نیروگاه‌های پرنده

محققان زیادی در سراسر جهان تلاش می‌کنند از انرژی قابل‌توجه جریان باد در ارتفاعات برای تامین انرژی مورد نیاز بشر استفاده کنند. اما شیوه مهار این انرژی کلید اصلی این معماست.

در آزمایشگاه گرین تاون ماساچوست گروهی از محققان و مهندسان سازه عظیمی را می‌سازند که در نگاه نخست به یک بال بسیار بزرگ هواپیما یا یکی از موتورهای آن شباهت زیادی دارد. این سازه چیزی نیست جز یک توربین عظیم بادی که قرار است با ساخت انبوهی از آن انرژی هنگفت جریان شدید باد در ارتفاعات به زمین منتقل و به کار گرفته شود. البته اگر بخواهیم دقیق‌تر باشیم باید این ساختار نوآورانه را شبیه یک زیردریایی توخالی باد کرده بدانیم که در دل آن پره‌های توربین قرار دارد. در حال حاضر لبه پره‌های مرتفع‌ترین توربین بادی جهان که در دانمارک فعال است در نهایت به 220 متر می‌رسد اما در توربین بادی شناور (BAT) این رقم نزدیک به 600 متر است، ارتفاعی که در آن بادی بسیار شدید و در عین حال یکنواخت می‌وزد.

اگر درخصوص بسیاری از موضوعات مرتبط با چالش‌های پیش روی بشر نظرات متفاوت و حتی متناقضی وجود داشته باشد اما حداقل درباره این نکته که باد در ارتفاعات با شدت و پایداری بیشتری می‌وزد تمام دانشمندان جهان هم نظر هستند و همین همصدایی موجب شده ایده‌های شگفت‌انگیزی برای به دام انداختن این انرژی ارزشمند ارائه شود. کن کالدریا دانشمند آب و هواشناس دانشگاه استنفورد معتقد است: نباید از این انرژی هنگفت و مزایایی که می‌تواند برای مردم سراسر جهان به همراه داشته باشد چشمپوشی کرد. اما پرسش این است که آیا فناوری‌های لازم برای استخراج انرژی مقرون به صرفه و قابل اطمینان از باد وجود دارد؟ به نظر می‌رسد توربین بادی شناور تولید شده در آزمایشگاه گرین تاون ماساچوست یکی از همین فناوری‌های لازم باشد. شرکت انرژی‌های آلتاروز که کنترل این آزمایشگاه‌ها را در اختیار دارد سرمایه‌گذاری هنگفتی برای به ثمر رسیدن این جاه‌طلبی انجام داده است.

طراحی و ساخت چنین توربین بزرگ بادی مستلزم در نظرگرفتن فاکتورهای مختلفی است. جدای از مقرون به صرفه بودن تولید انرژی از این طریق، باید این نکته را نیز مد نظر قرار داد که چنین توربینی تا چه مدت قابلیت به کارگرفته شدن را دارد آن هم با حفظ بازدهی مورد نظر؟ این نکته از جمله دغدغه‌های ادم رین، مدیر اجرایی شرکت سازنده توربین بادی شناور است. او می‌گوید: ما همواره در تلاش هستیم که از موادی با کیفیت بالا و طول عمر زیاد برای ساخت این توربین استفاده کنیم. ما چشم‌انداز وسیعی برای این ایده در نظر داریم. در این چشم‌انداز به دنبال تولید محصولی هستیم که قابلیت برپاسازی، نصب و به کارگیری حداقل برای یک تا دو سال را داشته باشد. اما این پایان کار نیست. چنین توربینی باید قابلیت جمع‌آوری و انتقال به نقطه‌ای دیگر را نیز داشته باشد.

صرفه‌جویی در هزینه‌ها و راه‌اندازی فوری

هر فناوری جدیدی که برای رقابت وارد بازار می‌شود لزوما باید از ویژگی‌های خاصی برخوردار باشد و این واقعیت درباره توربین بادی شناور نیز صدق می‌کند. در حالی که راه‌اندازی و نگهداری توربین‌های بادی بزرگ فعلی نه تنها به شمار زیادی از متخصصان نیاز دارد بلکه این کار طی چند روز و با صرف هزینه‌های زیاد صورت می‌گیرد اما توربین بادی شناور در همان روزی که باد می‌شود، آماده به کار است و شروع به تولید انرژی برق از جریان باد می‌کند. نصب و راه‌اندازی این توربین جدید کار بسیار ساده‌ای است. به جای تزریق حجم زیادی بتن برای ساخت پایه‌های توربین و همچنین راه‌اندازی برج مخصوص چند طبقه، تنها چند نفر با استفاده از یک دستگاه کامیون و کمپرسور توربین بادی شناور را باد کرده و آن را به پایه اصلی متصل می‌کنند.

اما این تمام مزایای چشمگیر این فناوری جدید نیست. یکی از اهداف طراحان توربین بادی شناور به کارگیری آن در مناطق دور افتاده و صعب‌العبور است. مناطق زیادی در سراسر جهان وجود دارد که به دلیل دورافتاده بودن به شبکه سراسری برق دسترسی ندارند. در این مناطق معمولا از ژنراتورهای دیزلی استفاده می‌شود که منبع پربازدهی برای تأمین انرژی به شمار نمی‌آید. در این مناطق به کارگیری سیستم‌های تولید انرژی تجدیدشونده از نظر اقتصادی عملا غیرممکن است. به عنوان مثال در قطب شمال امید چندانی به استفاده از نور خورشید برای تولید برق نیست. از آن گذشته جاده‌های همواره پوشیده از برف و یخ زده منتهی به این مناطق نصب و راه‌اندازی توربین‌های بادی فعلی را منتفی می‌کند. اکنون می‌توان با اطمینان از کارکرد قطعی توربین بادی شناور در صعب‌العبورترین مناطق جهان صحبت کرد. بسیاری از مناطق آلاسکا قابلیت به کارگیری این فناوری نوین را دارد. از این رو مقامات تأمین انرژی در این مناطق کمک 740 هزار دلاری برای به ثمرنشستن این ایده جاه‌طلبانه ارائه کرده‌اند.

شرکت سازنده این توربین جدید در نظر دارد نخستین نمونه از آن را با قابلیت تولید 30 کیلووات برق در سال آینده در آلاسکا راه‌اندازی کند. برآورد شده که این توربین مصرف سوخت ژنراتورهای دیزلی را سالانه تا بیش از 40 هزار لیتر کاهش می‌دهد. در فازهای بعدی قرار است تولید برق به این روش به 100 و 200 کیلووات در هر واحد هم برسد. این میزان برق برای تأمین انرژی الکتریکی معادن و سایر پروژه‌های بزرگ ساخت و ساز کافی است. درحقیقت شرکت سازنده توربین بادی شناور به پروژه‌های صنعتی بزرگ سراسر جهان به عنوان فرصتی ارزشمند برای توسعه این فناوری نوین نگاه می‌کند.

با توجه به مقرون به صرفه بودن توربین بادی شناور، اکنون این پرسش مطرح می‌شود که آیا قرار است توربین‌های بادی فعلی بتدریج جمع‌آوری شود؟ ادم رین در پاسخ می‌گوید: خیر، قرار نیست توربین جدید ما جایگزین توربین‌های فعلی شود بلکه تلاش می‌کنیم فناوری توربین‌های بادی را گسترش داده و آن را به دورافتاده‌ترین نقاط زمین نیز برسانیم.

چهار سال پیش زمانی که ادم رین و همکارش بن گلاس تازه از دانشگاه MIT فارغ‌التحصیل شده و نخستین نمونه چوبی توربین بادی قابل نصب در ارتفاعات را طراحی می‌کردند تصور نمی‌کردند کمتر از چهار سال به جایی برسند که شاهد عملیاتی شدن ایده‌شان در ابعاد بزرگ باشند.

آنچه این محققان جوان تولید کرده‌اند دست‌کمی از یک سیستم پیشرفته و پیچیده روباتیکی ندارد. در حقیقت مجموعه روباتیکی ویژه‌ای در مرکز ثقل این توربین بادی تعبیه شده که به طور کاملا هوشمندانه هزینه‌ها و میزان بازدهی را مدیریت می‌کند به طوری که با فرامین صادر شده از این سیستم ارتفاع توربین تغییر کرده و حتی با توجه به تغییرات جوی برای قرار گرفتن در بهترین وضعیت تنظیم دوباره می‌شود. در نتیجه در هزینه‌های مربوط به نگهداری و به روزرسانی‌های لازم صرفه‌جویی چشمگیری صورت می‌گیرد.

نهایت چشم‌انداز شرکت سازنده این توربین بادی جدید اوج هیجان را به همراه دارد. گفته می‌شود در آینده‌ای نه چندان دور نسخه‌های ویژه نصب بر فراز آب‌های ساحلی طراحی و ساخته خواهد شد. بدون شک نمونه چند مگاواتی توربین بادی شناور برای نصب بر فراز آب‌های ساحلی (در فاصله 16 کیلومتری نواحی ساحلی) در مقایسه با توربین‌های بادی که در مناطق ساحلی نصب می‌شوند بمراتب با هزینه‌های کمتری همراه خواهد بود.

تولید انرژی بادی در ارتفاع 600 متری چگونه صورت می‌گیرد؟

A توربین بادی شناور با استفاده از یکهزار مترمکعب هلیوم در هوا شناور می‌شود. در عین حال چهار باله پر از هوا نیز مسئول حفظ ثبات و پایدارسازی توربین خواهد بود. مهندسان شرکت سازنده با شرکت ILC Dover که در زمینه طراحی کشتی هوایی و لباس فضانوردی تخصص دارد برای ساخت بدنه مقاوم در برابر تغییرات شدید جوی و پرتوی ماوراءبنفش خورشید همکاری نزدیکی داشته است.

B نخستین توربین بادی شناور جهان ظرفیت تولید 30 کیلووات برق را دارد که با استفاده از این میزان می‌توان برق چند خانه را تامین کرد. نسخه بزرگ‌تر آن توان تولید 200 کیلووات الکتریسیته را دارد. نکته جالب توجه این است که چنین توربینی قابلیت حمل آنتن رادیویی یا سلولی و حتی آنتن اینترنت بی‌سیم را نیز دارد.

C سه کابل قدرتمند پلیمری مانع از در هم پیچ خوردن یا فرار احتمالی توربین بادی می‌شود. همچنین یک کابل مسی نیز الکتریسیته تولید شده را روانه باتری یا شبکه برق می‌کند.

D ایستگاه زمینی متصل به توربین بادی شناور به اطلاعات حسگر ارسالی از آن واکنش نشان می‌دهد. این تبادل ارتباطاتی به کل سازه کمک می‌کند که بازده سیستم در برابر وزش باد با سرعت 48 کیلومتر بر ساعت که طی آن بازدهی در سطحی عالی ارزیابی می‌شود پایدار بماند. همچنین با استفاده از سه جرثقیل کوچک متصل به ایستگاه زمینی عملیات تغییر ارتفاع یا چرخش توربین برای قرارگرفتن در جهتی مناسب براحتی صورت می‌گیرد. نکته جالب اینجاست که در صورت وزش بادهای شدید (سریع‌تر از 121 کیلومتر بر ساعت) این سه جرثقیل سریعا شروع به پایین کشیدن توربین می‌کنند.

پاپیولار ساینس / مترجم: مهدی پیرگزی