مزارع بادی، فناوری‌‌ هوشمندانه‌ای ‌که سر ‌‌به‌‌ آسمان ‌کشیده‌ است‌

با نگاهی کلی به برنامه کشورهای مختلف جهان درخصوص تامین منابع آینده انرژی، نکته جالب توجهی نمایان می‌شود و آن هم این است که کشورهایی به دنبال توسعه این فناوری کاربردی هستند که اتفاقا از منابع مختلف و عظیم انرژی بهره‌مندند. در این زمینه می‌توان به کشورهایی نظیر چین، هند و آمریکا اشاره کرد.

یک مزرعه بادی متشکل از گروهی از توربین‌های بادی است که در منطقه مشخصی نصب شده‌اند و با حرکت پره‌های خود انرژی الکتریسیته تولید می‌کنند. تمامی توربین‌های نصب شده در یک مزرعه بادی از طریق سیستم جمع‌آوری برق با ولتاژ متوسط (معمولا 5/34 کیلو وات) و شبکه ارتباطاتی به یکدیگر متصل می‌شوند. در ادامه و در زیر ایستگاه مرتبط با شبکه این جریان الکتریکی تقویت ولتاژ می‌شود. مزارع بادی معمولا از شمار اندکی از توربین‌های بادی تا معمولا 100 توربین ساخته می‌شوند. با این حال همان طور که در بخش‌های ابتدایی گزارش مطرح شد، در سال‌های آینده مزارع بادی عظیمی ساخته خواهند شد که تا 300 توربین بادی نیز خواهند داشت.
این مزارع ممکن است تا صدها کیلومتر مربع نیز وسعت داشته باشند؛ اما نکته مهم این است که می‌توان از اراضی بین توربین‌ها برای امور مختلفی نظیر بهره‌برداری‌های کشاورزی و سایر اهداف استفاده کرد. معمولا تلاش می‌شود مزارع بادی در مجاورت سواحل دریاها ساخته شود تا از این طریق از حجم بیشتر و در عین حال قوی‌تری از جریان آزاد باد استفاده شود.

چین و برنامه احداث‌
 بزرگ‌ترین مزرعه بادی جهان‌

دولت چین در تازه‌ترین برنامه استراتژیک خود برای توسعه استفاده از منابع انرژی سبز از طرح جامعی برای طراحی و ساخت بزرگ‌ترین مزرعه بادی جهان خبر داده است. قرار است این مزرعه بادی در شمال غرب این کشور پهناور ساخته شود. به گفته مقامات چینی حاضر در این پروژه، هنگامی که این پروژه که در برگیرنده 3کارخانه عظیم تولید انرژی بادی است تکمیل شود، ظرفیت تولید برق سالانه آن از الکتریسیته تولید شده از جانب سد عظیم Tree Gorges Dam نیز فراتر خواهد رفت. براساس برآوردهای صورت گرفته، این مزرعه بادی پس از ساخته شدن سالانه 28 میلیارد کیلووات ساعت برق تولید خواهد کرد.

به نظر می‌رسد گرچه در چین هم به سبب پهناور بودن و همچنین جمعیت میلیارد نفری قطعی برق نیز وجود دارد، با این حال با تکمیل این پروژه و پروژه‌های مشابه دیگری از این دست مشکلات کمبود برق در این کشور تا حد قابل توجهی برطرف شود.

خیز اروپا در توسعه مزارع بادی‌

در اروپا نیز همچون چین و آمریکا استفاده از انرژی پاک و آینده‌دار بادی بشدت احساس شده است. در این خصوص، بزرگ‌ترین مزرعه بادی قاره سبز در آینده نزدیک و در سواحل اسکاتلند طراحی و ساخته خواهد شد. این مزرعه بادی قادر است سالانه برق مورد نیاز برای 320 هزار خانه را تامین ‌کند. دولت اسکاتلند بتازگی با این طرح موافقت کرده و اکنون همه چیز برای احداث این مزرعه عظیم بادی آماده است.

بر اساس پیش‌بینی‌های صورت گرفته در این مزرعه بادی تا 152 توربین بادی نصب خواهد شد و از این‌رو این اطمینان خاطر حاصل شده است که تا سال 2011 بالغ بر 31 درصد انرژی مورد نیاز این کشور از این طریق تامین خواهد شد. همچنین این رقم تا سال 2020 بالغ بر 50 درصد اعلام شده است. طی برنامه‌ریزی طولانی‌مدتی که ترسیم شده، قرار است اسکاتلند در آینده نزدیک به عنوان پایتخت سبز اروپا شناخته شود. حجم سرمایه‌گذاری برای تحقق این پروژه تا 600میلیون پوند در نظر گرفته شده است.

به عقیده کارشناسان اروپایی، پروژه‌های کلانی همچون ساخت این تاسیسات عظیم می‌تواند در آینده نه چندان دور پاسخگوی بخش اعظمی از نیازهای انرژی اروپا باشد. از سوی دیگر اتحادیه اروپایی به دنبال آن است تا سال 2020 بالغ بر 20 درصد از حجم کلی انرژی مصرفی خود را از منابع تجدیدپذیر انرژی تامین کند و در این میان انرژی بادی از جمله اولویت‌هاست.

هم اکنون اسکاتلند به عنوان یکی از پیشروترین کشورهای اروپایی در عرصه استفاده از انرژی‌های پاک قرار گرفته است. به عنوان مثال این کشور هم اکنون 36 پروژه تامین انرژی از منابع تجدیدپذیر دارد که 26 مورد مربوط به تامین انرژی از مزارع بادی، 9 پروژه آبی و یک پروژه موجی می‌شود. این 36 پروژه بالغ بر 5/2گیگاوات برق به شبکه برق این کشور تزریق می‌کنند.

کارشناسانی که این پروژه را دنبال می‌کنند معتقدند احداث این مزرعه بادی از جهات گوناگون برای اسکاتلند مثمرثمر خواهد بود؛ از آن جمله این که چون در نزدیکی یکی از مناطق شلوغ و با ضریب بالای آلودگی ساخته خواهد شد، کمک زیادی به کاهش آلاینده‌های هوا خواهد کرد.

بزرگ‌ترین مزرعه بادی جهان
در آمریکا ساخته می‌شود

به نظر می‌رسد برنامه طراحی و ساخت مزارع بادی جهان با توجه به کمبود نگران‌کننده منابع انرژی بشدت در اولویت سیاستگذاری‌های کلان دولتمردان کشورهای مختلف قرار گرفته است. ازجمله این کشورها می‌توان به آمریکا اشاره کرد. بتازگی دولت این کشور چراغ سبز لازم برای طراحی و احداث بزرگ‌ترین مزرعه بادی جهان را ارائه کرده است.

این مزرعه بادی قرار است با 303 توربین بزرگ بادی ساخته شود و در صورت تکمیل شدن قادر خواهد بود در بالاترین ظرفیت کاری تا 909 مگاوات برق تولید کند که پاسخگوی نیاز 225 هزار خانه خواهد بود.

این تاسیسات عظیم قرار است در حدفاصل بزرگراه‌های شماره 19 و 74 جنوب غرب آرلینگتون و در اراضی خصوصی احداث شود. کارشناسان امیدوار هستند این مزرعه بادی تا سال 2014 تکمیل شود و آن موقع است که بی‌تردید دنیا وارد عرصه جدیدی از رقابت‌های تکنولوژیکی خواهد شد.

اما این پایان چنین برنامه‌هایی در آمریکا نیست. بتازگی و در قالب طرحی که گفته می‌شود بزرگ‌ترین سرمایه‌گذاری در بخش انرژی‌های پاک در تاریخ آمریکاست، قرار است با صرف هزینه هنگفت 9/4 میلیارد دلار با ساخت ابر بزرگراه‌هایی از کابل‌های حامل برق، برق مورد نیاز بخش‌های مختلف آمریکا از تگزاس غربی تامین شود.
در حال حاضر تگزاس به عنوان پیشروترین منطقه آمریکا در تولید برق از طریق مزارع بادی لقب گرفته است و در صورت تحقق این پروژه برق مورد نیاز بالغ بر 4 میلیون خانه تامین خواهد شد. نتیجه چنین پروژه‌ای چیزی جز کاهش آلاینده‌های هوا، کاهش یافتن هزینه‌های تامین و استفاده از انرژی و حتی ایجاد فرصت‌های شغلی نخواهد بود.

بطور کلی و به عنوان یک قانون کلی، توربین‌های بادی در جایی عمل خواهند کرد که سرعت وزش باد حداقل 16 کیلومتر بر ساعت یا بیشتر باشد. کارشناسان معتقدند بهترین و ایده‌آل‌ترین نقطه برای احداث مزارع بادی مناطقی است که جریان باد در طول سال تقریبا پیوسته بوده و در عین حال انفجارات بادی در منطقه وجود نداشته باشد.

انواع مزارع بادی‌

مزارع بادی براساس مکانی که برای نصب توربین‌ها برگزیده می‌شوند انواع گوناگونی دارند. با این حال می‌توان این نقاط را در 4 دسته مختلف تقسیم‌بندی کرد: دسته نخست شامل مزارع بادی‌ای می‌شود که در مناطق کوهستانی ساخته می‌شوند. دسته دوم، آن گروه از مزارع بادی است که در مناطق نزدیک ساحل ساخته می‌شوند که ممکن است این فاصله تا حدود 3 کیلومتری ساحل دریا باشد. دسته سوم مزارع بادی‌ای است که در دریا احداث می‌شوند. معمولا فاصله این مزارع تا ساحل بالغ بر 10‌کیلومتر است. البته گروه چهارمی نیز وجود دارد که در ارتفاعات بلند احداث می‌شوند؛ جایی که جریان باد شدید است، هرچند که این مدل از مزارع بادی به سبب پیچیدگی‌های خاص ساختاری خود هنوز آنچنان مورد توجه قرار نگرفته است.

نگاهی به وضعیت مزارع بادی در کشورهای مختلف جهان‌

استرالیا: براساس آمار به ثبت رسیده تا سال 2007 بالغ بر 42‌مزرعه بادی در سراسر استرالیا مشغول به فعالیت بوده که ازجمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: مزرعه بادی لیک بونی با 5/239 مگاوات‌
برق تولیدی، بروان هیل رنج با 5/94 مگاوات برق تولیدی،‌ والت‌پوینت با 75/90 مگاوات برق تولیدی و... .

برزیل:در برزیل هم درخصوص توسعه مزارع بادی، سرمایه‌گذاری‌های عظیمی صورت گرفته است. هم‌اکنون در این کشور نزدیک به 150 توربین بادی در حال چرخش هستند که از این تعداد با توجه به موقعیت خوبی که در آن نصب شده‌اند برق قابل توجهی تولید می‌شود.

کانادا: ظرفیت کلی مزارع بادی کانادا به عنوان کشوری پهناور و مستعد برای توسعه مزارع بادی بالغ بر 1856 مگاوات برق است. نکته جالب توجه فعال بودن اکثر ایالت‌های این کشور درخصوص توسعه مزارع بادی است. هم‌اکنون و براساس آمار به ثبت رسیده در آلبرتا 524، انتاریو3/501، کبک 2/422، ساسکاچوان 2/171، مانیتوبا 104 و نوا اسکاتیا 3/59 مگاوات برق تولید می‌شود.

چین: در چین توجه به مزارع بادی و توسعه آنها رشد خیره‌کننده‌ای داشته است به طوری که آنها حتی رقبای جهانی خود را نیز پشت‌سر گذاشته‌اند و اکنون بالاترین نرخ توسعه مزارع بادی در جهان را دارند. با این حال با وجود عقب‌ماندگی‌های گذشته، این کشور هنوز هم از بسیاری از کشورهای جهان در تولید انرژی بادی عقب‌تر است، اما پیش‌بینی می‌شود با سرعتی که این کشور در پیش گرفته است، در آینده نزدیک به غول غیرقابل دست‌یافتنی در این عرصه از فناوری‌های نوین تبدیل شود.

در همین خصوص برآورد شد که در سال 2005 این کشور بیشترین سرمایه‌گذاری‌ها را در عرصه توسعه منابع تجدیدپذیر انرژی داشته است؛ رقمی بالغ بر 6 میلیارد دلار. این کشور پهناور آسیایی در سال 2006 سرمایه‌گذاری 600 میلیون دلاری در عرصه تولید انرژی بادی داشته است که نتیجه آن تبدیل شدن این کشور به عنوان هشتمین قدرت جهانی در عرصه تولید انرژی برق بادی است.

اتحادیه اروپایی: در اروپا به توسعه مزارع بادی به عنوان یکی از مهم‌ترین دریچه‌‌های امیدوارکننده برای تامین انرژی در آینده نگاه می‌شود. هم‌اکنون آلمان در میان سایر اعضای این اتحادیه دارای بیشترین مزارع بادی است. پس از این کشور، دانمارک قرار دارد و اسپانیا نیز سومین قدرت اروپایی در زمینه توسعه مزارع بادی در اروپا به حساب می‌آید. پس از اسپانیا نیز ایتالیا در رتبه چهارم جای دارد.

هند: هند نیز چند سالی است که سرمایه‌گذاری گسترده‌ای روی مقوله توسعه مزارع بادی داشته است. تا پایان سپتامبر سال 2007 این کشور بالغ بر 2/7660 مگاوات برق از طریق مزارع بادی خود تولید کرده است که با این حساب هم‌اکنون چهارمین تولیدکننده برق بادی در سراسر جهان به حساب می‌آید.

آمریکا: براساس آمار به ثبت رسیده، آمریکا پس از آلمان،  دومین تولیدکننده برق بادی در جهان است. این کشور تا پایان مارس 2008 بالغ بر 18 هزار و 302 مگاوات برق بادی تولید کرده که برای سرویس‌دهی به 9/4 میلیون خانه کافی بوده است.

در مجموع به نظر می‌رسد جهان نگاه ویژه‌ای به توسعه مزارع بادی دارد. این مزارع در گوشه و کنار جهان سر به آسمان کشیده‌اند و با فعالیت مداوم خود بخش قابل توجهی از نگرانی‌های بشر درخصوص کمبود منابع انرژی را برطرف می‌کنند. با این حال هنوز هم به نظر می‌رسد سرمایه‌گذاری در این زمینه کافی نباشد.

نگاهی به ساختار کلی توربین بادی‌

توربین بادی سیستم نه‌چندان پیچیده‌ای است که انرژی جنبشی باد را به توان انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. در صورتی که انرژی مکانیکی تولید شده به انرژی الکتریکی تبدیل شود، آن‌وقت است که به این سیستم ژنراتور بادی، توربین بادی، واحد برق بادی یا تبدیل‌کننده انرژی بادی اطلاق می‌شود. توربین‌های بادی روی پایه‌های مرتفعی سوار می‌شوند که معمولا ارتفاع آنها تا 40 متر هم می‌رسد. این ارتفاع به این دلیل تا این حد گرفته می‌شود که از حداکثر جریان باد در حال وزش استفاده شود. توربین‌های بادی دارای دو نوع کلی هستند: توربین‌هایی با محور عمودی و افقی. با این حال سیستم تولید انرژی الکتریسیته در هر دوی این مدل‌ها تقریبا یکسان است. از توربین‌های بادی می‌توان بهره‌برداری‌های گوناگونی کرد که شاید جالب‌ترین آنها ترکیب کردن سیستم کاری آنها با سلول‌های خورشیدی است.

آینده مزارع و توربین‌های بادی‌

استفاده از توربین‌های بادی قدمتی تاریخی دارد. در برخی کتب و مقالات مستند و معتبر، استفاده از آنها به حدود 200 سال پیش از میلاد مسیح می‌رسد. طی بیش از 2 هزار سال گذشته، این سیستم کاربردی با تغییرات فراوانی همراه بوده است و اکنون که بشر پای به هزاره سوم گذاشته، به عنوان یکی از راه‌های مقابله با کمبود انرژی در نظر گرفته شده است. با توجه به بحران کمبود انرژی در جهان بویژه برای کشورهای در حال توسعه، استفاده از انرژی بادی به عنوان اولویت برنامه‌ریزی بسیاری از کشورها درآمده است.  پاک بودن، ارزان بودن و در عین حال موجود بودن دانش تولید و استفاده از آن نوید آینده‌ای روشن برای توسعه مزارع بادی در سراسر جهان می‌دهد.

هم‌اکنون در کشوری نظیر چین برنامه‌ریزی‌های گسترده‌ای برای استفاده از انرژی بادی صورت گرفته است تا در آینده‌ای نه‌چندان دور و همزمان با افزایش خیره‌کننده جمعیت این کشور، تامین انرژی مورد نیاز برای مردم این کشور تبدیل به بحران فزاینده نشود.

مهدی کیا