نیروگاه بادی چیست ؟

در مطالب قبلی به بررسی نیروگاه هسته ای پرداختیم . حال به بررسی آنکه نیروگاه بادی چیست میپردازیم. نیروگاه بادی که یکی از مهم‌ترین مدل‌های نیروگاهی در زمرهٔ تولید انرژی پاک می‌باشد. ک نیروگاه بادی یا مزرعهٔ بادی، مجموعه‌ای از چندین توربین بادی است که در یک مکان قرار گرفته‌اند. یک نیروگاه بادی بزرگ می‌تواند شامل چندصد توربین بادی باشد. چنین مجموعه‌ای می‌تواند بر روی دریا قرار گرفته باشد. همان گونه که از نام این نیروگاه برمی‌آید بر اساس وزش باد کار می‌کند به‌گونه‌ای که انرژی جنبشی باد را گرفته و تبدیل به نیروی الکتریکی می‌کند.

نحوه کارکرد نیروگاه بادی چیست

از باد برای تولید برق یا به راه انداختن تجهیزات استفاده می شود. نیروگاه های برق بادی در واقع همین کار را انجام می دهند. نیروگاه بادی که به آن مزرعه بادی (wind farm) نیز می گویند، مکانی است شامل چندین توربین بادی. در این نیروگاه ها با برخورد باد به پره های توربین بادی و ایجاد اختلاف فشار بین دو طرف پره، توربین به حرکت در می آید.

توربین به یک ژنراتور متصل است که این حرکت مکانیکی به ژنراتور منتقل شده وسپس ژنراتور نیروی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می کند. الکتریسیته تولید شده یا جهت ذخیره سازی وارد باتری ها شده و یا برای تبدیل به ولتاژ مورد نظر جهت ورود به شبکه توزیع برق وارد ترانسفورماتور ها خواهد شد.

روش ساخت نیروگاه بادی چیست؟

در مراحل ساخت و نصب نیروگاه بادی چالشی‌ترین مسئله نصب توربین و بال‌های آن می‌باشد چراکه در منطقه‌ای قرار گرفته که به شدت وزش باد داریم و از طرفی خود توربین در ارتفاع بالایی از سطح زمین قرار می‌گیرد. عمده نیروگاه‌های بادی از نوع افقی بوده و شما به‌ندرت مدل عمودی آن را مشاهده خواهید کرد. دلیل آن بالاتر بودن راندمان نیروگاه‌های افقی می‌باشد هرچند ممکن است در مناطق خاصی به دلیل محدود بودن فضا و یا مشکل بودن مراحل نصب از پایین بودن راندمان صرف‌نظر کرده و مبادرت به نصب مدل عمودی نمایند.

دو دانشمند آمریکای محاسباتی انجام داده‌اند که بر اساس آن از ارتفاع ۸۰ متری از سطح دریا می‌توان ۷۲ تریلیون وات به‌وسیله نیروی باد دریافت نمود. به‌صورت کلی در ارتفاع‌هایی بالاتر سرعت وزش باد بیشتر است ولی به نسبت همان نصب توربین نیز مشکل‌تر خواهد شد.

نیروگاه های بادی در مناطقی که از جریان باد مناسبی برخوردار باشند نصب می شوند، مانند دشت ها، دریا ها و هر جای دیگر که پتانسیل بادی خوبی داشته باشد.

در ایران اولین نیروگاه های بادی در استان گیلان نصب شد.

با این که ایران در منطقه ای قرار گرفته که پتانسیل خوبی از نظر انرژی باد دارد، اما ظرفیت و تعداد نیروگاه های بادی آن نسبت به این پتانسیل، کم است.

توربین بادی

وربین های بادی از اندازه های کوچک تا بسیار بزرگ وجود دارند. انواع توربین می توانند در مصارف کوچک مثل شارژ کردن باتری ها یا در قایق های بادبانی تا مصارف بزرگ مانند نیروگاه های تولید برق یا آسیاب های گندم (آسیاب بادی) استفاده شوند. توربین بادی ماشینی است که توسط نیروی آیرودینامیک کار می کند.

در قسمت جلوی توربین بادی، یک قسمت دوار وجود دارد. این بخش دوار شامل پره هایی است که شکلی شبیه به بال های هواپیما دارند. همان طور که گفته شد هنگامی که جریان باد به یک طرف پره های توربین برخورد می کند، فشار هوا در آن قسمت بیشتر از طرف دیگر شده و این اختلاف فشار باعث ایجاد حرکت در پره های توربین می شود. در نتیجه پره ها انرژی حرکتی باد را دریافت کرده و به چرخش در می آیند. پره ها به یک شفت مرکزی متصل هستند که با چرخش آن ها، شفت نیز می چرخد.

اندازه های توربین بادی

توربین‌های کوچک

توربین‌های کوچک قادراند ۵۰ تا ۷۰ کیلووات انرژی تولید نمایند. در این توربین‌ها اندازه هر پره از ۰.۵ متر تا ۷.۵ متر می‌باشد.

این پره‌ها روی دایره‌ای به قطر ۱ تا ۱۵ متر می‌چرخند. توربین‌های بادی کوچک اصولاً در جاهای پرت و جاهایی که برق رسانی به آنها به صرفه نیست به کار می‌روند.

توربین‌های متوسط

قطر دایره چرخش ۱۵ تا ۶۰ متر بوده و توان تولیدی ۵۰ تا ۱۵۰۰ کیلووات می‌باشد. به صورت کلی انواع متداول آنها بین ۵۰۰ تا ۷۵۰ کیلووات برق تولید می‌کنند.

توربین‌های بزرگ

قطر دایره چرخش پره‌های توربین بزرگ ۶۰ تا ۱۰۰ متر بوده و توان تولیدی بین ۲ تا ۳ مگاوات است.

صرفه اقتصادی توربین‌های بزرگ و قابلیت اطمینان آنها در مقابل توربین‌های متوسط به مراتب کمتر است.

انواع توربین بادی در نیروگاه بادی

توربین بادی با محور افقی

در توربین‌های بادی با محور افقی که HAWT (Horizontal Axis Wind Turbines) هم نامیده می‌شوند روتور و ژنراتور الکتریکی در بالای یک برج و در راستای باد قرارگرفته‌اند. توربین‌های بادی کوچک برای تعیین جهت وزش باد از یک بادنمای ساده استفاده می‌کنند ولی توربین‌های بزرگ از سنسور باد که با سرووموتور در ارتباط است، استفاده می‌کنند.

این توربین‌ها نسبت به مدل محور عمودی رایج‌تر بوده و همچنین ازلحاظ تکنولوژی پیچیده‌تر و گران‌تر می‌باشند. توربین‌های عمودی نسبت به افقی‌ها ساختشان مشکل‌تر بوده ولی راندمان بسیار بالای دارند و در سرعت‌های پایین نیز توان تولید انرژی الکتریکی را دارند. این توربین‌ها توانای تنظیم جهت در مسیر وزش باد را نیز دارند. این توربین‌ها ۲ یا ۳ پره‌ای بوده که در مسیر وزش باد و بر روی یک برج بلند نصب می‌شوند.

ین نوع توربین ها معمولا سه پره دارند و در راستای باد قرار می گیرند. به همین دلیل به یک سنسور و سرووموتور برای قرار گرفتن در جهت باد نیاز دارند.

توربین بادی با محور عمودی

در توربین‌های بادی با محور عمودی که Vertical Axis Wind Turbines  نامیده می‌شوند، روتور اصلی به‌صورت عمودی قرار می‌گیرد. مهم‌ترین برتری این نوع از توربین‌های بادی آن است که نیازی به تنظیم جهت قرارگیری نسبت به جهت باد ندارند. این توربین‌ها از دو بخش اساسی تشکیل شده‌اند، یک میله‌ای اصلی که روبه روی باد قرار می‌گیرد و میله‌های عمودی دیگر که عمود بر جهت باد گذاشته می‌شوند ساخت این توربین‌ها بسیار ساده بوده و همچنین بازده پایینی دارند در این نوع، در یک طرف باد بیشتر جذب می‌شود که باعث می‌شود سیستم یک حالت لنگری پیدا کرده و به چرخش در بیاید. یکی از مزایای این سیستم وابسته نبودن آن به جهت وزش باد است.

توربین های بادی با محور عمودی یا VAWT فقط یک محور عمودی دارند و پره ها دور آن قرار گرفته اند. این توربین ها معمولا شکلی شبیه به همزن دارند و نیازی ندارند که حتما رو به جریان باد قرار بگیرند. در نتیجه برای جاهایی که جهت باد متغیر است مناسب هستند.

مزایا و معایب انواع توربین های نیروگاه بادی چیست

با محور عمودی :

مزایای محور عمودی :

1. عدم حساسیت به جهت باد و آشفتگی آن می‌باشد.
2. عملکرد مناسب هنگام وزش بادهای مغشوش و گردابی.
3. نصب در فاصله‌ای نزدیک‌تر نسبت به زمین نصب.
4. امنیت و ارزان بودن فرآیند نصب.
5. کم بودن صدای پره‌ها به دلیل نزدیکی به هم.

معایب محور عمودی:

1. نصب توربین‌های محور عمودی روی برج‌ها سخت است.
2. به دلیل کم بودن سرعت دورانی پره‌ها گشتاور زیاد است.
3. هزینهٔ بالای طراحی و تحلیل ایرفویل پره‌ها از دیگر مسائل است.

با محور افقی

مزایای محور افقی:

• تیغه‌ها برای قرارگیری در بهترین زاویه قابلیت پیچ‌وتاب دارند.
• با پیچ کردن تیغه‌ها به روتور، آسیب‌ها در طوفان به حداقل می‌رسد.

معایب محور افقی:

• کارکرد سخت در نزدیک سطح زمین.
• سختی در حمل‌ونقل.
• مشکل در نصب و راه‌اندازی آن.
• در مجاورت رادار تحت تاثیر قرار می‌گیرند.
• تعمیر و نگهداری آن سخت است.

یکی از مشکلات انرژی‌های پاک مدت‌زمان در مدار و یا نسبت پاسخگویی می‌باشد؛ به طور مثال استفاده از نیروی خورشید تنها در طول روز و حتی در مواردی ساعاتی از روز امکان‌پذیر است که دلیل آن ابری بودن آسمان می‌باشد. در این میان باد دارای راندمان بالاتری بوده و نسبت به سایر موارد تقریباً در صدر جدول بازدهی قرار می‌گیرد و البته اگر در کنار این مورد هزینه‌های نگه‌داری و راه‌اندازی را در نظر بگیریم این بار با اختلاف بیشتری نسبت به رقبا در جایگاه نخست جدول جای می‌گیرد که در نهایت باعث شده جهان کنونی روی خوشی به آن نشان دهد.