فوق ریزترین توربین‌های بادی در خدمت شهر

نبض زندگی با باد می‌تپد

این روزها که مباحث مربوط به انرژی و توجه به سمت انرژی‌ها و سوخت‌های پاک با رویکردهای زیست‌محیطی و کاستن از بار مالی هزینه‌های تولید و انتقال انرژی و سوخت فسیلی به موضوعی فراگیر بدل شده است، استفاده از انواع و اقسام طرح‌ها و سازه‌های مختلف برای بیرون کشیدن و تسخیر انرژی‌های طبیعی و بهره‌برداری از آن بیش از پیش مطرح می‌شوند. در این میان سازه‌های بادی با هدف بهره‌برداری از انرژی باد یکی از موارد مورد توجه طراحان و مراکز تحقیقاتی زیست‌بنیان و انرژی محور محسوب می‌شود. اما سازه‌هایی که بتواند انرژی‌ باد را ذخیره کرده و به سایر انرژی‌ها و از جمله نیروی برق تبدیل کند بی‌شک ساختارهایی حجیم و سنگین به شمار می‌روند که در حد خود بستر و زیرساخت مناسبی را چه به لحاظ زمین و چه تأسیسات و امکانات جانبی ‌طلب می‌کنند.

کد خبر: ۳۲۹۵۴۷

البته سازه یا توربین بادی شهری فوق کوچک می‌تواند نامی نامناسب برای یک نیروگاه بادی واقعا کوچک به حساب آید؛ جایی که صحبت از اندازه‌ای حتی کوچک‌تر از توربین‌های محلی و مسکونی است که گاهی اوقات در محیط‌های شهری ضمیمه خدمات تخصیص یافته می‌شوند. اما مکانیسم بال‌زن کشسان هوایی که نوعی پر زدن و جنبش ارتجاعی در هواست، راه‌هایی را برای برداشت و استحصال انرژی باد آن هم در جایی مثل کانوپی (سایبان زیستی) شهری و بین ساختمان‌های شهر مطرح می‌سازد که قرار است از ارتفاع متفاوت ساختمان‌ها و فضای بین ساختمان‌ها که در تعریف مکانیک سیالات نوعی کانال موسوم به مجرا یا لوله ونتوری را ایجاد می‌کنند استفاده کند. لوله ونتوری، کانال یا مجرایی برای جریان سیال است که در گلوگاه کمترین سطح مقطع را داشته و سپس مجددا افزایش می‌یابد و به همین دلیل باعث پویایی و حرکت مضاعف و پیوسته شاره که در اینجا باد است می‌شود. به این ترتیب با شهرهای بادی یا باد ــ شهرهایی طرف خواهیم بود که تنها کافی است ساختمان‌های بلند داشته باشند.

اما شروع کار طراحان این ایده ابتکاری با چیزی به نام کمربند بادی کلید خورد؛ کمربند بادی نوعی غشای کشسان کوچک تحت فشار و کشش است که نوسان داشته و تاب می‌خورد و این ویژگی خود به واسطه مکانیسم جنبش و لرزش ارتجاعی هوایی ایجاد شده توسط باد است. در توصیف مختصر این محصول باید گفت که کمربند بادی در وهله اول نوعی برداشت‌کننده انرژی باد است که در کف دستان شما جای می‌گیرد. این محصول فناورانه می‌تواند جایگزین مناسبی برای باتری‌های مصرف شده در شبکه‌های حساس حسگری و سنجش از راه دور بی‌سیم (WSN) به شمار رود که مساله توانبخشی برای این فناوری نو و پر کاربرد جایگاهی حیاتی دارد.

امروزه ثابت شده است که به واسطه کنترل بهتر گرمایش، هواسازی و تهویه مطبوع (HVAC) ساختمان‌ها می‌توانند کارایی انرژی‌شان را تا بیش از 30 درصد بهبود ببخشند. برای نیل به این هدف مهم لازم است درخصوص تعداد زیادی از محل‌هایی که در امتداد مسیر پیمایش و حرکت جریان هواسازی ساختمان وجود دارند اطلاعات کسب شود که در جای خود رکن مهمی در روند رو به رشد احداث ساختمان‌های هوشمند به شمار می‌رود، اما یکی از موانعی که باعث عقب ماندن این فناوری می‌شود هزینه گران تجهیز و تدارک باتری‌ها در تمامی نقاطی است که مایل به اندازه‌گیری جریان هستیم، اما این نوارهای ظریف کار را ساده کرده و با استفاده از جریان هوا در هواکش‌ها و کانال‌های هوایی ساختمان کار توانبخشی به سامانه‌های حسگر بیسیم را انجام می‌دهند.

یک سلول بادی در واقع یک ژنراتور انرژی از نوع نوارهای بادی ذکر شده است که از یک غشای یک متری برای تولید میزانی از انرژی خروجی معادل تقریبا 375‌وات ساعت در ماه استفاده می‌کند. فناوری سلول‌های بادی می‌تواند درها را برای بازار آینده انرژی بادی شهری باز کند و این مهم را از راه عرضه کردن انرژی روشنایی کاربرانی همچون شبکه‌های وای فای شهری، سامانه‌های حسگری و سنجش از راه دور بزرگراه‌ها، سامانه‌های امنیتی شهری و همچنین علائم راهنمای ناوبری و هدایت درون و برون‌شهری پیشنهاد کند.

صفحات سلول‌های بادی نظیر آنچه تاکنون درباره صفحات خورشیدی دیده شده می‌توانند در مقیاسی بزرگ‌تر و به سهولت از طریق آمیختن و ترکیب سلول‌های بادی در داخل یک صفحه واحد ظاهر شوند.

یک متر‌مربع از این صفحات سلول‌های بادی حاوی 20 سلول بادی با نرخ تولید انرژی 5/7 کیلووات‌ساعت در ماه و هزینه تولیدی معادل 100‌دلار است. از این پس و به لطف این فناوری می‌توان فنس‌ها یا حصارهایی از این صفحات سلول بادی را در محیط‌های شهری تجسم کنیم: زیر پل‌ها، بر فراز لبه ساختمان‌ها، بین ساختمان‌ها یا در تقاطع‌های غیرهمسطح مربوط به عبور وسائط نقلیه. البته قبل از آن که فناوری نوارهای بادی یا همان توربین‌های فوق‌کوچک وارد رقابت مستقیم با ژنراتورهای بادی سنتی و فعلی شود، نخست جایی را هدف خود قرار داده که توربین‌های بادی قادر به خودنمایی و عرض‌اندام نیستند. مبتکران طرح کمربند بادی شهری معتقدند بخشی از این الگوی کاری برای تکمیل فناوری‌های خورشیدمحور است تا از این راه یک منحنی انرژی کل صاف و بی‌اشکال برای انرژی‌های تجدیدشونده شهری ایجاد شود؛ یعنی جایی که این سلول‌های بادی می‌توانند در فضاهای مرده و شکاف‌هایی که کاربری خورشیدی ندارد پر شوند و سامانه بارگیری مناسب، منطقی و ثابتی از انرژی را برای مصارف شهری تامین کنند. مزیت دیگری که طرح باد شهری را نسبت به کاربرد آن در مقیاس صنعتی بیشتر جلوه می‌دهد این واقعیت است که در محل مصرف واقع شده و نیازی به هزینه‌های گزاف و ناکارآمدی همچون احداث و نصب دشوار خطوط انتقال و تاسیسات بهره‌برداری را ندارد. طراحان فناوری استحصال انرژی باد شهری معتقدند، سخت در تلاش برای بازتعریف این طرح و آزمایش سلول‌های بادی و صفحات سلول بادی بوده‌اند و در این میان اولویت برتر آنها تعدادی قرارداد نصب و راه‌اندازی صفحات بادی است تا عملکرد آن در محیط واقعی بیرون محک بخورد. اولین جایی که بهره‌برداری انجام خواهد شد در هنگ کنگ و مکان بعدی احتمالا سایتی در هاوایی خواهد بود.

به باور مهندسان مکانیک و کارشناسان انرژی، فناوری حاضر تا حد زیادی اغواکننده است چون که امکانات و مقدورات شهری آن به نحو جالب و مناسبی با مدل‌های توزیع انرژی شهری متناسب درمی‌آید و از انرژی باد سنتی (کالایی در حد مگاوات) خبری نیست. با این فناوری و زمانی که طراحان طول پره‌ها و در نتیجه مساحت و فضای گردش بخش ملخی را تا حدی کوتاه کرده‌اند که در یک زمینه نصب شهری جواب می‌دهد، به نظر می‌رسد بهره‌برداری‌های فعلی و رایج انرژی باد در صحنه رقابت بر سر هزینه حرفی برای گفتن نخواهند داشت و البته این مهم مستلزم آن است تا در مقیاس تولیدی و به عنوان یک محصول کارایی خود را نشان دهد که به گفته سازندگان آنها هم‌اکنون در مراحل پایانی تحقیقات تکمیلی و توسعه فناوری خود هستند تا پس از این زمینه نصب و بهره‌برداری‌های میدانی آن را صورت دهند.