معرفی توربین های بادی

معرفی توربین های بادی

 

“” انرژی باد “”

 

انرژی باد هزاران سال برای آسیب غلات، پمپاژ آب و سایر کاربردهای مکانیکی به کار می رفت. امروزه چند صد هزار آسیاب بادی در سرتاسر جهان وجود دارد که خیلی از آنها برای پمپاژ آب کاربرد دارند.این تولید الکتریسیته از انرژی باد آن هم بدون  آلودگی است که در زمان حاضر مورد توجه قرار گرفته است.

 

آسیاب بادی
آسیاب بادی ( صورت قدیمی استفاده از انرژی باد )

 

آسیاب های بادی مدرن  را ” توربین های بادی ” می نامند که به دو علت این تغییر نام صورت گرفته که یکی به خاطر عملکرد آن است که مشابه توربین های بخار و توربین های گازی برای تولید الکتریسیته است ودومین علت ، تمیز دادن این توربین های جدید از آسیاب های بادی قدیمی است. گاهی نیز نام هایی مانند: ژنراتئور باد، ژنراتور هوایی و سامانه مبدل انرژی باد به آنها داده شده است.

 

 

“” تاریخچه مختصر از انرژی باد “”

 

انرژی باد یکی از اولین منابع انرژی غیر از حیوانات است که توسط تمدن های باستان به کارگرفته شده است.به نظر می رسد براب نخستین بار باد برای کشتیرانی استفاده می شد، ولی برخی معتقدند که آسیاب های بادی حدود چهار هزار سال قبل استفاده شده اند.آسیاب های بادی به طور سنتی برای آسیاب غلات ، ساییدن ادویه جات، رنگ ها ، ساخت کاغذ و اره کردن چوب به کار می رفته است.پمپ های آب سنتی بادی برای پمپاز آب در هلند و در شرق انگلستان کاربرد داشته و چون شکل ظاهری این پمپ های آب، شبیه آسیاب های بادی است، به همین نام لقب گرفته اند.

 

انرژی باد در کشتی ها
بادبان کشتی ها از نخستین محل های بهره مند شدن بشر از انرژی باد

به نظر اولین آسیاب بادی با محور افقی ومشابه آسیاب های بادی امروزی اولین بار در اروپاو به قرن 12 هجری باشد.اولین نوعی که در انگلستان به ثبت رسیده سال 1185 میلادی و در دهکده ” ویدلی ” در ” یورکشایر” است.این ماشین های سنتی شامل بازوهایی در امتداد شعاع دایره برای نگهداری بادبان ها (پره های) هستندکه حول محور افقی و در صفحه ای عمود بر جهت وزش باد می چرخند.

 

بادبان ها یا پره ها کمی نسبت به جهش باد مایل بوده و در صفحه ای که عمود بر وزش باد باشسد، می چرخند.ویژگی دیگر این آسیاب بادی این است که محور گردش خود را با جهت وزش باد تنظیم می کند.دز مناطق مدیترانه ای اروپا ، آسیاب های بادی دارای شکل سنتی بادبان های مثلثی شکل از جنس کرباس که به بازوهای شعاعی آسیاب وصل شده اند، خودنمایی می کنند.

 

در اروپای شمالی، آسیاب های بادی دارای بادبان های دراز مستطیل شکل (معمولا چهارعدد) هستند که از جنس پارچه های کرباسی  بر روی شبکه سیمی است و مانند پرده کرکره باز و بسته می شوند.هنگامی که آسیاب بادی می خواهد شروع به کار کند، بادبان ها باز می شوند و سپس بر حسب شدت باد باز و بسته شده و تنظیم می شوند و هنگام توقف کامل، بادبان ها به طور کامل بسته می شوند(جمع می شوند).

 

در اروپای شمالی دوشکل از آسیاب بادی وجود دارد، یکی بر روی تیر نصب می شود و هنگام تغییر جهت وزش باد، تیر حول محور خود می چرخد .نوع دیگر که بیشتر رواج دارد” آسیاب برجی ” است که آسیاب با قطعات آن بر روی برج به نسبت بلندی سوار استو از آجر ساخته می شود، اگرچه گاهی از جنس چوب و الوار نیز ساخته شده است.

 

در آسیاب برجی فقط چروانه همراه با روتور و محور آن می چرخدو دارای سرعت یکنواخت ملایمی استو نیروی مکانیکی تولید می کندکه جهت آسیاب غلات و تولید آرد برای نانوایی به کار می رود.قبل از انقلاب صنعتی چیزی حدود ده هزار (10000) آسیاب بادی ذز انگلستان مشغول به کار بوده اند.

 

“” انواع توربین های بادی “”

 

ماشین های گوناگونی برای برداشت انرژی باد طراحی و یا پیشنهاد شده اند که به بخش کوچکی از آن ها اشاره می شود.به طورتوربین های مدرن امروزی (به استثنای چند مورد خاص و ابتکاری) به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:

1.محور افقی  2- محور عمودی

توربین بادی محور افقی و محور عمودی
سمت راست توربین محور عمودی و سمت چپ توربین محور افقی

توربین های با محور افقی اغلب از نوع جریان محوری می باشند، در صورتی که توربین های محور عمودی اغلب از نوع جریان عبوری هستند. از نظر سایز (اندازه) شامل ماشین های کوچک دارای چند ده وات تا توربین های بسیار بزرگ پنج مگاواتی هستند.

 

“” توربین های بادی با محور افقی “”

توربین های بادی با محور افقی (HAWT) اکثرا دو یا سه پره ای و یا با تعداد پره های زیاد هستند که این آخری مانند یک دیسک توپر دیده می شود ، که از پره های فلزی کمی خمیده شده تشکیل شده است. از این توربین های چندین پره ای توپر برای پمپاژ آب در مزارع استفاده می شود.جاروب توربین های بادی با دو یا سه پره اغلب بدون استفاده و خالی است. فقط قسمت کمی از این سطح، ” توپر”  به حساب می آید، بنابر این به نام (LOW _ Solidity) نامیده می شوند.

 

آسیاب های بادی مدرن امروزی از نو, (Low _ Solidity HAWT) شکل تاکامل یافته سنتی آن هستند.روتورهای آن ها شبیه پروانه های هواپیما بوده و در زمان حاضر معمول ترین توربیتن باد ساخته شده است. دارای ظاهری آراسته و زیباستو از ایده های آئرودینامیکی پروانه و بال های هواپیما در آن استفاده شده است. روتور اغلب آن ها دارای دو یا سه پره شبیه به بال هواپیماست و به تقریب به طور جهانی برای تولید الکتریسیته به کار می رود.

 

“”  توربین های بادی با محور عمودی “”

توربین های بادی با محور عمودی (VAWT) بر خلاف توربین های با محور افقی به جهت باد بستگی نداشته و از هر سو که باد بوزد، استفاده شده و نیازی به تغییر جهت روتور با جهت باد نیست.

VAWT های مدرن شکل تکامل یافته مهندس فرانسوی به نام ” جورج داریوش ” است که در سال 1925 یک نوع توربین با محور عمودی اختراع کرد. این وسیله شبیه یک تخم مرغ همزن بزرگ است، دارای تیغه های منحنی شکل است که ابتدا و انتهای آنها به یک میله عمودی وصل است.

 

توربین بادی داریوش پیشرفته ترین vawt است. چند صد عدد از آن ها در آمریکا ساخته شده و در مزارع ” کالیفرنیا ” در سال های 1980 نصب شده و تعداد اندکی نیز در کشور کانادا تولید شده است.

 

تیغه های توربین های عمودی داریوش به شکل کمانی است که هنگام طناب بازی به وجود می آید، این شکل از نظر سازه ای تواناست و می تواند به راحتی خود را با نیروی گریز از مرکز نسبتا بالا که روی آن وارد می شود، سازگار کند.به هر حال شکل غیرمعمول آن برای ساخت، انتقال و نصب مشکل است. برای غلبه بر این مشکل، نوع vawtبا تیغه های مستقیم ساخته شده است که به شکل H (H _ VAWT) و V(VAWT) است.

 

نوع  H _ VAWT شامل یک پایه است که در راس آن توپی قرار گرفته که به دو بازوی افقی وصل استو در انتهای هر بازو تیغه عمودی باد قرار گرفته است.در انگلستان این نوع توربین توسط شرکت VAWT Ltd با توان های 125KW  و  500 KW در ” خلیج کارمارتن ” و یک توربین 100 KW در ایزلس افسلی به سال 1980 ساخته شده است. لط لسن نوع تعداد محدودی ساخته شده  و توسعه ناچیزی در آن رخ داده است.

 

نوع V _ VAWT شامل دو تیغه بادی است که از یک طرف به یک توپی متصل به پایه عمودی و از طرف دیگر به شکل حرف ” V ” در فضا خم شده اند. از ویژگی های آن کوتاه بودن پایه عمودی و دسترسی زمینی به ژنراتور و تیغه هاست. نوع آزمایشی آن در دانشگاه OPEN  تست شده است. نوع تک تیغه ای  V _ VAWT به نام ” روتور سیکامور ” توسط  ” دیوید شرپ ” اختراع و ثبت شده است و در حال پژوهش و توسعه در دانشگاه آزاد و “التکنیکا ” است.

 

VAWT ها دارای تو پری(تراکم) بیشتری نسبت به HAWT ها هستند. در حال حاضر از نظر اقتصادی (یه دلیل داشتن روتور گرانقیمت تر) نمی توانند با HAWT ها رقابت کنند، اما پژوهش های بیشتر برای رقابتی شدن آن ها در حال اجراست.

 

“” توربین های بادی چه مقدار انرژی تولید خواهند کرد؟ “”

 

انرژی که یک توربین بادی تولید خواهد کرد بستگی به هم منجنی سرعت باد _ توان آن و هم پخش فرکانس (تعداد تناوب) سرعت باد در سایت خواهد داشت که این فرکانس به صورت گراف یا هیستوگرام تعداد ساعات وزش باد با سرعت های مختلف در یک محدوده زمانی است.

برای هر سرعت باد نموی در فاصله فعال بودن توربین (یعنی بین سرعت آستانه شروع به حرکت و خاموشی) انرژی تولید شده از حاصل ضرب تعداد ساعات کار در توان توربین منطبق با آن، به دست می آید.

 

منحنی توربین بادی
منحنی سرعت توان توربین بادی

 

این داده سپس برای رسم پخش انرژی باد به کار می رود. انرژی کل تولید شده از مجموع انرژی های تولید شده در طول کارکرد توربین بدست می آید.بهترین راه برای تعیین پخش سرعت سرعت باد در یک سایت ، عبارتست از اجرای اندازه گیری سرعت باد با وسیله ای که بتواند تعداد ساعاتی را که در آن سرعت باددر پهنای باند 1 m/s قرار گیرد، رکورد گیری کند.

 

هر چه پریود اندازه گیری طولانی تر باشد، دفت برآورد پخش فرکانس سرعت باد بیشتر می شود.عوامل دیگری که در انرژی کل تولید شده ، دخیل هستند، عبارتند از اتفلاف انتقال و دسترس پذیری توربین.دسترس پذیری نشان دهنده پایایی توربین و مقدار درصد زمانی است که هنگام وزش باد توربین قادر به تولید باشد.توربین های تجارتی موجود اغلب دارای دسترس پذیری بیش از 90 درصد هستند، خیلی از آن ها بالاس 95 درصد عمل کرده اند و برخی تا 98 درصد نیز رسیده اند.

 

“” مدل های کامپیوتری شبیه سازی جریان باد “”

 

تعداد مدل های کامپیوتری برای پیش بینی اثرات توپوگرافی زمین روی سرعت باد، طراحی شده اند.برای این کار داده های نزدیکترین ایستگاه اندازه گیری سرعت باد، همراه با توضیحی در باره سایت لازم است، همچنین پدیده های محلی نیز در نظر گرفته شده و سپس داده باد برآورد شده برای سایت توربین بادی مورد نظر فرستاده می شود.

 

دو مدل معروف کامپیوتری عبارتند از NOABL   و WASP.

 

مدل NOABL برای استفاده در اطلس باد در انگلستان به کار می رود و مدل WASP برای استغاده در اطلس باد اروپا کاربرد دارد.

 

 

“” اثرات زیست محیطی “”

 

توسعه انرژی باد دارای هر دو اثرات زیست محیطی مثبت و منفی است. میزان به کار گیری موفقیت آمیز این انرژی در آینده بستگی به بیشینه کردن اثرات مثبت و کمینه کردن اثرات منفی آن خواهد داشت.

 

“” مزایای زیست محیطی تولید الکتریسیته توسط انرژی باد “”

 

تولید الکتریسیته توسط توربین های بادی موجب تولید دی اکسید کربن یا آلودگی هایی که تولید باران های اسیدی ، دود، رادیواکتیو و یا آلوده کردن خشکی، دریا و یا منابع آبی می کند، نمی شود.استفاده در ابعاد وسیع از انرژی بادی در انگلستان، ممکن است یکی از اقتصادی ترین و سریعترین راه های کاهش انتشارات دی اکسید کربن باشد.

 

کاهش آلودگی با انرژی باد

یک توربین بادی در طول عمر مفید خود قادر است80 برابر انرژی تولید شده برای ساخت خود را تامین کند.علاوه بر این توربین های بادی برخلاف خیلی از منابع انرژی سنتی  و (برخی منابع انرژی های نو) نیازی به مصرف منابع آبی ندارند. این مزیت باتوجه به کمبود منابع آبی در آینده، مهم خواهد بود.

 

“” اثرات سوء زیست محیطی توربین های بادی “”

 

اثرات سوء توربین های بادی شامل سروصدا، تداخل الکترومغناطیسی و آلودگی دیداری از جمله انعکاس نور آفتاباز روی آن است. همچنین تعدادی از این اثرات نیز در باره توربین های بادی دریایی باید مطالعه شود که آیا مضراتی دارد یا خیر؟ مانند تاثیرات احتمالی روی ماهی ها، خرچنگ ها، پستانداران دریایی، پرندگان دریایی و مهاجر که تحت پژوهش است.

 

 

“” صدای توربین بادی “”

اگرچه توربین های بادی اغلب توسط مخالفان آن، پرسروصدا نامیده می شوند، اما به طورکلی با مقایسه با ماشین های تولید توان مشابه خود، زیاد پرصدان.به هر حال به طور ضمنی گفته شده که توربین بادی دارای صدای آزار دهنده است. توربین های بادی مدرن خیلی بی صداتر از قبلی ها هستند و با سطح مجاز صدا مطابقت دارند.

 

برخورد پرندگان با توربین بادی
معایب توربین بادی ( برخورد پرندگان با پره های توربین )

 

دو منبع صدا در توربین های بادی وجود دارند، یکی توسط وسایل الکتریکی و مکانیکی مانند جعبه دنده و ژنراتور که به نام صدای مکانیکی است و دیگری به واسطه  اندر کنش جریان هوا با تیغه ها که به نام صدای آئرودینامیکی شناخته می شوند.

 

اغلب صدای اصلی ، صدای مکانیکی است که می تواند توسط جعبه دنده های بی صداتر ، نصب وسایل (موتور و گیربکس) روی پایه های فلزی و لاستیکی و به کار بردن محفظه های آکوستیک و یا حذف جعبه دنده وجایگزین کردن ژنراتورهای سرعت پایی و کوپلاژ مستقیم، آن را کاهش داد.

 

صدای آئرودینامیکی شبیه صدای سوئیش است که بر اثر شکل تیغه ها ، برخورد جریان هوا با تیغه ها و برج آن، شکل پشن تیغه ها، شکل لبه ونئوک تیغه ها، این که تیغه ها در شرایط ایستاندن قرار گرفته باشند و شرایط باد آشفته و گردابی که ایجاد نیروهای ناپایدارتر بر روی تیغه می کند، موجب ایجاد این سروصدا می شود.

 

صدای آئرودینامیکی با افزایش سرعت چرخش ،زیاد می شود، بنابر این برخی توربین ها در باد کم  با دور آرام کار می کنند.آزار صدای توربین بیشتر در هنگام وزش باد کم است ، زیرا در باد شدید صدایمحیط ، صدای توربین را می پوشاند.چرخش با سرعت پایین تر موجب کاهش انتشارات صدای آئرودینامیکی در شرایط باد کم می شود، همچنین افزایش تعداد تیغه ها تا حدودی صدای آئرودینامیکی را کاهش می دهد.

 

 

“” تداخل الکترومغناطیسی “”

 

وقتی یک توربین بادی بین یکرادیو، تلویزیون یا فرستنده وگیرنده مایکروویو قرار بگیرد، برخی مواقع ممکن است پرتو الکترومغناطیسیرا طوری بازتاب دهد که با موج اصلی در گیرنده ، تداخل کند. این کار موجب اعوجاج درگیرنده خواهد شد.

 

میزان تداخل الکترومغناطیسی که توسط توربین بادی ایجاد می شود، بستگی به جنس تیغه ها و شکل برج آن دارد.اگر تیغه های توربین از جنس فلز (یا تیغه هایی از جنس شیشه و پلاستیک فشرده GRPکه حاوی پودر فلز است) و نزدیک ایستگاه رادیویی باشد، موجب تداخل الکترومغناطیسی خواهد شد.

 

 

تیغه های چوبی که در بعضی توربین ها استفاده میشوند، امواج رادیویی بجای بازتاب، جذب می کنند ودر نتیجه مشکلی از این نظر ایجاد نمی کنند. برج های لبه دار(چهارگوش ) به خاطر سطح تختی که دارند بیش از برج های گرد (ستونی) ، امواج را بازتاب می دهند.

 

 

وسیله ای که بیش از همه نشان دهنده تداخل الکترومغناطیسی است، تلویزیون است. اتصالات مایکروویو، فاصله یاب هم جهت VHF و سیستم های فرودILS نیز ممکن است توسط توربین بادی متاثر شوند.

 

 

“” توربین های بادی و هوانوردی نظامی “”

 

وزارت دفاع انگلستان به تازگی تداخل در رادار نظامی توسط توربین عای بادی را اعلام کرده است و همچنین توربین های بادی بلند در برخی نواحی که برای آموزش های تاکتیکی استو در مناطق پروازی پایین ممکن است ایجاد مشکل کند( که یک گروه کاری برای به حداقل رساندن این مشکلات، دستورالعمل های راهنما را تهیه کرده اند.

 

“” توربین های بادی کوچک “”

 

از روزهای نخست تولید الکتریسیته بادی، توربین های بادی کوچک برای تولید الکتریسیته در خانه های دور از دسترس، مزارعو مجتمع های دور و همچنین شارژ باتری در قایق ها و کاروان ها ساخته شده اند. به تازگی از آنها برای استفاده در تیرهای تلفن کابینی و جعبه تلفن های دورذست استفاده می شود.

 

تولید برقی بر هر کیلووات توربین های بادی کوچک ، گرانتر از توربین های متوسط است. در بیشتر مواقع قیمت برق تولیدی آنها قابل رقابت نیست.(مگر در نواحی دور  از دسترس) و چون بیشتر نواحی انگلستان به شبکه برق سراسری وصل است، بنابر این پتانسیل استفاده از آنها محدود است.

 

به هر حال تقاضای ثابت مردمی که به استفاده از انرژی بدون آلودگی محیط زیست علاقه مند هستند و یا کسانی که در مناطق دور از ذدسترسی به انرژی برق قرار دارند، موجب شده تعداد زیادی تولید کننده توربین های بادی کوچک در سراسر جهان به این کار مشغول شوند.

 

“” انرژی باد و ساختمان ها “”

گاهی می توان از ساختمان ها به عنوان وسیله ای برای شتاب دادن سرعت باد و استفادعه در توربین های بادی استفاده کرد. این کار موجب کوچک تر شدن سایز توربین بادی با همان توان قبلی خواهد شد و همچنین از نظر دید و چشم انداز در مناطق شهری مناسب تر می شوند.

 

مولف ایده استفاده از سقف های شبیه بال برای متمرکز کردن باد استفاده کرده است. توربین های بادی در بین سطوح سقف و  یا بین سقف و ساختمان و یا در گوشه های ساختمان قرار گرفته اند. اگر این طرح با موفقیت به اتمام برسد، این توربین ها انرژی زیادی را برای ساختمان تولید خواهند کرد.

 

 

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *