1) انرژی باد چیست؟
انرژی باد، انرژی حاصل از هوای متحرک می باشد. هنگامی که تابش خورشید بطور نامساوی به سطوح ناهموار زمین میرسد سبب ایجاد تغییرات دما و فشار می گردد و در اثر این تغییرات باد بوجود می آید. همچنین اتمسفر کره زمین بدلیل حرکت وضعی زمین، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که این امر نیز باعث بوجود آمدن باد می گردد. جریان اقیانوسی نیز بصورت مشابه عمل نموده و عامل 30% انتقال حرارت کل در جهان می باشد.
در مقیاس جهانی این جریانات اتمسفری بصورت یک عامل قوی جهت انتقال حرارت و گرما عمل می نمایند. دوران کره زمین نیز می تواند در برقراری الگوهای نیمه دائم جریانات سیاره ای در اتمسفر، انرژی مضاعف ایجاد نماید.
2) تاریخچه استفاده از انرژی باد
بشر از زمانهای بسیار دور انرژی باد را به شیوه های مختلف بکار گرفته است. ایرانیان اولین کسانی بودند که در حدود 200 سال قبل از میلاد مسیح برای آردکردن غلات از آسیابهای بادی استفاده کرده اند که امروزه آثار آن در نواحی خواف و تایباد در شرق کشور به چشم می خورد. همچنین مصریان باستان از نیروی باد برای راندن کشتی های خود روی رودخانه نیل استفاده کردند. در قرن هفدهم میلاد، مردم هلند طرح پایه آسیابهای بادی را بهبود دادند.
همین امر باعث شد تا این کشور در زمره غنی ترین و صنعتی ترین کشورهای اروپا قرار گیرد. برخی از کشورها آسیاب های بادی را برای آسیاب گندم و ذرت، پمپ کردن آب و قطع درختان استفاده کرده اند. در آغاز قرن بیستم اولین توربین های بادی سریع و مدرن ساخته شد. امروزه فعالترین کشورها در این زمینه آلمان، ایتالیا، آمریکا، دانمارک و هند می باشند.
3) مزایای استفاده از انرژی باد
عدم نیاز توربین های بادی به سوخت که در نتیجه از میزان مصرف سوختهای فسیلی می کاهد.
رایگان بودن انرژی باد
توانایی تأمین بخشی از تقاضای انرژی برق
کمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد در بلندمدت
تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی
3-6- قدرت مانور زیاد جهت بهره برداری در هر ظرفیت و اندازه (از چند وات تا چندین مگاوات)
عدم نیاز به آب
عدم نیاز به زمین زیاد برای نصب
ایجاد اشتغال
نداشتن آلودگی زیست محیطی
4) انرژی باد و توربینهای بادی
بهره برداری از انرژی باد توسط توربینهای بادی تفکر بسیار قدیمی می با شد. مثلاً سیستم های اولیه انرژی باد در چین باستان و خاور نزدیک زمانهای طولانی بکار گرفته می شدند. یک دوره نیز در قرن پانزدهم که فعالیتهای اقتصادی در اروپای غربی افزایش پیدا کرد از توربینهای بادی جهت تأمین نیروی مکانیکی برای پمپاژ آب و آسیاب غلات استفاده می کردند. امروزه گستره فعالیتها و کاربرد توربینهای بادی طیف وسیعی از صنایع را تحت پوشش قرار می دهد مثلاً برای پمپاژ آب یا شارژ باتری از این توربینها استفاده می شود. از نظر عملکردی در توربین های بادی انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل
می گردد.
این توربینها را می توان جهت استفاده بهینه و تولید بیشتر قدرت با سلولهای خورشیدی (فتوولتائیک) نیز ترکیب نمود. در حال حاضر بیشترین ظرفیت توربینهای بادی نصب شده در چند دهه گذشته از نوع متصل به شبکه بوده است. البته گاهی اوقات در نواحی دور افتاده از توربینهای بادی منفصل از شبکه نیز استفاده شده است. شارژ باتری و تولید انرژی مکانیکی جهت پمپاژ آب نیز از نمونه کاربردهای دیگر توربینهای بادی می باشد. سیستم های شارژ باتری و پمپهای بادی با وجود کوچک بودن از اهمیت ویژه ای برخوردارند.
5) انواع توربین های بادی و مکانیسم کار آنها
الف- توربینهای بادی با محور چرخش عمودی
این توربینها از دو بخش اصلی تشکیل شده اند: یک میله اصلی که رو به باد قرار می گیرد و میله های عمودی دیگر که عمود بر جهت باد کار گذاشته می شوند. این توربینها شامل قطعاتی با اشکال گوناگون بوه که باد را در خود جمع کرده و باعث چرخش محور اصلی می گردد. ساخت این توربینها بسیار ساده بوده و همچنین بازده پایین نیز دارند. عمده ترین توربین های بادی محور عمودی عبارتند (ساوینیوس داریوس، صفحه ای و کاسه ای). در این نوع توربینها در یک طرف توربین، باد بیشتر از طرف دیگر جذب می شود و باعث می گردد که سیستم لنگر پیدا کرده و بچرخد. یکی از مزایای این سیستم وابسته نبودن آن به جهت وزش بادمی باشد.
ب – توربینهای بادی با محور چرخش افقی
این توربینها نسبت به مدل محور عمودی رایج تر بوده همچنین از لحاظ تکنولوژیک پیچیده تر و گرانتر نیز می باشند. ساخت آنها مشکلتر از نوع محور عمودی بوده ولی راندمان بسیار بالایی دارند. در سرعتهای پایین نیز توانایی تولید انرژی الکتریکی را داشته و توانایی تنظیم جهت در مسیر وزش باد را نیز دارند. این توربینها 3 یا در مواردی 2 پره می باشند که روی یک برج بلند نصب می شوند. این پره ها همواره در جهت وزش باد قرار می گیرند.
ج- مکانیسم کار توربین های بادی و اجزا آن
مراحل کار یک توربین کاملاً عکس مراحل کار پنکه می باشد. در پنکه انرژی الکتریسیته به انرژی مکانیکی تبدیل شده و باعث چرخیدن پره می شود. در توربینهای بادی چرخش پره ها انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده، سپس الکتریسیته تولید می گردد. باد به پره ها برخورد می کند و آنها را می چرخاند. چرخش پره ها باعث چرخش محور اصلی می شود و این محور به یک ژنراتور برق متصل می باشد. چرخش این ژنراتور، برق متناوب تولید می نماید.
6) انواع کاربرد توربینهای بادی
الف- کاربردهای غیرنیروگاهی شامل:
پمپهای بادی آبکش جهت :
تأمین آب آشامیدنی حیوانات در مناطق دور افتاده
آبیاری در مقیاس کم
آبکشی از عمق کم جهت پرورش آبزیان
تأمین آب مصرفی خانگی
کاربرد توربینهای بادی کوچک بعنوان تولید کننده برق
تأمین برق جزیره های مصرف
شارژ باتری
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)