طرح‌هایی برای تسخیر باد

توربین‌های بادی چطور برق تولید می‌کنند ؟

توربین بادی به زبان ساده برعکس فن‌هایی که می‌شناسیم، عمل می‌کند. توربین به جای استفاده از برق برای تولید باد، به کمک نیروی باد انرژی الکتریکی تولید می‌کند. باد پره‌های توربین را که دور یک محور قرار گرفته‌اند، می‌چرخاند و با کمک ژنراتور مولد برق انرژی تولید می‌کند.

توربین‌های بادی جدید، شامل دو نوع اصلی با محور افقی و عمودی هستند. توربین‌های بادی با محور افقی در جهان رایج‌تر و معمولا دارای دو یا سه تیغه هستند. این توربین‌ها در خشکی یا ساحل کنار اقیانوس، دریاها و دریاچه‌ها ساخته می‌شوند. توربین‌های بادی از 100 کیلووات تا چندین مگاوات انرژی تولید می‌کنند و معمولا به تعداد زیاد در مزارع بادی کنار یکدیگر قرار داده می‌شوند. البته توربین‌های زیر 100 کیلووات نیز در خانه‌ها برای پمپاژ آب یا مصارف ساده استفاده می‌شوند.

توربین‌های بادی الهام گرفته از بال مرغ مگس‌خوار

توربین‌های بادی انواع مختلفی دارند و بسته به منطقه جغرافیایی در ابعاد و شکل‌های متفاوت طراحی و ساخته می‌شوند. اکنون یک شرکت تونسی، توربین‌هایی بادی طراحی کرده است که تیغه‌های آن از شکل بال‌های مرغ مگس‌خوار الهام گرفته شده است. تیغه‌های نوسانی دوتایی این توربین همچون بال‌های مرغ مگس‌خوار هنگامی که در هوا معلق است، در هشت جهت حرکت و برق تولید می‌کند. علاوه بر این، طراحی ساده و کوچک تیغه‌ها باعث می‌شود توربین در مناطق محلی و مسکونی هم قابل استفاده باشد.

مرغ مگس‌خوار در طبیعت از پرندگانی است که به دلیل شکل آیرودینامیک بال‌ها می‌تواند بیشترین میزان تولید انرژی را داشته باشد. همچنین این پرنده می‌تواند مدت زمان طولانی در هوا شناور بماند. طراحی و شبیه‌سازی بهینه این تیغه‌ها که از فیزیک بال این پرنده الهام گرفته شده، حرکات خطی را تبدیل به حرکت چرخشی می‌کند.

این نوع توربین، صدای کمتری نسبت به توربین‌های معمولی تولید می‌کند، برای پرندگان امنیت بیشتری به ارمغان می‌آورد و جلوه بصری بهتری در محیط دارد. ابعاد و تیغه‌های توربین اجازه می‌دهد در یک مزرعه بادی از چگالی بالاتر توربین‌ها استفاده شود. تیغه‌های این توربین از جنس فیبر کربن و 6/1 متر طول دارد و با وجود این که از توربین‌های سه تیغه معمول کوچک‌تر است، محیط 5/3 متری را پوشش می‌دهد و می‌تواند در مناطق مسکونی هم استفاده شود. البته با وجود این نکات مثبت، قدرت تولیدی این توربین به نسبت توربین‌های رایج پایین‌تر است. این توربین در مرحله آزمایشی قرار دارد و قدرت بهره‌وری، آیرودینامیک، مقاومت مصالح و استرس قابل تحمل دکل توربین سنجیده می‌شود. شرکت طراح در نظر دارد، نمونه‌های بزرگ‌تر این توربین را برای استفاده در دریا و مناطق ساحلی بسازد.

توربین‌های بادی عظیم رکورد تولید انرژی را ثبت می‌کنند

بتازگی یک شرکت دانمارکی از توربین‌هایی بادی رونمایی کرده است که در یک بازه زمانی 24 ساعته به صورت آزمایشی 216هزار کیلووات ساعت انرژی تولید می‌کند. ارتفاع این توربین، 220 متر است و هر یک از تیغه‌ها 80 متر طول دارد. هرچه ابعاد این توربین‌ها بزرگ‌تر باشد، هزینه نصب، راه‌اندازی و نگهداری آنها برای تولید هر کیلووات برق کاهش پیدا می‌کند. از طرف دیگر، ابعاد بزرگ توربین‌ها مقاومت در برابر بادهای شدید و شرایط آب و هوایی ناپایدار را افزایش می‌دهد. یکی دیگر از مزایای این توربین این است که بعد از طول عمر 25 ساله تا 80 درصد قابل بازیافت است. این توربین غول‌پیکر برای بادهایی با سرعت 12 تا 25 متر در ثانیه طراحی شده و با حداقل سرعت باد 4 متر در ثانیه نیز کار می‌کند. چنین نوآوری‌هایی هزینه مصرف انرژی بخصوص در قسمت‌های صنعتی را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

نخستین توربین گردبادی جهان

ایده ساخت چنین توربینی از نحوه شکل‌گیری گردباد الهام گرفته شده است. آتسوشی شیمیزو (Atsushi Shimizu) مخترع ژاپنی این توربین معتقد است، اگر این نیرو بدرستی مهار شود، می‌تواند برای 50 سال انرژی مورد نیاز یک منطقه را تامین کند. این اختراع تخم‌مرغی شکل برخلاف توربین‌های معمول، محور عمودی دارد و طراحی آن به قدری قدرتمند است که به آسانی دربرابر بادهای شدید گردبادی تاب می‌آورد.

توربین‌های آبی بادی

یکی از چالش‌های توربین‌های بادی، چگونگی تولید انرژی در زمانی است که بادی نمی‌وزد. برای حل این موضوع توربین‌هایی ترکیبی با فناوری آب و باد ساخته شده است. به این ترتیب، این توربین‌ها هنگام شرایط آب و هوایی راکد به کمک نیروی آب انرژی تولید می‌کنند و می‌توان از آنها به شکل مستقل برای تولید برق یک منطقه مسکونی یا صنعتی استفاده کرد. مزرعه توربین‌های آبی بادی در قسمتی از جنگل‌های کشور آلمان با ظرفیت 6/13 مگاوات آغاز به کار کرده و تا سال آینده به طور کامل به بهره‌برداری خواهد رسید.

طراحی پاک برای تولید انرژی پاک

انجمن بین‌المللی انرژی (IEA) سال گذشته اعلام کرد برای اولین بار انرژی تجدیدپذیر در سراسر جهان، انرژی ناشی از سوخت‌های فسیلی را تحت‌الشعاع قرار داده است. با فناوری‌های به کار گرفته شده در طراحی این توربین‌ها نیروی باد درصد زیادی از انرژی‌های تجدیدپذیر را تولید کرده است. البته توجه به محیط زیست در طراحی و ساخت فناوری‌های نوین بخصوص فناوری‌هایی که ادعای حفاظت از محیط زیست دارند، اهمیت بسیاری دارد. یکی از معضلات مهم توربین‌های بادی در جهان، خطر آسیب دیدن پرنده‌ها هنگام برخورد با پره‌های توربین است. این توربین، استوانه بلند و نازکی است که انرژی آن از چرخش گردابی شکل استوانه تامین می‌شود. این نوع توربین علاوه بر حفاظت از پرنده‌ها، هزینه ساخت توربین را تا 53 درصد و هزینه نگهداری را تا 80 درصد کمتر می‌کند و رد پای دی اکسید کربن در طبیعت را کاهش می‌دهد، اما قضاوت نهایی در باره مناسب بودن این توربین‌ها با پرنده‌هاست!

تونل‌های بادی نیز نوعی از توربین‌هاست که 600 برابر بیش از توربین‌های مرسوم انرژی تولید می‌کند. در واقع، تونل‌های باد با ساختاری که برای آنها طراحی شده، سرعت جریان هوا را افزایش می‌دهد و باد تقویت‌شده را در تونل مهار می‌کند. این توربین‌ها خطری برای حیات وحش ندارد و ارزان‌تر از نمونه‌های رایج است.

توربین‌های بادی هلیمی شناور

در حالی که همه توربین‌های بادی در دریا یا خشکی ساخته شده‌اند، توربین‌های خلاقانه مدرنی طراحی شده که در آسمان شناور می‌ماند. نخستین توربین بادی هوابرد سال 1393/ 2014 در منطقه آلاسکا به شکل یک بالن هلیمی به هوا فرستاده شد. توربین شناور در آسمان به دلیل سرعت بیشتر باد ،پنج تا هشت بار قدرتمندتر از زمین عمل می‌کند. این توربین هوایی که طراحی و ساخت دانشگاه ام‌آی‌تی (MIT) است، مثل یک حسگر آّب و هوا عمل می‌کند و از آن می‌توان برای انتقال امواج وای فای یا سیگنال‌های تلفن همراه استفاده کرد.

مزارع بادی در ایران

اکنون در ایران 9 مزرعه بادی وجود دارد که در مجموع، 151 مگاوات انرژی تولید می‌کنند. این نیروگاه‌ها در شهرهای منجیل، بینالود، خواف، تاکستان، زابل، ماهشهر، شیراز، اصفهان، تبریز و اردبیل قرار دارند. توان نیروگاه بادی منجیل در استان گیلان 8/100 مگاوات و توان نیروگاه بادی بینالود در خراسان رضوی 2/28 مگاوات است. همچنین قرار است تا سال 1400 حدود 37 هزار مگاوات ظرفیت جدید نیروگاهی در ایران ایجاد شود که از این میزان، حدود 5000 مگاوات در زمینه تولید برق از انرژی‌های تجدیدپذیر باد و خورشید است.

سپیده شعرباف