مقاله

توربین بادی — به زبان ساده

توربین‌های بادی شبیه پروانه‌های هواپیما هستند که حول یک نقطه می‌چرخند، با این تفاوت که توربین بادی ثابت است. در واقع، توربین‌ها انرژی محبوس در باد را گرفته و آن را به برق تبدیل می‌کنند.

تصویر زیر، یک مزرعه بادی در کلورادوی ایالات متحده آمریکا را نشان می‌دهد. این توربین‌‌ها نسبتاً کوچک هستند و هرکدام حدود 700 کیلووات توان تولید می‌‌کنند که برای مصرف 400 خانوار کافی است. ارتفاع این توربین‌ها از سطح زمین تا بالای روتور 79متر (260 فوت) و قطر روتور به تنهایی 48٫5 متر است. اتاقک قسمت بالایی روتور هم که «ناسل» (Nacelle) نامیده می‌‌شود، روی برج می‌‌چرخد تا پره‌‌ها همیشه رو به باد باشند.

مزرعه بادی

توربین بادی چگونه برق تولید می‌‌کند؟

توربین، ماشینی است که در یک سیال (مایع یا گاز) متحرک می‌‌چرخد و بخشی از انرژی آن را می‌‌گیرد. همه انواع ماشین‌‌ها از نوعی توربین استفاده می‌‌کنند؛ از موتور جت تا نیروگاه‌‌های برق‌‌آبی و از لوکوموتیوهای دیزلی تا آسیاب‌‌های بادی و حتی آسیاب‌‌های بادی اسباب‌‌بازی.

پره‌‌های بزرگ روتور که در جلوی توربین بادی قرار گرفته‌‌اند، یک شکل منحنی مانند شبیه ایرفویل بال هواپیما دارند. زمانی که باد از روی این پره‌‌ها عبور می‌کند، نیرویی به سمت بالا به آن وارد خواهد کرد که به این نیرو نیروی «بَرآر» یا «لیفت» (Lift) گفته می‌‌شود. باد بخشی از انرژی جنبشی خود را از دست می‌‌دهد و توربین آن را به دست می‌‌آورد.

همان‌‌طور که احتمالاً حدس می‌‌زنید، میزان انرژی تولیدی توربین به مساحت جاروب شده توسط پره‌‌های روتور بستگی دارد. به بیان دیگر، هرچه طول پره‌‌های روتور بیشتر باشد، توربین انرژی بیشتری تولید می‌‌کند. واضح است که سرعت باد نیز تأثیر زیادی بر تولید این انرژی دارد؛ به طوری که اگر سرعت باد دو برابر شود، انرژی قابل استحصال موجود برای توربین هشت برابر می‌‌شود، زیرا انرژی باد با مکعب سرعتش ارتباط مستیم دارد.

سرعت باد همواره تغییر می‌‌کند، بنابراین انرژی تولیدی از آن توسط یک توربین نیز متغیر است. اتصال تعداد زیادی توربین به یکدیگر در مزارع بادی و همچنین اتصال چندین مزرعه‌‌ی بادی و تشکیل یک شبکه‌‌ انرژی ملی، منجر به یک منبع پایدارتر و قابل اعتمادتر خواهد شد.

در شکل زیر، می‌‌توانید بزرگی توربین را در مقایسه با مهندسی که در ناسل (واحد اصلی) ایستاده و مشغول تعمیرات است ببینید.

پره توربین

 

اجزای اصلی توربین بادی

اگرچه این ماشین را که از انرژی بادی برق تولید می‌کند توربین بادی می‌‌خوانیم، اما در واقع توربین یک بخش از آن است. برای اغلب (و نه همه) توربین‌‌ها جعبه‌‌دنده یک بخش اساسی است که چرخ‌‌دنده‌‌های آن چرخش آهسته‌‌ پره‌‌‌‌های روتور را به چرخش پرسرعت شفت تبدیل می‌‌کنند، به طوری که برق تولید شود.

ژنراتور یک بخش مهم از همه توربین‌‌ها است و می‌‌توان آن را یک نسخه بسیار بزرگ‌تر و حجیم‌‌تر از یک دینام دوچرخه تصور کرد. وقتی سوار دوچرخه هستید، دینام با چرخش چرخ عقب می‌‌چرخد و برق لازم برای روشنایی چراغ دوچرخه را تولید می‌‌کند. مشابه همین اتفاق در توربین بادی می‌‌افتد، با این تفاوت که ژنراتور به جای چرخ عقب دوچرخه با پره‌‌های روتور می‌‌چرخد و لامپ روشن، لامپی است در یک خانه که شاید کیلومترها دورتر قرار گرفته است. اما در عمل، توربین های بادی از ژنراتورهایی ساخته می‌‌شوند که هیچ شباهتی به دینام ندارند.

عملکرد توربین بادی به صورت زیر است:

عملکرد توربین بادی

  1. باد (هوای متحرک که انرژی جنبشی دارد) از میان پره‌‌های روتور می‌‌وزد.
  2. روتور می‌‌چرخد و بخشی از انرژی جنبشی باد را می‌‌گیرد و شفت مرکزی را می‌‌چرخاند. اگرچه انتهای پره‌‌ها با سرعت زیادی می‌‌چرخند، اما شفت یا محور مرکزی سرعت آهسته‌‌ای دارد.
  3. در اغلب توربین‌‌های مدرن، پره‌‌های روتور می‌‌توانند روی هاب در جلوی توربین متصل شوند. بنابراین با زوایه مناسب (یا «پیچ» (Pitch)) با باد برخورد می‌‌کنند و بیشترین انرژی را استحصال می‌‌کنند. به این مکانیزم کنترل پیچ گفته می‌‌شود.
  4. داخل ناسل (بخش اصلی توربین، بالای برج و پشت پره‌‌ها)، جعبه‌دنده چرخش شفت راننده یا محرک (متصل به روتور) با سرعتی در حدود 16 دور در دقیقه را به سرعت بالای حدود 1600 دور در دقیقه برای حرکت ژنراتور تبدیل می‌‌کند.
  5. ژنراتور که دقیقاً بعد از جعبه دنده قرار گرفته است، انرژی جنبشی را از شفت گرفته و به الکتریسیته تبدیل می‌‌کند. در بیشترین ظرفیت، ژنراتور یک توربین 2 مگاواتی متداول در حدود 2 میلیون وات توان در 700 ولت تولید می‌‌کند.
  6. بادسنج‌‌ها (دستگاه‌‌های خودکار اندازه‌‌گیری سرعت) و بادنماها در پشت ناسل امکان اندازه‌‌گیری سرعت و جهت باد را فراهم می‌‌کنند.
  7. با استفاده از این اندازه‌‌گیری‌‌ها، تمام بخش بالایی توربین شامل ناسل و روتور می‌‌تواند توسط یک موتور تغییر جهت‌‌ دهنده به نام موتور «یاو» (Yaw) که بین ناسل و بدنه برج قرار گرفته، چرخیده و تغییر جهت دهد. بدین ترتیب روتور دوباره مستقیم و روبه‌رو به جهت باد قرار می‌‌گیرد و بیشترین میزان ممکن انرژی را استحصال می‌‌کند. اگر سرعت باد خیلی زیاد باشد و یا جریان باد به شدت آشفته باشد، ترمزها برای نگه‌‌ داشتن روتور از چرخش (به دلایل ایمنی) وارد کار می‌‌شوند. ترمزها همچنین برای مواقعی که عملیات تعمیر و نگهداری اعمال می‌‌شود هم به کار می‌‌روند.
  8. جریان الکتریکی تولیدی ژنراتور از طرق سیم از داخل بدنه برج به پایین برج انتقال می‌‌یابد.
  9. یک ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ را به 50 برابر حالت تولیدی افزایش می‌‌دهد، بنابراین می‌‌توان به صورتی بهینه به شبکه برق (یا ساختمان‌ها و شهرهای نزدیک) برق را انتقال داد. برقی که به سمت شبکه فرستاده می‌‌شود، حتی ولتاژ بالاتری توسط یک پست فوق توزیع نزدیک پیدا کرده است که این پست معمولاً توربین‌‌ها را پشتیبانی می‌‌کند.
  10. اکنون مصرف‌‌کنندگان می‌‌توانند از انرژی پاک و سبز لذت ببرند. توربین‌‌ها در حین عملکرد خود هیچ‌گونه آلودگی مربوط به گازهای گلخانه‌‌ای ایجاد نکرده‌اند.
  11. باد بعد از گذر از توربین همچنان به مسیر خود ادامه می‌‌دهد، اما اکنون با انرژی و سرعت کمتر و آشفتگی بیشتر (زیرا توربین مانع جریان آزاد آن شده است).

استحصال بیشترین انرژی توربین بادی

اگر تاکنون تصویر یک توربین بادی را دیده باشید، می‌‌دانید که اندازه آن بسیار بزرگ است و در ارتفاع زیادی روی بدنه برج نصب شده‌‌ است. هرچه طول پره‌‌های روتور بلندتر باشد، توربین انرژی بیشتری از باد استحصال می‌کند. پره‌‌های بزرگ (معمولاً قطر روتور در حدود 70 متر یا 230 فوت است که 30 برابر بزرگتر از دو بال یک شاهین است) نیروی باد را مانند عملکرد یک چرخ و محور «اکسل» (Axle)، چند برابر می‌‌کند. بنابراین یک نسیم ملایم هم می‌‌تواند پره‌‌ها را به حرکت در آورد. با این حال، توربین‌‌های بادی معمول، 14 درصد زمان کار نکرده و بیشتر مواقع هم حداکثر توان موجود را تولید نمی‌‌کنند.

این مسئله یک ایراد نیست، بلکه یک ویژگی مطلوب در طراحی توربین به شمار می‌‌رود؛ زیرا اجازه می‌‌دهد در سرعت‌‌های متفاوت باد، توربین بادی همچنان به کار خود ادامه دهد. برای مثال، خودروها همیشه با بالاترین سرعت خود رانده نمی‌‌شوند؛ موتور و جعبه‌دنده‌‌ یک خودرو متناسب با سرعت موردنظر ما به چرخ‌‌ها نیرو منتقل می‌‌کنند. توربین‌‌های بادی را می‌‌توان مشابه خودروها در نظر گرفت؛ آن‌‌ها برای فعالیت بهینه در سرعت‌‌های مختلف طراحی شده‌‌اند.

ناسل یک توربین معمولی در حدود 85 متر (280 فوت) ارتفاع دارد؛ این یعنی 50 شخص بزرگسال که روی شانه‌‌های هم به صورت عمودی بایستند. این ارتفاع زیاد یک دلیل موجه دارد؛ اگر تاکنون روی تپه‌‌ای ایستاده باشید که بالاترین ارتفاع در آن محدوده بوده باشد، می‌‌دانید که در این شرایط باد سریع‌تر از زمانی می‌‌وزد که ساختمان‌‌ها‌‌، درخت‌‌ها و تپه‌‌ها از سطح زمین مانع وزش آن می‌‌شوند. بنابراین، اگر پره‌‌های روتور را در ارتفاع بالاتری از زمین قرار دهید، میزان انرژی بیشتری دریافت می‌‌کنند و می‌‌دانیم که دریافت انرژی جنبشی چیزی است که توربین‌‌های بادی برای آن طراحی می‌‌شوند.

از آنجا که پره‌‌های توربین بادی در حال چرخش هستند، دارای انرژی جنبشی هستند که از باد گرفته‌‌اند. این یک قانون فیزیکی است که شما نمی‌‌توانید از هیچ انرژی بسازید (قانون پایستگی انرژی). بنابراین بادی که از توربین رد شده است، مقداری از انرژی خود را از دست داده و سرعت آن کم شده است. این مسئله مشکلی به وجود نمی‌‌آورد، زیرا میزان زیادی انرژی باد همچنان موجود است. اما زمانی که بخواهید مزرعه بادی احداث کنید، این موضوع به معضل تبدیل می‌‌شود، مگر اینکه در منطقه‌‌ کاملاً بادخیزی باشید. در غیر این صورت، باید اطمینان حاصل کنید که هر توربین به اندازه‌‌ کافی از بقیه فاصله دارد تا تحت تأثیر آن‌‌ها نباشد.

تصویر زیر «توربین بادی داریوس» (Darrieus Wind Turbine) غیرمعمول (همزن) را نشان می‌دهد که برخلاف توربین‌‌های عادی افقی حول یک محور عمودی می‌‌چرخد. مزیت اصلی آن این است که نزدیک زمین نصب می‌‌شود و عدم نیاز به برج، هزینه‌‌ ساختش را به میزان قابل توجهی کاهش می‌‌دهد. همچنین، این توربین بادی می‌‌تواند انرژی باد را در هر جهتی بدون سیستم یاو و پیچ دریافت کند. با این حال، این توربین‌‌ها مشکلات دیگری دارند و در دریافت انرژی ناکارآمد هستند، بنابراین به ندرت استفاده می‌‌شوند.

توربین بادی

مزایا و معایب توربین‌‌های بادی

در این بخش به مزایا و معایب توربین‌های بادی اشاره می‌کنیم.

معایب توربین بادی

در نگاه اول، تصور ایراد وارد کردن به انرژی پاک بادی دشوار است، به ویژه وقتی که آن را با انرژی آلوده‌کننده زغال‌‌سنگ یا انرژی هسته‌‌ای مخاطره‌‌آمیز مقایسه کنیم. اما انرژی بادی معایبی نیز دارد. یکی از ویژگی‌‌های توربین بادی این است که بیشتر از زغال‌‌سنگ، گاز یا نیروگاه اتمی انرژی تولید نمی‌‌کند. یک توربین معمولی جدید تقریباً 2 مگاوات خروجی دارد. این میزان انرژی برای کار کردن با 1000 توستر 2 کیلوواتی به طور همزمان و یا برای تأمین انرژی 1000 خانه در صورتی که 30 درصد از مواقع کار کند، کافی است.

در حال حاضر، بزرگترین توربین ساحلی می‌‌تواند در حدود 6 تا 8 مگاوات انرژی تولید کند، زیرا توربین‌ها در دریا قوی‌‌تر و مداوم‌تر هستند. در تئوری به 1000 عدد توربین 2 مگاوات نیاز داریم تا نیرویی معادل از یک نیروگاه هسته‌‌ای یا فسیلی 2000 مگاواتی بسازیم، اما در عمل چون نیروگاه‌های هسته‌‌ای یا فسیلی به صورت مداوم انرژی تولید می‌‌کنند و نیروی باد متغیر است، تعداد بیشتری توربین بادی نیاز است تا به این ظرفیت برسیم.

در نهایت، نیروی باد متغیر است و یک شبکه برق کارآمد به منابع قابل پیش‌‌بینی انرژی نیاز دارد. در عمل، این به آن معناست که شبکه به تلفیقی از منابع مختلف نیاز دارد تا تقاضای متغیر را پاسخگو باشد. برخی از این منابع عملکرد مداوم دارند (مانند نیروگاه هسته‌‌ای)، برخی کمبود در زمان اوج تقاضا تأمین می‌‌کنند (مانند نیروگاه برق‌‌آبی) و گروهی هم تنها وقتی ممکن است انرژی تولید می‌‌کنند (مانند توربین بادی). بنابراین، انرژی بادی نمی‌‌تواند به عنوان تنها منبع تأمین انرژی به کار برود.

همان‌‌طور که گفتیم، نمی‌‌توان هزاران توربین را فشرده در کنار یکدیگر نصب کرد و انتظار داشت کارآمد باشند. توربین‌ها باید فاصله مناسبی از یکدیگر داشته باشند؛ معمولاً 3 تا 5 برابر قطر روتور در جهت مخالف وزش باد بین هر دو توربین و حدود 8 تا 10 برابر قطر روتور در مسیر باد بین هر دو توربین در عقب و جلو. این دو مورد را کنار هم قرار دهید تا به بزرگ‌ترین و واضح‌ترین ایراد نیروگاه بادی برسید: اشغال فضای خیلی زیاد. اگر بخواهید یک کشور را به طور کامل از انرژی بادی بهره‌‌مند کنید تا منبع انرژی دیگری نیاز نداشته باشد، منطقه‌‌ بسیار وسیعی را باید با توربین پوشش دهید.

البته شما هنوز می‌‌توانید فضای بین توربین‌‌ها را به کشاورزی اختصاص دهید، اما هر توربین بادی حدوداً 5 درصد فضای مزرعه را به خود اختصاص می‌‌دهد (برای پایه‌‌ توربین، دسترسی جاده و اتصال شبکه). بسیاری از کشاورزان و زمین‌‌داران به خطوط برق جدید اعتراض دارند، در حالی که برخی دیگر با اجاره‌‌ زمینشان درآمد خوبی کسب می‌‌کنند. علاوه ‌‌بر این، می‌‌توان توربین‌‌ها را در سطح دریا نصب کرد، اما این خود مشکلات و هزینه‌‌های زیادی به همراه دارد. حتی در توربین‌‌های روی خشکی هم هزینه‌‌ اتصال ردیف‌‌های توربین از هزینه‌‌ سیم‌کشی یک توربین به تنهایی با توان یکسان به وضوح بیشتر است.

به طور خلاصه، معایب توربین‌های بادی به شرح زیر است:

  • قیمت بالا
  • نیاز به یارانه‌‌های اقتصادی برای دسترسی‌پذیر کردن انرژی بادی
  • هزینه اضافه پیچیدگی فرایند تنظیم نوسانات انرژی بادی با دیگر اشکال انرژی
  • هزینه اضافه برای ارتقای شبکه برق و خطوط انتقال، گرچه تمام سیستم سودده است.
  • خروجی متغیر، گرچه این مشکل با احداث مزارع بادی در مناطق مختلف کاهش می‌‌یابد.
  • اشغال گسترده زمین، گرچه 95 درصد زمین می‌‌تواند برای مصارف کشاورزی استفاده شود.
  • عدم توانایی در تأمین تمام تقاضای انرژی یک کشور در تمام سال برخلاف نیروگاه‌‌های فسیلی، برق‌‌آبی، هسته‌‌ای و زیست‌توده.
  • از بین رفتن مشاغل معدن‌‌کاری و حفاری

مزایای توربین بادی

در وجه مثبت، باید بگوییم که توربین‌‌های بادی، برخلاف زغال‌‌سنگ، منابع تولید انرژی پاک و سبز هستند. پس از ساخت و احداث توربین‌‌های بادی، آلودگی ناشی از گاز کربن دی‌‌اکسید که باعث گرمایش جهانی است یا دی اکسید سولفور که باران اسیدی تولید می‌‌کند، وجود ندارند. شما برای یک بار هزینه صرف می‌‌کنید و بعد از آن انرژی تولیدی آن‌ها بی‌‌پایان و برای یک طول ‌‌عمر 25 ساله رایگان است (غیر از قطعات یدکی و هزینه تعمیر و نگهداری). این مسئله بیشتر از چیزی که به نظر می‌‌رسد یک امتیاز بزرگ محسوب می‌‌شود، زیرا هزینه‌‌ اداره‌‌ یک نیروگاه متداول به شدت به عوامل پرمخاطره مانند قیمت عمده‌‌ نفت و گاز و نوسان بازار انرژی بستگی دارد.

در ساخت برج و ناسل توربین بادی مقداری فلز و سیمان استفاده می‌‌شود تا از سقوط آن جلوگیری کند (یک توربین بادی به طور متوسط حدود 8000 قطعه دارد)، بنابراین ساخت توربین اثرات زیست‌‌محیطی دارد. با این حال با نگاه به طول‌‌عمر کاری آن‌‌ها می‌‌بینیم که توربین‌های بادی یکی از کمترین تولیدات کربن دی‌‌کسید را در میان دیگر منابع تولید انرژی دارند؛ به طور قابل ملاحظه‌‌ای بسیار کمتر از نیروگاه‌‌های فسیلی، کمتر از اکثر نیروگاه‌‌های خورشیدی یا زیست‌‌توده.

در این میان، نیروگاه‌‌های هسته‌‌ای کربن‌‌دی‌‌اکسید کمتری از نیروگاه بادی تولید می‌‌کنند، اما نیروگاه بادی مشکلات مربوط به امنیت، آلودگی و امحای پسماند را که به نیروگاه‌‌های هسته‌‌ای نسبت داده می‌‌شود، نداشته و با سرعت و سهولت بیشتری ساخته می‌‌شود. همچنین به استناد گزارش میلیگان در سال 2009، برق تولیدی بادی به ازای هر کیلووات ساعت ارزان‌تر است؛ تقریباً نصف قیمت برق اتمی و دو سوم برق نیروگاه زغال‌‌سنگ. با توجه به گزارش شورای جهانی انرژی بادی، یک توربین در 3 تا 6 ماه انرژی صرف شده در کل طول عمرش (ساخت، بهره‌‌برداری و بازیابی) را تولید و جایگزین می‌‌کند.

مزایای توربین بادی به شرح زیر است:

  • انتشار بسیار کم آلاینده کربن دی اکسید (تنها برای ساخت)
  • عدم آلایندگی برای هوا و آب
  • عدم وجود اثرات زیست محیطی مانند معدن‌‌کاری و حفاری
  • عدم هرگونه پرداخت بابت سوخت
  • کاملا پایدار؛ برخلاف سوخت‌‌های فسیلی، باد هرگز تمام نمی‌‌شود.
  • توربین‌‌ها در هر جایی که به اندازه لازم بادخیز باشد، کار می‌‌کنند؛ برخلاف منابع فسیلی که فقط در مناطق خاصی یافت می‌‌شوند.
  • برخلاف انرژی منابع فسیلی، هرینه‌‌های بهره‌‌برداری انرژی بادی برای سال‌ها قابل پیش‌‌بینی است.
  • عدم وابستگی به نوسانات سیاسی مربوط به قیمت نفت و گاز
  • با افزایش قیمت نفت و گاز، قیمت برق بادی به صورت افزایشی رقابت‌‌پذیر خواهد بود.
  • مشاغل جدید در زمینه ساخت، بهره‌‌برداری و تولید توربین بادی.

عدم وجود باد

برخی به دلیل متغیر بودن توان باد نگران این هستند که روزی هیچ انرژی بادی موجود نبوده و در صورتی که ما بیش از حد روی آن حساب کرده باشیم، با خاموشی مواجه شویم.

در حقیقت، متغیر بودن توان بادی معنای دیگری دارد. «متغیر» به معنای غیرقابل اطمینان یا غیرقابل پیش‌‌بینی نیست. شما در هر جایی که زندگی می‌‌کنید از شبکه برقی استفاده می‌‌کنید که از منابع مختلفی تشکیل شده است (از نیروگاه‌های عظیم تا یک توربین بادی کوچک). شرکت‌‌های تأمین برق در تنظیم و پاسخگویی به تقاضای برق در ساعت‌‌های مختلف و روزهای مختلف تمرکز داشته و متخصص هستند.

توان خروجی یک توربین بادی با کاهش و افزایش باد نوسانات شدیدی دارد، اما توان تولیدی هزاران توربین در سطح یک کشور بسیار ساده‌‌تر پیش‌‌بینی و تخمین زده می‌‌شود. برای مثال در کشور بادخیزی مانند انگستان همان‌‌طور که تحقیقات مؤسسه‌‌ تغییرات زیست‌محیطی دانشگاه آکسفورد نشان می‌‌دهد، در 60 درصد زمان، تنها در 20 درصد از مناطق انگلستان سرعت باد کمتر از حد مطلوب است و فقط برای یک ساعت از سال 90 درصد مناطق انگلستان سرعت پایین باد را تجربه می‌‌کنند. به بیان دیگر، استقرار تعداد زیاد توربین بادی در تمام سطح یک کشور، منبع قابل قبولی از انرژی باد در کل سال را ضمانت می‌‌کند.

می‌توان تعداد زیادی توربین را کنار هم قرار داد و مزرعه بادی احداث کرد؛ اما برای اینکه به طور کارآمدی انرژی تولید شود، باید فاصله مناسب آن‌ها را در نظر گرفت. تجمیع توان از مزارع در نقاط مختلف منبع قابل پیش‌‌بینی‌‌تر و یکپارچه‌‌تری از انرژی به دست می‌‌دهد.

مزرعه بادی

با اینکه برای تولید توان مشابه یک نیروگاه بزرگ گازی یا اتمی به حدود 1000 توربین بادی احتیاج خواهیم داشت، اما در عین حال اگر یکی از این توربین‌‌ها از کار بیفتد، تنها یک هزارم (0٫1 درصد) از توان را از دست می‌‌دهیم، اما اگر نیروگاه اتمی یا گازی متوقف شود یا برای تعمیرات خاموش شود (و این بیشتر از آنچه فکر می‌‌کنید، اتفاق می‌‌افتد)، تمام توان از دست می‌‌رود.

مخالفان انرژی بادی معتقدند این حتی «ضدتولید» است، زیرا باید جایگزین یا پشتیبان فسیلی، هسته‌‌ای و زیست‌‌توده بیشتری برای مواقعی که انرژی بادی کافی در دسترس نیست ساخته شود. این در صورتی می‌‌تواند درست باشد که بخواهیم تمام توان مورد نیازمان را از یک توربین واحد تأمین کنیم، اما این‌طور نیست.

در حقیقت، حتی کشورهایی که از منابع گسترده انرژی باد استفاده می‌‌کنند، منابع دیگری نیز دارند؛ تا زمانی که انرژی بادی کمتر از نیمی از توان مورد تقاضای یک کشور را تأمین می‌‌کند، متغیر بودن باد مشکلی محسوب نمی‌‌شود. به طور مثال دانمارک 20 درصد از تقاضای انرژی خود و درصد از اوج تقاضای مصرف را با انرژی بادی تأمین می‌‌کند. مقاله اریک مارتینو تحت عنوان «چگونه دانمارک امروز منابع تجدیدپذیر خود را یکپارچه‌‌سازی و تنظیم می‌‌کند؟» یک بررسی اجمالی فوق‌‌العاده از چگونگی مدیریت منابع عظیم انرژی بادی و اتصال آن به شبکه در کشور دانمارک را به دست می‌‌دهد. در عمل، برق موردنیاز تمام کشورها از ترکیب منابع مختلفی تأمین می‌‌شود که بسته به دلایل جغرافیایی، سیاسی و عملیاتی، ترکیب ایده‌‌آل این منابع متفاوت است.

ذخیره انرژی بادی

اگر می‌‌توانستیم راهی کم‌‌هزینه برای ذخیره‌‌ی انرژی تولیدی از باد بیابیم، انرژی باد می‌‌توانست نقش بزرگ‌‌تری در آینده انرژی ایفا کند. یک راه، ذخیره پمپی است که در شکل توضیح داده شده است. در واقع، انرژی برق را به صورت انرژی پتانسیل ذخیره می‌‌کنیم.

ذخیره انرژی بادی

در زمان ارزان بودن انرژی یا زمانی که باد می‌‌وزد، آب به بالای کوه پمپ می‌‌شود و در زمان اوج مصرف و گران شدن قیمت برق، آب از دریاچه بالایی به پایین انتقال پیدا می‌‌کند که در این مسیر توربین‌‌های برق‌‌آبی برق تولید می‌‌کنند.

باتری‌‌ها می‌‌توانستند گزینه‌‌ متقاعدکننده‌‌ای برای ذخیر انرژی باشند، اگر به شرطی که به تعداد کافی به آن‌ها دسترسی می‌داشتیم. پیشنهادهایی برای استفاده از ناوگان خودروهای برقی به عنوان مجموعه‌‌ای از باتری‌‌ها وجود دارد، اما تجمع تعداد زیادی باتری‌‌های بزرگ مقیاس تنها برای یک مزرعه پاسخگوست. به طور مثال، شرکت نروژی استات اویل قصد دارد تعداد زیادی باتری‌‌ مربوط به توربین بادی موسوم به BatWind در اسکاتلند نصب کند. چرخ‌‌های پرنده نمونه دیگری از امکان ذخیره انرژی هستند.

آینده انرژی بادی

به طور قطع، انرژی بادی در آینده نقش مهمی ایفا خواهد کرد، اما میزان بزرگی تأثیر آن به این بستگی دارد که شما در کدام قسمت جهان هستید و چه جایگزین‌‌هایی برای آن یافت می‌‌شود. برای مثال، در استرالیای آفتابی، انرژی خورشیدی گزینه ارزان‌تری است. در کشورهایی که زمستان‌‌های بادخیزی دارند (فصلی که تقاضای انرژی برق در بالاترین حد است)، توربین‌‌های بادی یک انتخاب جدی هستند؛ برای مثال، در 11 آگوست 2016 توربین‌‌های بادی در اسکاتلند توان کافی برای تأمین انرژی کل کشور را تولید کردند.

در کشورهایی با منابع عظیم و نیروگاه‌‌های سوخت فسیلی که برنامه‌‌ای برای از رده خارج کردن آن‌ها در مدت کم ندارند، ممکن است سرمایه‌‌گذاری در استخراج کربن و ذخیره آن انتخاب عاقلانه‌‌ای باشد. درنهایت، این علاوه ‌‌بر یک تصمیم علمی، یک تصمیم سیاسی است. در آلمان، جایی که مردم به شدت مخالف انرژی اتمی هستند، سرمایه‌‌گذاری عظیمی روی انرژی بادی صورت گرفته است. دانمارک یک کشور اروپایی دیگر است برای حرکت به سمت 100 درصد استفاده از انرژی تجدیدپذیر برنامه‌‌ریزی می‌‌کند. چین نیز با اینکه هنوز دو سوم انرژی خود را از زغال‌سنگ تأمین می‌‌کند، به شدت در حال سرمایه‌‌گذاری در انرژی باد است. در نهایت، با اینکه انرژی بادی رشد چشمگیری دارد، اما هنوز بخش کوچکی از انرژی را تأمین می‌‌کند.

نمودار زیر نشان می‌دهد که کدام کشورها بیشترین سهم از انرژی بادی را دارند. تعجب ‌‌برانگیز نیست که بیشترین سهم مربوط به کشورهایی با بیشترین ظرفیت نصب شده به گیگاوات باشد (چین، آمریکا و هند در این میان هستند)، اما اگر سرانه تولید انرژی را حساب کنیم نمودار دیگری به دست می‌‌آید. کشورهای اروپایی نظیر دانمارک، سوئد و آلمان پیشرو هستند. همچنین، آمریکا دهم و چین بیستم و هند سی و دوم است. این نمودار توسط Explainthatstuff.com و با استفاده از اطلاعات سال 2015 ظرفیت نصب شده ترسیم شده است.

نمودار تولید توان بادی

میکروتوربین‌‌ها

اگر کوچکی توربین را یک مؤلفه از ظاهر خوب آن در نظر بگیریم، این توربین کوچک زیبا می‌‌تواند روی سقف ساختمان در حدود 50 تا 1550 وات توان تولید کند. این توربین‌‌ها به طور قطع در حجم گسترده‌‌ای می‌‌توانند به کار گرفته شوند؛ از تأمین انرژی قایق‌‌های کوچک تا چراغ‌‌های راهنمایی.

شکل زیر یک توربین کوچک مونتاژ شده بعد از نصب را نشان می‌دهد که برای شارژ باتری‌‌های 12 و 24 ولتی طراحی شده است. در سرعت باد 40 تا 55 کیلومتر بر ساعت این توربین توان 140 تا 240 وات تولید می‌‌کند.

میکروتوربین

برخی سازندگان با اشاره به اینکه مردم می‌‌توانند با نصب میکروتوربین در هزینه‌‌ها صرفه‌جویی و به حفظ محیط زیست کمک کنند، به شدت میکروتوربین‌‌ها را تبلیغ می‌‌کنند. اما واقعیت کمی متفاوت است؛ میکروتوربین‌‌ها اگر در جای مناسب نصب شده باشند، واقعاً منافع اقتصادی به همراه دارند، اما در شهرها که ساختمان‌‌های بلند آشفتگی بیشتری در جریان باد ایجاد می‌‌کنند، این توربین‌‌ها بازده کمتری دارند.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

دکمه بازگشت به بالا