تولید برق از باد با کایت

به گزارش پایگاه خبری تاسیسات نیوز، هرچه به ارتفاع بالاتری برویم، باد با شدت بیشتری می‌‌وزد؛ به‌همین‌دلیل، می‌‌بینیم توربین‌های بادی روزبه‌‌روز مرتفع‌‌تر می‌‌شوند. در‌حال‌حاضر، نوک پره‌‌های بزرگ‌ترین توربین‌‌های بادی به ارتفاع سرگیجه‌‌آور ۲۶۰ متری نیز می‌‌رسد که معادل با ارتفاع ساختمان ترنس‌‌امریکا در سان‌فرانسیسکو است. بسیاری نیز هستند که رؤیای مهار انرژی بادهایی بسیار قوی‌‌تر را در سر می‌‌پروانند؛ اما ساختن دکل‌‌هایی بلندتر و نیز پره‌‌هایی آن‌‌چنان مستحکم که بتوانند دربرابر تنش‌های وحشتناک ناشی از بادهای ارتفاعات بالاتر مقاومت کنند،  هزینه‌‌ای بسیار هنگفت به این صنعت تحمیل خواهد کرد. بنابراین، تعدادی از شرکت‌ها مشغول توسعه‌‌ی راهکاری متفاوت‌‌تر و البته ارزان‌تر برای تولید برق در ارتفاعات زیاد هستند. ایده‌‌ی آن‌ها این است که به‌کلی دکل و پره و تمامی این تشکیلات سنگین را کنار بگذارند و درعوض، کایت‌‌های پرنده را به‌پرواز درآورند.

این ایده نیز چندان تازه نیست. شاید حدود ۱۰ سال است که برخی شرکت‌ها طرح‌‌هایی مشابه از انواع بالن‌‌های سبک‌‌تر از هوا گرفته تا انواع کایت‌‌های هدایت‌‌شونده را دنبال می‌‌کنند و برخی نیز توانسته‌‌اند نمونه‌‌هایی اولیه از محصولات خود را ارائه کنند.

این‌‌بار شرکتی آلمانی به‌نام اسکای‌‌سیلز (SkySails) ساختاری شبیه‌‌به چتری مستطیلی‌‌شکل طراحی کرده که به کابل مهار ۸۰۰ متری متصل می‌‌شود. این کابل مهار به‌‌دور قرقره‌‌ای افقی پیچیده می‌‌شود و قرقره روی محوری قرار می‌‌گیرد که خود به کانتینر حمل بار متصل است و درون آن ژنراتور سیستم جای خواهد گرفت.

کایت مانند بادبادک تفریحی از سطح زمین اوج می‌‌گیرد و سپس، همان‌‌طورکه باد کایت را بالا می‌کشد، به‌‌گونه‌‌ای تنظیم می‌‌شود که در مسیری مارپیچی (به‌‌شکل عدد هشت انگلیسی) در آسمان حرکت کند و بدین‌‌ترتیب، بتواند با سرعت ثابت و بهینه با باز‌‌شدن کابل از روی قرقره، موجب گردش قرقره شود. این چرخش نیروی محرکه‌‌ی لازم برای مولد را فراهم می‌‌کند. زمانی‌که کابل به‌‌طورکامل باز شد، کایت به‌‌گونه‌‌ای زاویه‌‌دهی می‌‌شود که مقاومت کمتری دربرابر باد به‌‌خود بگیرد و بدین‌‌ترتیب، به سیستم اجازه‌‌ی چرخش برخلاف جهت و جمع‌‌شدن مجدد قرقره را خواهد داد. باتوجه‌به اظهارات استفان ریج، رئیس شرکت اسکای‌‌سیلز، برای جمع‌‌شدن قرقره در حالت برگشت فقط به انرژی‌‌ای معادل با ۴ درصد انرژی تولیدشده در حین فرایند رفت نیاز است؛ ازاین‌‌رو، فرایند از بازدهی چشمگیری برخوردار است.

وقتی کایت‌‌ها به‌پرواز درمی‌‌آیند

فروش سیستم‌های مولد انرژی بادی اسکای‌‌سیلز قرار است تا سال آینده آغاز شود. هر سیستم می‌‌تواند ۲۰۰ کیلووات انرژی تولید کند که به‌‌تنهایی برای تأمین انرژی ۱۰۰ خانوار کافی است. ریج می‌‌گوید چنین سیستمی ۳۴۰ هزار دلار هزینه دربرخواهد داشت و این، یعنی هزینه‌‌‌‌ی ۱۷۰۰ دلاری در ازای هر کیلووات که نصف هزینه‌ی توربین معمولی با ظرفیت معادل خواهد بود و می‌‌توان گفت با هزینه‌‌ی تولید هر کیلووات‌‌ساعت انرژی در مقیاس صنعتی (توربین‌‌های مگاواتی) مقایسه‌شدنی است.

اسکای‌‌سیلز، تنها شرکتی نیست که درزمینه‌ طراحی سیستم‌های مبتنی‌بر کایت ساده کار می‌‌کند. کایت‌‌پاور (Kitepower) شرکتی رقیب در هلند است که توانسته سیستمی مشابه با نمونه‌‌ی آلمانی، اما در مقیاس کوچک‌تر تولید کند و قرار است محصولش در سال آینده به بازار معرفی شود. بااین‌حال، شرکت‌های دیگری نیز هستند که یک گام فراتر رفته‌اند و در حال کار روی کایت‌‌هایی هستند که بدون اتکا به بادهای سطحی زمین و به‌‌طورفعال می‌توانند نیروی لازم برای بلندشدن از زمین را فراهم کنند.

یکی از شرکت‌ها، شرکتی سوئیسی به‌‌نام تویینگ‌تِک (TwingTec)  است. نمونه‌‌ی اولیه‌ی ساخت این شرکت، شامل تجهیزات پهپادمانندی است که به‌‌کمک ملخ‌‌های نصب‌‌شده در انتهای بال‌‌های سه‌متری خود می‌‌تواند به ارتفاع موردنیاز دست یابد. این کایت تا زمانی‌ در هوا معلق خواهد ماند که حسگرهای آن نشان دهند باد فروکش کرده است. هنگام فرود، کایت مجددا به‌‌صورت خودکار روی محل فرود تعبیه‌‌شده در سقف کامیون فرود می‌‌آید. درحال‌حاضر، این مشغول ساخت نمونه‌‌ای بزرگ‌تر با طول بال ۵.۵ متر است که قرار است در اکتبر آینده، تولید و فروش برق را به یکی از شرکت‌‌های تأمین برق سوئیس آغاز کند.

نمونه‌‌ی دیگری از این سیستم‌‌های دارای قابلیت پرواز خودکار را شرکت هلندی به‌نام امپیکس‌پاور (Ampyx Power) معرفی کرده که طول بال‌‌های نمونه‌های اولیه‌‌ی آن به ۵.۵ متر می‌‌رسد. کایت‌ها به‌‌کمک ابزاری شبیه به منجنیق به آسمان پرتاب می‌‌شوند؛ بااین‌حال، این شرکت نیز مانند تویینگ‌تِک از تعدادی ملخ روی محصول خود استفاده کرده تا بتواند فرودی ایمن و دقیق را هنگام پایان مأموریت تضمین کند.

بااین‌حال، عرضه‌‌ی نمونه‌‌های فعلی فقط آغاز راه محسوب می‌‌شود. این شرکت امیدوار است تا اواخر سال جاری، بتواند نمونه‌‌ای با دو بدنه و طول بال‌‌های ۱۲ متری به‌پرواز درآورد. با اینکه محقق‌‌شدن چنین ابعادی خود یک رکورد مهم محسوب می‌‌شود؛ اما هدف نهایی شرکت، محصولی با طول بال‌‌های ۳۶ متر است. این کایت غول‌‌پیکر ۲.۴ میلیون یورویی قرار است تا سال ۲۰۲۴ تولید شود و خروجی توانش معادل ۲.۳۶ مگاوات خواهد بود. این میزان کاملا با نمونه‌‌های استاندارد توربین‌‌های بادی فعلی در مزارع رقابت می‌‌کند.

درمقابل، برخی از طرح‌‌هایی پیشنهادی می‌گویند که لازم نیست تولید برق حتما روی زمین انجام شود. ماکانی (Makani)، شرکتی که به‌تازگی به مالکیت آلفابت، شرکت مادر گوگل درآمده، رویکردی کاملا متفاوت در پیش گرفته است. این شرکت قصد دارد تمام ژنراتورها را روی هوانورد بدون خلبانی با طول بال‌‌های ۲۶ متر سوار کند و آن را به آسمان بفرستد. این محصول هشت روتور (پروانه) دارد که نقش ملخ‌‌های هواپیما را در فرایند بلندشدن و نشستن روی زمین ایفا می‌کنند. بااین‌حال، زمانی‌که هواپیما به سطح عملیاتی خود برسد، این ملخ‌‌ها در نقش توربین‌های مینیاتوری ظاهر خواهند شد. درون کابل مهار هواپیما، کابل برقی به‌‌طول ۵۰۰ متر جاسازی شده و برق تولیدی ژنراتورها را به زمین منتقل می‌کنند که در ظرفیت کامل خود به ۶۰۰ کیلووات می‌‌رسد. نمونه‌‌ی اولیه‌‌ ماکانی در هاوایی آزمایش شده و در اواخر سال جاری نیز، مجموعه‌ای دیگر از آزمایش‌ها از روی سکوی نفتی در سواحل نروژ انجام خواهد شد.

رسیدن به بالاترین ارتفاعات

باید منتظر ماند و دید فناوری تولید برق از بادهای پرقدرت ارتفاعات خواهد توانست با توربین‌های موجود رقابت کند یا خیر. چنین ظرفیتی قطعا وجود دارد. گروهی صنعتی مستقر در بروکسل به‌‌نام Airborne WindEurope برآورد می‌کند سرعت باد در ارتفاع ۵۰۰ متری از سطح زمین به‌‌قدری زیاد است که می‌‌توان تقریبا در همه‌‌جای اروپا از آن برای تولید انرژی استفاده کرد. بااین‌حال برای ارتفاعات پایین‌‌تر، تنها مناطق ساحلی قوی‌ترین بادها را دراختیار خواهند داشت. این‌‌ مناطق اکثرا مکان‌هایی هستند که تراکم جمعیت اغلب فراوانی دارند و قیمت زمین برای احداث مزارع بادی ساحلی به‌‌شدت گران است. درمقابل، ساخت توربین‌‌های فراساحلی در بستر دریا نیز نیازمند عملیات سنگین ساخت‌‌وساز و تعمیر و نگه‌داری دشوارتر خواهد بود.

بااین‌حال، مکانیسم پرواز این کایت‌‌ها با تنش بیشتری درمقایسه‌با چرخش آرام و یکنواخت توربین‌‌های بادی سنتی همراه است. حرکت‌دادن این کایت‌‌ها به‌‌کمک کابل مهار در بادهایی به‌‌شدت قدرتمند، قطعا به سازه‌‌ای مستحکم و دانش کنترلی دقیق نیاز دارد که قطعا فراتر از اطلاعات فعلی ما در حوزه‌‌ی علوم هوانوردی خواهد بود. چنانچه با وجود تمامی احتیاط‌ها، کابل مهاربندی از هم گسیخته شود، این کابل و کایت متصل به آن، باید به‌‌شیوه‌‌ای ایمن به زمین بازگردد. علاوه‌براین، اگر قرار باشد این فناوری به مرحله‌‌ی تجاری برسد، آن وقت مقام‌های کنترل ترافیک هوایی نیز قطعا حرف‌‌هایی برای گفتن خواهند داشت.

فارغ از این بایدونبایدها، باید اذعان کرد تولید انرژی از بادهای قدرتمند ارتفاعات بالایی زمین ایده‌‌ای واقعا جذاب است. در دنیایی که سخت به‌‌دنبال جایگزین‌هایی برای سوخت‌های فسیلی است، این فناوری می‌‌تواند گزینه‌‌ی نویدبخشی باشد و سالیان پیش‌ رو مشخص خواهند کرد این چشم‌‌انداز چقدر می‌تواند رنگ واقعیت به‌خود بگیرد.