشید در عرض‌های مختلف جغرافیایی به سطح ناهموار زمین باعث تغییر دما و فشار شده و در نتیجه باد ایجاد می‌شود. به علاوه اتمسفر كره زمین به دلیل چرخش، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می‌دهد كه باعث ایجاد باد می‌شود. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد.

 

 

 

 

 

 

از انرژی های بادی جهت تولید الكتریسیته و نیز پمپاژ آبش از چاهها و رودخانه ها، آرد كردن غلات، كوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینها می توان استفاده نمود. استفاده از انرژی بادی در توربین های بادی كه به منظور تولید الكتریسته بكار گرفته می شوند از نوع توربین های سریع محور افقی می باشند. هزینه ساخت یك توربین بادی با قطر مشخص، در صورت افزایش تعداد پره ها زیاد می شود.

[spow 44197]

توربینهای بادی چگونه كار می كنند ؟

 

 

توربین های بادی انرژی جنبشی باد را به توان مكانیكی تبدیل می نمایند و این توان مكانیكی از طریق شفت به ژنراتور انتقال پیدا كرده و در نهایت انرژی الكتریكی تولید می شود. توربین های بادی بر اساس یك اصل ساده كار می كنند. انرژی باد دو یا سه پره ای را كه بدور روتور توربین بادی قرار گرفته اند را بچرخش در می آورد. روتور به یك شفت مركزی متصل می باشد كه با چرخش آن ژنراتور نیز به چرخش در آمده و الكتریسیته تولید می شود.

 

 

توربین های بادی بر روی برج های بلندی نصب شده اند تا بیشترین انرژی ممكن را دریافت كنند بلندی این برج ها به 30 تا 40 متر بالاتر از سطح زمین می رسند. توربین های بادی در باد هایی با سرعت كم یا زیاد و در طوفان ها كاملا مفید می باشند

همچنین می توانید برای درك بهتر چگونكی عملكرد یك توربین بادی به انیمیشنی كه به همین منظور تهیه شده توجه كنید تا با چگونگی چرخش پره ها٬ شفت و انتقال نیروی مكانیكی به ژنراتور و در كل نحوه عملكرد یك توربین بادی آشنا شوید.

 

 

 

توربینهای بادی مدرن به دو شاخه اصلی می‌شوند :

 

1- توربینهای با محور افقی (كه در شكل زیر نمونه ای از این نوع توربین ها را مشاهده می كنید)

2- توربینهای با محور عمودی .

 

 

 

 

 

 

 

می‌توان از توربینهای بادی با كاركردهای مستقل استفاده نمود، و یا می‌توان آنها را به یك ” شبكه قدرت تسهیلاتی “ وصل كرد یا حتی می‌توان با یك سیستم سلول خورشیدی یا فتوولتائیك تركیب كرد. عموماً از توربینهای مستقل برای پمپاژ آب یا ارتباطات استفاده می‌كنند ، هرچند كه در مناطق بادخیز مالكین خانه‌ها و كشاورزان نیز می‌توانند از توربینها برای تولید برق استفاده نمایند مقیاس كاربردی انرژی باد، معمولا ً‌تعداد زیادی توربین را نزدیك به یكدیگر می‌سازند كه بدین ترتیب یك مزرعه بادگیر را تشكیل می‌دهند.

 

 

 

 

 

 

داخل توربین بادی به چه صورت می باشد:

 

 

 

 

1- باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به كنترل كننده ها انتقال می دهد.

 

2- پره ها (Blades) : بیشتر توربین ها دارای دو یا سه پره می باشند. وزش باد بر روی پره ها باعث بلند كردن و چرخش پره ها می شود.

 

3- ترمز (Brake) : از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفاده می شود. عمل ترمز كردن می تواند بصورت مكانیكی ٬ الكتریكی یا هیدرولیكی انجام گیرد.

 

4- كنترولر (Controller) : كنترولر ها وقتی كه سرعت باد به 8 تا 16 mph میرسد ما شین را٬ راه اندازی می كنند و وقتی سرعت از 65 mph بیشتر می شود دستور خاموش شدن ماشین را می دهند. این عمل از آن جهت صورت میگیرد كه توربین ها قادر نیستند زمانی كه سرعت باد به 65 mph می رسد حركت كنند زیرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.

 

5- گیربكس (Gear box) : چرخ دنده ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و آنها از طرف دیگر همانطور كه در شكل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل می باشند و افزایش سرعت چرخش از 30 تا 60 rpm به سرعتی حدود 1200 تا 1500 rpm را ایجاد می كنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامیست. هزینه ساخت گیربكس ها بالاست درضمن گیر بكس ها بسیار سنگین هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده ای می باشند تا درایو های مستقیمی كشف نماید و ژنراتورها را با سرعت كمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربكس نداشته باشند.

 

6- ژنراتور (Generator) : كه وظیفه آن تولید برق متناوب می باشد.

 

7- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft) : كه وظیفه آن به حركت در اوردن ژنراتور می باشد.

 

8- شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft) : رتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن 30 تا 60 دور در دقیقه می باشد.

 

9- روتور (Rotor) : بال ها و هاب به روتور متصل هستند.

 

10- برج (Tower) : برج ها از فولاد هایی كه به شكل لوله درآمده اند ساخته می شوند. توربین هایی كه بر روی برج هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده اند انرژی بیشتری دریافت می كنند.

 

11- جهت باد (Wind direction) : توربین هایی كه از این فن آوری استفاده می كنند در خلاف جهت باد نیز كار می كنند در حالی كه توربین های معمولی فقط جهت وزش باد به پره های آن باید از روبرو باشد.

 

12- باد نما (Wind vane) : وسیله ای است كه جهت وزش باد را اندازه گیری می كند و كمك می كند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشته باشد.

 

13- درایو انحراف (Yaw drive) : وسیله ایست كه وضعیت توربین را هنگامیكه باد در خلاف جهت می وزد كنترول می كند و زمانی استفاده می شود كه قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گیرد اما زمانی كه باد در جهت توربین می وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی باشد.

 

14- موتور انحراف (Yaw motor) : برای به حركت در آوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می گیرد.

 

 

 

نیروگاه بادی

 

توربین های بادی اغلب به یكی از صورت های زیر هستند

 

1- توربین های بادی با سرعت ثابت:

 

تا اوایل 1990، استاندارد بر مبنای توربین های بادی با سرعت ثابت بود. در این نوع توربین ها، صرف نظر از سرعت باد، سرعت رتور توربین، ثابت می باشد؛ این سرعت به فرکانس شبکه، ساختمان ژنراتور و نیز به نسبت دنده ها در گیربکس، بستگی دارد.

 

این نوع توربینها، دارای ژنراتور القایی قفس سنجابی یا با رتور سیم پیچی شده، هستند که مستقیماً متصل به شبکه قدرت می باشند. این ژنراتورها به یک استارتر نرم و به بانکهای خازنی برای جبران توان راکتیو، مجهز می باشند.

 

این ژنراتورها به گونه ای طراحی شده اند که در یک سرعت مشخص باد، بیشترین بازدهی را داشته باشند. به منظور افزایش توان تولیدی، ژنراتور این نوع توربین ها دارای دو نوع تنظیم بر روی سیم پیچی های استاتور می باشند. یکی در سرعت های پایین باد (نوعاً 8 قطب) و دیگری در سرعت های متوسط یا بالا (4 قطب یا 6 قطب) مورد استفاده قرار می گیرد این نوع توربین ها مزایایی از قبیل سادگی، استحکام و قابلیت اطمینان بالایی دارند و کارهای علمی و فنی بسیاری بر روی آنها انجام شده است (شناخته شده اند)، قیمت اجزای الکتریکی و درایو آن ها نیز پایین است. معایب مهم این نوع توربین ها نیز عبارت است از توان راکتیو مصرفی غیر قابل کنترل، استرس مکانیکی و کنترل محدود کیفیت توان. به علت عملکرد سرعت ثابت آنها، تمامی نوسانات در سرعت باد به صورت نوسانات در گشتاور مکانیکی و از آنجا به صورت نوسانات در توان الکتریکی شبکه ظاهر می گردند. در مورد شبکه های ضعیف، نوسانات توان می تواند به نوسانات بزرگ ولتاژ منتهی گردند که باعث ایجاد تلفات قابل تامل در خطوط انتقال واسط می گردند.

 

2- توربین های بادی با سرعت متغیر

 

در سال های اخیر، توربین های بادی با سرعت متغیر، اکثریت غالب را (در میان توربین های نصب شده) تشکیل داده اند. در این حالت، امکان تنظیم سرعت چرخشی رتور ( با افزایش یا کاهش شتاب) وجود دارد. ثابت سرعت ، در یک مقدار ثابت و از پیش تعیین شده ای نگهداری و تثبیت می گردد تا به ضریب توان بالایی دست پیدا کنیم. در این حالت، گشتاور ژنراتور نسبتاً ثابت نگهداشته می شود و تغییرات در وزش باد به تغییرات در سرعت ژنراتور می انجامد.

 

سیستم الکتریکی توربین های بادی با سرعت متغیر، بسیار پیچیده تر از توربین های سرعت ثابت است. این نوع توربین ها، نوعاً دارای ژنراتور القایی یا سنکرون هستند و از طریق یک کانورتر توان به شبکه متصل می گردند. مزایای این نوع توربین ها عبارت است از: افزایش انرژی به دست آمده از باد، بهبود کیفیت توان و کاهش استرس مکانیکی. معایب آنها نیز عبارت است از: تلفات در قسمت های درایو الکترونیکی، استفاده از اجزاء بیشتر و افزایش هزینه ناشی از تجهیزات سیستمهای الکترونیکی. در این نوع توربین ها، نوسانات توان ناشی از نوسانات باد، عمدتاً بصورت تغییرات در سرعت روتور توربین و ژنراتور ظاهر می گردد

 

 

 

 

چقدر عالی میشود که یک پل هم زیبا باشد و هم دوستدار محیط زیست. سه طراح ایتالیایی پلی را طراحی کرده اند که علاوه بر برقراری ارتباط، از خورشید و باد انرژی هم تولید می کند.

 

 

 

در پایه های این پل توربین هایی در نظر گرفته شده که با وزش باد به چرخش درآمده و آن تبدیل به انرژی می کند. علاوه بر این جهت استفاده از انرژی خورشیدی هم قرار است به جای آسفالت از پنل های خورشیدی موسوم به پنل خورشیدی جاده ای (solar roadways) استفاده شود. این صفحات متشکل از پنل های خورشیدی با روکشی از پلاستیک بادوام و فشرده است که برق تولید می کند. در صورت اجرایی شدن این طرح، انرژی بدست آمده از این پل برق مصرفی 15هزار خانه را در طی یکسال تامین می کند.

 

تنها این ها نیستند که این پل را یک دوستدار محیط زیست کرده بلکه در طول پل گلخانه خورشیدی هم در نظر گرفته شده که رانندگان می توانند در کناری توقف و از میوه و محصولات این گلخانه استفاده نمایند.