KN6-10092
نیروی باد سریع ترین روش در حال رشد تولید برق در سال های اخیر است به نحوی که بین سال های 1995 تا 2005 ظرفیت تولید برق از طریق انرژی باد در جهان چهار برابر شده است. هم اکنون بیش از یک درصد مصرف برق جهان از طریق باد تولید می شود. در حال حاضر از نیروی باد در مزارع بادی بزرگ برای تامین برق شبکه سراسری همچنین برای ساکنین روستاها یا مکان های جدا از شبکه سراسری در مقیاس کوچکتر استفاده می شود. در این مقاله ملاحضات نصب توربین های بادی به همراه فواید موجود مورد بررسی قرار گرفته است.
مکان یابی توربین
معمولا محل اجرای نیروگاه بادی بر اساس اطلس باد تعیین می شود. واضح است هواشناسی در تعیین محل پارک های ( نیروگاه های ) بادی نقش مهمی ایفا می کند. البته اطلاعات هواشناسی باد به تنهایی برای تعیین محل دقیق یک طرح بزرگ نیروگاه بادی کافی نیست بلکه داده های مخصوص هواشناسی محلی برای تعیین پتانسیل محل اجرا بسیار لازم است. محل ایده آل برای یک نیروگاه بادی باید دارای جریان تقریبا ثابت و غیرمتلاطم باد در سراسر سال بوده و فاقد تلاطم های شدید و ناگهانی در طول سال باشد. بنابراین مهم ترین مرحله در توسعه نیروگاه بادی، جمع آوری اطلاعات سرعت و مسیر دقیق باد و سایر پارامترها است. از طرف دیگر به منظور جمع آوری اطلاعات مربوط به باد، یک برج هواشناسی در محل مورد نظر با تجهیزات اندازه گیری که در ارتفاعات مختلف بر روی آن نصب می شود.، لازم است ضمن اینکه برج های هواشناسی برای تعیین سرعت باد و جهت باد مجهز به بادسنج و بادنما هستند. به طور کلی ارتفاع برج های هواشناسی از 30 تا 60 متر است اگرچه بعضی از برج های هواشناسی بسیار بلندتر و دائمی هستند مانند برج هواشناسی ابنینسک ( Obninsk ) در روسیه که 315 متر ارتفاع دارد.
برج های هواشناسی که برای تعیین امکان پذیری محل مزرعه های بادی استفاده می شوند از سازه های فولادی لوله ای ساخته می شوند و به مدت یک تا دوسال آنها را به حال خود رها می کنند تا در این مدت اطلاعات لازم را جمع آوری کنند و سپس آنها را پیاده می کنند. اطلاعات جمع آوری شده به سرور ( Server) منتقل می شود. این اطلاعات در آنجا ذخیره و سپس تجزیه و تحلیل می شود.
نصب توربین
در مورد محل انتخاب توربین ها باید بسیار دقت کرد چون یک تفاوت کوچک ( مثلا 30 متر ) می تواند بر بازدهی توربین تاثیرگذار باشد. معمولا برای دریافت انرژی باد در مزارع یا پارک های بادی تعداد زیادی توربین نصب می شود ولی از آنجا که هر توربین ها برای جلوگیری از اتلاف انرژی حائز اهمیت است. از طرف دیگر، استفاده از ژنراتورهای توربین بادی در مناطق سردسیر با محدودیت مواجه است بنابراین باید از جمع شدن یخ در اطراف توربین های بادی جلوگیری شود، در غیر این صورت ممکن است به بادسنج آن آسیب وارد شود. در همین خصوص توربین هایی که در ارتفاعات و مناطق کوهستانی نصب می شوند، عموما سه کیلومتر یا بیشتر از نزدیک ترین منطقه ساحلی فاصله دارند. در این صورت سرعت باد بیشتر بوده و انرژی الکتریکی بیشتری تولید می شود. از طرف دیگر، نصب و تعیین محل توربین های بادی در نیروگاه های بادی با مقیاس کوچک تر در مکان هایی که تهیه و جمع آوری اطلاعات بسیار گران تمام می شود، بسیار وقت گیر است، روش عادی برای پیدا کردن جای دقیق توربین، شناسایی درختان است که در اثر وزش دائم باد کج شده اند. روش دیگر استفاده از نقشه سرعت باد یا دریافت اطلاعات از ایستگاه هواشناسی محل است، اگر چه این روش ها از قابلیت اطمینان کمتری برخوردار هستند. در ادامه مکان های مناسب برای نصب توربین ها تشریح می شود :
الف : توربین های نزدیک ساحل
برخی توربین ها در آب و نزدیک ساحل در منطقه قرار می گیرند و بدین ترتیب در روی زمین در فاصله 3 کیلومتری خط ساحلی و در آّب در فاصله 10 کیلومتری زمین نصب می شوند. سرعت باد در دو ناحیه دریا و ساحل برخوردار می شود.
ب : توربین های دور از ساحل
محل نصب توربین ها در این شرایط عموما حدود 10 کیلومتر یا بیشتر از خشکی فاصله دارد. توربین های بادی نصب شده در این مکان کمتر از توربین های نصب شده در روی خشکی مزاحم هستند چون از فاصله دور صدای آنها کمتر به گوش می رسد. از آنجایی که ناهمواری های سطح آب مخصوصا در ناحیه عمیق تر بسیار کمتر از پستی و بلندی های روی زمین است، میانگین سرعت باد در منطقه باز آب به مراتب بیشتر از میانگین سرعت آن در خشکی است. عوامل ظرفیت در این نقطه از دریا بسیار بیشتر از محل نصب توربین های بادی در ساحل و نزدیک ساحل است بنابراین می توان برای توربین های بادی در این منطقه از برج های کوتاه تری استفاده کرد.
پ : توربین های معلق
توربین های بادی ممکن است در ارتفاع زیاد و جایی که سرعت باد بسیار زیاد است، قرار گیرند. یک شرکت در انتاریو کانادا به نام (( مگن پاور )) ( Magenn Power ) سعی می کند توربین های هوایی را که با گاز هلیوم در هوا معلق هستند به صورت تجاری تولید کند. یک پروژه ایتالیایی به نام (( کایت گن )) ( Kitegen) از یک نمونه توربین بادی با محور عمودی استفاده می کند. این پروژه یک برنامه ابتکاری است که شامل یک مزرعه بادی با یک محور عمودی است و برای بهره گیری از بادهای ارتفاعات زیاد از تعداد کایت ( بادبادک) به نام ژنراتورهای بادی کایت ( KWG) یا ( kitegen) استفاده می کند. مسئولین اجرای این پروژه ادعا می کنند؛ کلیه مسائل استاتیکی و دینامیکی که مانع افزایش نیروی قابل دریافت از طریق ژنراتورهای توربین بادی با محور افقی می شد، بدین وسیله از بین می رود.
توربین های کوچک
توربین های بادی کوچک که حدود 100 کیلو وات یا کمتر ظرفیت دارند، معمولا به منظور تامین برق مصرفی خانه، مزرعه و حرفه های کوچک مورد استفاده قرار می گیرند. مردم به منظور کاهش یا حذف صورت حساب های برق و اجتناب از پرداخت هزینه های غیرقابل پیش بینی گاز طبیعی، این سیستم ها را خریداری می کنند. توربین های بادی برای تولید برق خانگی به صورت ذخیره باتری در نقاط دوردست سال ها مورداستفاده قرار گرفته است ولی در آمریکا مصرف کنندگان ترجیح می دهند برای مصرف برق خانگی خود توربین های یک تا ده کیلو وات ظرفیت را که با بیش از یک کیلو وات ظرفیت اکنون در چندین کشور جهان و کلیه ایالت های آمریکا موجود است، مورد استفاده قرار دهند. در مناطق شهری یا جایی که دسترسی به مقدار زیاد و قابل پیش بینی انرژی بادی کار مشکلی است، برای بهره برداری از لوازم برقی کوچک و کم مصرف می توان از سیستم های کوچک تر استفاده کرد. برق تولیدی از توربین های بادی کوچک که بر روی پشت بام خانه ها نصب می شوند، می تواند مسائل توزیع برق را تا حدی حل کند. برق مصرفی تجهیزاتی نظیر پارک متر یا ورودی های شبکه اینترنت ممکن است توسط یک توربین بادی که باطری کوچکی را شارژ می کند، تامین شود. در حالی که توربین بادی کوچک را می توان روی بام خانه ها با موفقیت نصب کرد ولی چندین موضوع ذاتی در مورد نصب این توربین ها وجود دارد : آیا بام خانه یا ساختمان می تواند وزن توربین را تحمل کند، تا چه اندازه ساختمان می تواند ارتعاشات رتور توربین را تحمل کند؟ البته توربین های کوچک مخصوص مناطق مسکونی در بازار وجود دارند. این توربین ها هر کدام حدود 7 فوت ( 2 متر ) تا 25 فوت قطر دارند و حدود 900 تا 10 هزار وات برق تولید می کنند. بعضی از این توربین ها بسیار سبک وزن هستند یعنی حدود 16 کیلوگرم طراحی می شوند و در مقابل باد به سرعت عمل می کنند و نصب آنها به راحتی نصب آنتن تلویزیون است. گفته می شود صدای این نوع توربین ها حتی از فاصله چند فوت زیرا آنها به گوش نمی رسد.
سازمان انرژی بادی چندین مورد مطالعه در مورد بازار توربین های بادی کوچک را در آمریکا و سایر کشورها فاش کرده است که نشان دهنده این واقعیت است که آمریکا در حال پیشرفت در صنعت نیروگاه های بادی کوچک است. بر اساس اعلام سازمان جهانی انرژی بادی، تخمین تعداد کل توربین های بادی کوچک کار مشکلی است ولی در کشور چین به تنهایی 300 هزار توربین بادی کوچک در حال بهره برداری وجود دارد. مدل شایع در بازار نوع پروانه ای شکل با محور افقی است که مشابه توربین های بزرگ مزارع بادی می باشد. مدل دیگر محور عمودی دارد و در شکل های مختلف می توان آن را طراحی کرد.
ذخیره سازی انرژی
یک روش احتمالی افزایش مقدار انرژی بادی قابل استفاده در یک سیستم برق، استفاده از سیستم های ذخیره ای ذخیره کرد. تعداد زیادی از فناوری های بالاست هوا و باتری وجود دارد اگرچه برای شبکه های بزرگ انرژی روش تلمبه ذخیره ای هیدروالکتریک در مقیاس بزرگ اجرا شده است ولی اغلب فناوری های ذخیره برق از نظر تجاری در مقیاس زیاد هم اکنون به اثبات نرسیده است و به اعتبارات زیست محیطی دولت و یارانه انرژی تجدیدپذیر وابسته هستند. گفتنی است؛ روشی که هم اکنون در مزارع بادی آزمایش می شوند استفاده از باتری های قابل شارژ است.
دوهفته نامه پیام ساختمان –شماره 148