توربین های بادی و انرژی باد

زندگی  انسان در تمام ادوار تاریخ به انرژی وابسته بوده است . زمانی که در غار زندگی می‌کرد فقط از نیروی بازوی خویش کمک می‌گرفت در آن دوران انرژی او محدود بود نیاز او را برطرف می‌کرد ولی امروزه در دورانی زندگی می‌کنیم که در آن به مقدار زیادی انرژی نیاز داریم. انسان برای حرکت ،ماشینها و دستگاهها و وسایل مختلف که در خدمت اوست به انرژی زیادی احتیاج دارد.

انرژی لازم وسایل و دستگاههای مورد نیاز زندگی انسان از مواد فسیلی نظیر زغال سنگ- نفت وگاز طبیعی تهیه می‎شود. از این رو مواد فسیلی را بایستی رکن اساسی گردش چرخ صنعت در این دوران دانست دنیای امروز با بحرانهای اقتصادی که ناشی از وابستگی به انرژی فسیلی و همچنین غیر اقتصادی بودن استفاده از این گونه انرژی‌هاست، روبروست. از همین رو ضروری به نظر می‌رسد که انسان به دنبال منابع جدید برای تامین انرژی ارزان می‌باشد که از آن قبیل می‎توان استفاده از انرژی خورشید باد زمین گرمایی و آبی را نام برد.

استفاده از انرژی باد و زمین گرمایی در عصر حاضر مورد توجه کشورهای مختلفی قرار گرفته زیرا تقریباً هم ارزان است و هم بدون آلودگی که در این جا به نحوه تولید برق از طریق این دو انرژی می‌پردازیم.

انرژی باد

از انرژی‌های بادی جهت تولید الکتریسیته و نیز پمپاژ آب از چاهها و رودخانه‌ها، آرد کردن غلات، کوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینها می‌توان استفاده نمود.لکن هزینه غیراقتصادی استفاده از این انرژی بخصوص در ماشینهای بادی بکارگیری از این انرژی را محدود ساخته است.

استفاده از انرژی بادی در توربین‌های بادی که به منظور تولید الکتریسیته بکار گرفته می‌شوند از نوع توربین‌های سریع محور افقی می‌باشند. هزینه ساخت یک توربین بادی با قطر مشخص، در صورت افزایش تعداد پره‌ها زیاد می‌شود. در مکانهائی که شبکه برق رسانی ضعیف و بارهای محلی در نزدیکی ژنراتورهای بادی موجود می‌باشد استفاده از این حامل انرژی کاربرد بیشتری خواهد داشت.

مناطق بادخیز

ایران کشوری با باد متوسط است ولی برخی از مناطق آن باد مناسب و مداومی برای تولید برق دارد. تاکنون در راستای اهداف استفاده از انرژی‌های نو، مجموعاً بیش از 4 مگاوات نیروگاههای بادی در منطقه منجیل و رودبار نصب شده است. 11 واحد در منطقه منجیل و رودبار نصب شده است که قدرت سه واحد آن هر کدام 550 کیلووات و مابقی هر کدام 300 کیلو وات قدرت دارد.

در جدول زیر توان قابل بهره برداری باد در چند منطقه بادخیز نشان داده شده است.

جدول : توان قابل بهره برداری باد در مناطق مختلف

طرحهای در دست اجراء جهت استفاده از انرژی‌های بادی به شرح زیر می‌باشند:

پروژه : 250 مگاواتی

پروژه : 60 مگاواتی ، انتقال تکنولوژی از ژاپن

انتخاب محل مناسب ساخت مزرعه توربین‌های بادی به ظرفیت 60 مگاوات ثبت آمار لحظه‌ای باد در منطقه رودبار و منجیل

امکانات موجود

انرژی باد از جمله انرژیهای تجدید نظر است که به علت گستردگی، قدرت بازدهی بالا، اقتصادی بودن و اینکه در مقایسه با دیگر انرژیهای تجدید پذیر در ابعاد وسیع‌تری مورد بهره‌برداری قرار گرفته عملا از جایگاهی ویژه برخوردار است.

در حال حاضر نیروگاه بادی  منجیل با تعداد 24 واحد جمعا به ظرفیت 9400 کیلووات و نیروگاه بادی رودبار با تعداد 4 واحد جمعا به ظرفیت 2150 کیلووات نصب و راه اندازی گردیده است. تولید انرژی این نیروگاه‌ها مجموعا حدود 36 میلیون کیلووات ساعت بود که در مقایسه با سال پیش 7/2 درصد کاهش را نشان می‌دهد. نیروگاه‌های فوق تحت نظارت سازمان انرژی اتمی قرار دارند.

در ضمن طرز کار توربین‌های بادی موتور استفاده به شرح زیر می‌باشد:

توربینهای بادی انرژی باد را توسط دو یا سه تیغه به شکل پروانه‌ای می‌گیرند این تیغه‌ها روی یک روتور نصب می‌شوند و تولید انرژی می‌کنند. این توربینها در بالای برج هایی در ارتفاع 100 فوت بالای سطح زمین قرار می‌گیرند و از بادهای نیرومند و دارای توربالانت پایین انرژی خویش را تامین می‌کنند.

رفتار یک تیغه بسیار شبیه بال هواپیما می‌باشد. هنگامی که باد می‌وزد، یک بسته هوای کم فشار، بر روی لبه پایینی تیغه تشکیل می‌شود. سپس بسته هوای کم فشار مذکور تیغه را بسوی آن می‌کشد، و باعث چرخیدن روتور می‌شود.

به عمل برا می‌گویند . در حقیقت نیروی برا بسیار نیرومندتر از نیروی بار مقابل لبه جلویی تیغه می‌باشد، که بدان پسا می‌گویند. برآیند دو نیروی برا و پسا باعی می‌شود که روتور مانند یک پروانه بگردد و چرخش شفت سبب تولید الکتریسیته توسط ژنراتور می‌شود.

می‌توان از توربینهای بادی با کارکردهای مستقل استفاده نمود؛ و یا می‌توان آنها را به یک شبکه قدرت تسهیلاتی وصل کرد یا حتی می‌توان با یک سیستم سلول خورشیدی یا فتوولتائیک ترکیب کرد.

عموماً از توربینهای مستقل برای پمپاژ آب یا ارتباطات استفاده می‌کنند، هر چند که در مناطق بادخیز مالکین خانه‌ها و کشاورزان نیز می‌توانند از توربینها برای تولید برق استفاده نمایند.

برای منابع مقیاس کاربردی انرژی باد، معمولاً تعداد زیادی توربین را نزدیک به یکدیگر می‌سازند که بدین ترتیب یک مزرعه بادگیر را تشکیل می‌دهند. که امروزه دارای پتانسیل بسیار بالایی می‌باشد و تا سال 1998، 25 واحد تولید را مطابق ذیل راه‌اندازی کرده است.

هشت توربین با تولید کل 4/2 مگاوات

دو توربین با تولید کل یک مگاوات

پانزده توربین با تولید کل 5/4 مگاوات

کاربرد انرژی باد

بخش عمده بادها از ارتفاع 12 کیلومتری از سطح زمین می‌وزد که موجب جریانهای فوق العاده سریع می‌شود محاسبات آماری نشان می‌دهد که بیش از 1% انرژی جنبشی فوق الذکر در لایه‌های پایین جو وجود دارد که میزان توان آنها تقریبا ‏T.W می‌باشد در سال 1981 میلادی انستیتو بین المللی سیستم ‌های کاربردی (IIASA) میزان پتانسیل انرژی باد که از نظر تکنیکی در دسترس و قابل استمهال می‌باشد در معادل STW برآورد نمود که در این برآورد بخش عمده مناطق قابل استحصال انرژی باد در سطح قاره‌ها می‌باشد.

برای به دست آوردن نیروی الکتریکی از انرژی باد بهترین راه ساخت نیروگاه‌ها با توربین بادی است در بررسی ساده اولیه هزینه انرژی باد را می‌توان با سرمایه‌گذاری اولیه و هزینه تولید برق محاسبه کرد. اما در دیدگاهی وسیع‌تر استفاده از نیروگاه بادی امتیازات زیر را نیز در پی خواهد داشت عدم استفاده دائم از منابع سوختی پایان پذیر مانند نفت، زغال سنگ و .. و ذخیره این منابع برای آیندگان بطور مثال اگر یک توربین بادی یک مقاومی که 4000 ساعت در طول سال کارکرد داشت باشد می‌تواند باعث ذخیره 1000 تن نفت بشود.

عدم وجود زباله و پسماند در نیروگاه بادی کمک شایانی به حفظ محیط زیست خواهد کرد.

ساخت نیروگاه بادی در قدرتهای مختلف این کلان را فراهم می‎کند که برای مصرف کننده های دور افتاده از شبکه توزیع ها مانند وسعتهای کم جمعیت منابع تامین انرژی مطلوب فراهم شود.

استفاده از توربین‌های بادی به جای نیروگاه‌های سوخت باعث می‌شود که از تولید گازهای گلخانه‌ای جلوگیری شده و از تخریب لایه ازن جلوگیری به عمل آید.

در حال حاضر توسعه نیروگاه‌های برق بادی با موانعی نیز مواجه‌اند که مهمترین آنها عوامل اقتصادی می‎باشد این موانع در کشورها با تلاش مسئولین در دست پیگیری می‎باشد که از موفقیت های بزرگ می‌توان به جلب نظر سرمایه‌گذاران خارجی و کارشناسان برای ساخت و توسعه مزارع برق بادی اشاره نمود.

مولدهای بادی

نخستین مواد بادی بزرگ به منظور تولید الکتریسیته سال 1888 در اوهایو توسط چالز براش ساخته شد ابداع مولد بادی در مقیاس وسیع درسال 1930 در روسیه با ساخت ژنراتور بادی 100 کیلوواتی آغاز شد طراحی روتورهای پیشرفته با محور عمودی در فرانسه توسط داریوس، مهمترین طرح، روری است با پرهای ایروفیل و انحنادار که از بالا و پایین به یک محور توربین داریوس مورد توجه قرار گرفته توسعه صنعت توربین بسیار سریع بوده و در حال پیشرفت است از ابتدای دهه 1980 تاکنون ظرفیت متوسط تولید توربین بادی از 15 کیلووات به 600 کیلووات ارتقا یافته امروزه مولدهای بادی با ظرفیت یک مگاوات نیز تجاری شده و مجموع ظرفیت نصب شده توربین‌های بادی در

جهان به بیش از 25000 مگاوات بالغ می‌گردد.

بررسی روشهای انتخاب جایگاه برای نصب مولدهای بادی

به منظور انتخاب جایگاه مناسب جهت نصب مولدهای بادی مراحل ذیل اجرا می‌گردد:

• الف ) بررسی اطلاعات هواشناسی
• ب) تعیین جایگاه نامزد
• ج ) جمع آوری اطلاعات در رابطه با شرایط زمین( همچون زبری وارتفاع و وسعت)
• د ) استفاده از روشهای مدلسازی زمین (برای مولدهای بادی بزرگ)
• هـ ) انجام مطالعات تکمیلی برای ارزیابی موقعیت جایگاه
• و ) استفاده از نرم افزارها برای برآورد انرژی باد
• ز ) انتخاب نهایی جایگاه

بررسی چگونگی انتخاب جایگاه با توجه به مطالعات هواشناسی

برگزینی منطقه‌ای با تداوم باد زیاد، انتخاب جایگاهی مناسب را در آن منطقه تسهیل می‌نماید. اگر منطقه محل نصب مولد بادی انتخاب نشده باشد هر گونه نقش و اطلاعات در ارتباط با پتانسیل بادبا ارزش خواهد بود.

• مقدمه
• انرژی باد
• مناطق بادخیز
• امکانات موجود
• کاربرد انرژی باد
• مولدهای بادی
• بررسی چگونگی انتخاب جایگاه با توجه به مطالعات هواشناسی
• مدلسازی زمین
• مطالعه تونل باد
• مطالعه اندازه گیری باد
  • مطالعه کوتاه مدت
  • مطالعه بلندمدت
• استفاده از نرم افزارهای مناسب
• آمار نیروگاههای بادی
• نتیجه گیری
• کاربردهای انرژی زمین گرمایی
• انواع سیکلهای تولید برق در نیروگاههای زمین گرمایی
• انواع سیکلهای نیروگاههای زمین گرمایی
• 1- سیکلهای تبخیر آنی
• الف – سیکل تبخیر آنی یک مرحله‌ای بدون کندانسور
• ب – سیکل تبخیر آنی یک مرحله‌ای یا کندانسور
• ج – سیکل تبخیر آنی دو مرحله‌ای
• 2- سیکل توربین جدا کننده چرخشی
• 3- سیکل دو مداره
• 4- سیکل تمام جریان
• سیستم هیبرید فسیلی سوپرهیتر
• سیستم هیبرید پیش گرمکن زمین گرمائی
• سیستمهای جانبی نیروگاههای زمین گرمایی
• تجهیزات جانبی نیروگاههای زمین گرمایی
  • شیرآلات سرچاهی
  • جدا کننده
  • صدا خفه کن
  • تجهیزات ایمنی
  • سیستم انتقال سیال زمین گرمایی
• عایق بندی لوله‌های انتقال بخار و آب داغ
• تاسیسات تزریق آب به مخزن

منابع

1- مجید جمیل، نیروگاه‌های بادی در جهان در سال 96، مجلس و پژوهش ، شماره 26، سال ششم ، بهمن و اسفند 1377،ص 109-102

2- مجید جمیل (مترجم) ، استفاده از باد برای تولید برق در بریتانیا، اطلاعات علمی،سال دهم ،شماره 12،مهر 1375، ص 35

• Heard C.L & et-al, “Thermodynamic Analysis of the Operation of Geothermal Electrical Power Generation Facility”, Geothermal Research in Mexico, 1986.
• Rummel , F., & Kappelmeyer, “Geothermal Energy, Future Energy Source”, GEC-MeB- System 1992
• “Guide to the Geothermal Power Plant”, Mitsubishi Heavy industries Ltd. (MHI), 1991.