توربین بادی؛ انواع، کاربردها و مزایای آن

در این برگه قصد داریم در مورد توربین بادی، انواع، مزایا و چالش‌های آن بپردازیم. پس با ما همراه باشید.

فهرست مطالب

1- توربین بادی

2- انواع توربین بادی

3- کاربردهای توربین‌ بادی

4- مزایای توربین بادی

5- چالش‌های توربین باد

——————————

1- توربین بادی

توربین‌های بادی براساس یک اصل ساده کار می‌کنند: این توربین‌ها به جای استفاده از الکتریسیته برای تولید باد – مانند یک فن – از باد برای تولید برق استفاده می‌کنند. در این فرآیند باد پره‌های پروانه توربین را به دور روتور می‌چرخاند که در نتیجه آن ژنراتور چرخیده و الکتریسیته تولید می‌کند.

باد شکلی از انرژی خورشیدی است که توسط ترکیبی از سه رویداد همزمان ایجاد می‌شود:

• خورشید به طور ناهموار جو را گرم می‌کند.
• بی نظمی سطح زمین.
• چرخش زمین.

الگوهای جریان و سرعت باد در نقاط مختلف بسیار متفاوت هستند و توسط توده‌های آبی، پوشش گیاهی و تفاوت در نوع زمین تغییر می‌کنند. افراد از این جریان باد یا انرژی حرکتی، برای اهداف بسیاری مانند قایقرانی، پرواز بادبادک، و حتی تولید برق استفاده می‌کنند.

اصطلاحات «انرژی باد» و «نیروی باد» هر دو فرآیندی را توصیف می‌کنند که طی آن از باد برای تولید نیروی مکانیکی یا الکتریسیته استفاده می‌شود. این توان مکانیکی را می‌توان هم برای کارهای خاص (مانند آسیاب دانه یا پمپاژ آب) استفاده کرد و هم با استفاده از یک ژنراتور، به برق تبدیل کرد.

برای تبدیل به الکتریسیته، توربین بادی، انرژی باد را با استفاده از نیروی آیرودینامیکی پره‌های روتور که مانند بال هواپیما یا تیغه روتور هلیکوپتر عمل می کنند، به الکتریسیته تبدیل می‌کند. هنگامی که باد در سراسر تیغه جریان دارد، فشار هوا در یک طرف تیغه کاهش می‌یابد. اختلاف فشار هوا در دو طرف تیغه باعث بالا رفتن و کشش می‌شود. نیروی بالابر قوی‌تر از کشش است که باعث چرخش روتور می‌شود. روتور به طور مستقیم (اگر یک توربین درایو مستقیم باشد) یا از طریق یک شفت و یک سری چرخ دنده (گیربکس) به ژنراتور متصل می‌شود که چرخش را سرعت می بخشد. این تبدیل نیروی آیرودینامیکی به چرخش ژنراتور، باعث ایجاد الکتریسیته می‌شود.

——————————

2- انواع توربین بادی

اکثر توربین‌های بادی به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:

توربین‌ بادی محور افقی

توربین‌ بادی محور افقی همان نوعی از توربین است که بسیاری از مردم در مورد توربین‌های بادی تصور می‌کنند. این مدل معمولاً دارای سه پره است که با چرخش توربین در بالای برج، به طوری که پره‌ها به سمت باد قرار گیرند، عمل می‌کند.

توربین بادی محور عمودی

توربین‌های بادی محور عمودی در انواع مختلفی از جمله مدل eggbeater-style Darrieus که به نام مخترع فرانسوی آن نامگذاری شده است، وجود دارد. این مدل از توربین‌ها همه جهته هستند، به این معنی که برای کار کردن نیازی به تنظیم شدن در جهت باد ندارند. توربین‌های بادی را می‌توان در خشکی یا نقاطی دورتر از ساحل (فراساحل) در حجم‌های بزرگ آبی مانند اقیانوس‌ و دریا ساخت.

——————————

3- کاربردهای توربین‌ بادی

توربین‌های بادی مدرن را می‌توان بر اساس محل نصب و نحوه اتصال آنها به شبکه دسته بندی کرد:

توربین بادی زمینی

اندازه توربین‌های بادی زمینی از 100 کیلووات تا چند مگاوات متغیر است. توربین‌های بادی بزرگ‌تر، مقرون به صرفه‌تر هستند و با هم در نیروگاه‌های بادی دسته‌بندی می‌شوند که نیروی عمده‌ای را برای شبکه برق تامین می‌کنند.

توربین بادی فراساحلی

توربین‌های بادی فراساحلی معمولاً عظیم و بلندتر از مجسمه آزادی هستند. آنها چالش‌های حمل و نقل مشابه با تاسیسات بادی مستقر در زمین را ندارند، زیرا اجزای بزرگ را می‌توان به جای حمل و نقل در جاده ها، در کشتی‌ها حمل کرد. این توربین‌ها قادر به گرفتن بادهای قدرتمند اقیانوسی و تولید مقادیر زیادی انرژی هستند.

باد توزیع شده

هنگامی که توربین‌های بادی با هر اندازه‌ای در سمت کنتور برق مشتری، یا در محلی نزدیک به مکانی که انرژی تولید می‌شود، نصب ‌شوند، به عنوان “باد توزیع شده” شناخته‌می‌شوند. بسیاری از توربین‌های مورد استفاده در کاربردهای پراکنده، توربین‌های بادی کوچک هستند. توربین‌های بادی کوچک منفرد – کمتر از 100 کیلووات – معمولاً برای کاربردهای مسکونی، کشاورزی و تجاری و صنعتی کوچک استفاده می‌شوند. توربین‌های کوچک را می‌توان در سیستم‌های انرژی هیبریدی با سایر منابع انرژی پراکنده، مانند ریزشبکه‌هایی که از ژنراتورهای دیزلی، باتری‌ها و فتوولتائیک تغذیه می‌کنند، استفاده کرد. این سیستم‌ها، سیستم‌های باد هیبریدی نامیده‌می‌شوند و معمولاً در مکان‌های دورافتاده و خارج از شبکه (جایی که اتصال به شبکه برق در دسترس نیست) استفاده می‌شوند و در کاربردهای متصل به شبکه برای تاب‌آوری رایج‌تر هستند.

——————————

4- مزایای توربین بادی

انرژی باد مزایای بسیاری را ارائه می‌دهد، که نشان می‌دهد چرا یکی از منابع انرژی با رشد سریع در جهان است. در ادامه به بررسی برخی از مزایای این انرژی پرداخته شده‌است.

انرژی بادی مشاغل پردرآمد ایجاد می‌کند.

به عنوان مثال، بیش از 120000 نفر در صنعت بادی ایالات متحده در تمام 50 ایالت مشغول به کار هستند و این تعداد همچنان در حال افزایش است. طبق آمار اداره کار ایالات متحده، تکنسین‌های خدمات توربین بادی، دومین شغل با رشد سریع در دهه اخیر هستند. صنعت بادی با ارائه فرصت‌های شغلی از تولیدکننده تیغه تا مدیر دارایی، پتانسیل حمایت از صدها هزار شغل دیگر را تا سال 2050 دارد. نیروی بادی یک منبع داخلی است که موجب رشد اقتصادی کشورها شده است. در سال 2022، توربین‌های بادی فعال در هر 50 ایالت، بیش از 10 درصد از کل انرژی خالص کشور را تولید کردند. در همان سال، سرمایه‌گذاری در پروژه‌های جدید بادی 20 میلیارد دلار به اقتصاد ایالات متحده اضافه کرد.

نیروی باد یک منبع انرژی پاک و تجدیدپذیر است.

توربین‌های بادی، انرژی باد را با استفاده از نیروی مکانیکی برای چرخاندن ژنراتور و ایجاد الکتریسیته مهار می‌کنند. باد نه تنها منبعی فراوان و تمام نشدنی است، بلکه برق را بدون سوزاندن هیچ گونه سوخت یا آلودگی هوا نیز تامین می‌کند و به کاهش اتکای ما به سوخت های فسیلی کمک می‌کند. این انرژی به جلوگیری از انتشار 329 میلیون تن دی‌اکسید کربن در سال، معادل 71 میلیون خودرو که همراه با سایر انتشارات جوی باعث باران اسیدی، مه دود و گازهای گلخانه ای می‌شود، کمک می‌کند.

انرژی بادی به نفع جوامع محلی است.

پروژه‌های باد هر سال حدود 1.9 میلیارد دلار در پرداخت مالیات ایالتی و محلی و پرداخت اجاره زمین ارائه می‌کنند. جوامعی که انرژی باد را توسعه می‌دهند، می‌توانند از درآمد اضافی برای بودجه مدارس، کاهش بار مالیاتی بر صاحبان خانه و رسیدگی به پروژه‌های زیرساختی محلی استفاده کنند.

انرژی باد مقرون به صرفه است.

توربین‌های بادی در مقیاس زمینی، یکی از ارزان‌ترین منابع انرژی موجود امروزی را فراهم می‌کنند. علاوه بر این، رقابت پذیری هزینه انرژی بادی با پیشرفت در علم و فناوری انرژی بادی همچنان بهبود می‌یابد.

——————————

5- چالش‌های توربین باد

• نیروی باد باید با سایر منابع انرژی کم هزینه رقابت کند. هنگام مقایسه هزینه انرژی مرتبط با نیروگاه های جدید، پروژه‌های بادی و خورشیدی اکنون از نظر اقتصادی رقابتی‌تر از تأسیسات گازی، زمین گرمایی، زغال سنگ یا هسته‌ای هستند. با این حال، پروژه‌های بادی ممکن است در برخی مکان‌هایی که به اندازه کافی بادخیز نیستند، مقرون به صرفه نباشند. فناوری نسل بعدی، پیشرفت‌های تولید، و درک بهتر فیزیک نیروگاه‌های بادی می‌تواند به کاهش بیشتر هزینه‌ها کمک کند.
• مکان‌های باد ایده آل اغلب در مکان های دور افتاده هستند. برای رساندن برق از مزارع بادی به مناطق شهری، جایی که برای پاسخگویی به تقاضا مورد نیاز است، باید بر چالش‌های نصب غلبه کرد.
• ارتقاء شبکه انتقال کشور برای اتصال مناطق دارای منابع بادی فراوان به مراکز جمعیتی می‌تواند هزینه‌های توسعه انرژی بادی مبتنی بر زمین را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. علاوه بر این، انتقال انرژی بادی دریایی و قابلیت‌های اتصال به شبکه در حال بهبود است.
• توربین ها نویز تولید می‌کنند و زیبایی بصری را تغییر می‌دهند. مزارع بادی در مقایسه با نیروگاه‌های معمولی تأثیرات متفاوتی بر محیط‌زیست دارند، اما نگرانی‌های مشابهی هم در مورد سر و صدای تولید شده توسط پره‌های توربین و تأثیرات بصری بر چشم‌انداز وجود دارد.

 

مراجع

?How Do Wind Turbines Work

Advantages and Challenges of Wind Energy