توربین بادی، دستگاهی که برای تبدیل انرژی جنبشی باد به الکتریسیته استفاده می شود.
توربین های بادی در اندازه های مختلفی وجود دارند، مدل های مقیاس کوچک برای تامین برق خانه های روستایی یا کابین ها و مدل های مقیاس اجتماعی برای تامین برق تعداد کمی از خانه های درون یک جامعه استفاده می شود. در مقیاس های صنعتی، بسیاری از توربین های بزرگ در مزارع بادی واقع در مناطق روستایی یا دریایی جمع آوری می شوند. اصطلاح آسیاب بادی، که معمولاً به تبدیل انرژی باد به برق برای آسیاب یا پمپاژ اشاره دارد، گاهی اوقات برای توصیف توربین بادی استفاده می شود. با این حال، اصطلاح توربین بادی به طور گسترده ای در منابع اصلی به انرژی تجدیدپذیر استفاده می شود.
انرژی باد، که قدرت یک منبع پایان ناپذیر مانند باد را به برق تبدیل می کند، یک سرمایه گذاری پایدار و ارزشمند برای آینده است. استفاده از باد مستلزم احداث نیروگاه های بادی، چه در خشکی و چه در دریا، با ده ها توربین بادی است. این غول ها در سال های اخیر بخشی از چشم انداز شده اند، اما آیا می دانیم آن ها چگونه کار می کنند؟
باد چگونه بوجود می آید؟ تابش خورشید بر سطح زمین به طور یکسان تأثیر نمی گذارد: برخی مناطق گرم تر از مناطق دیگر هستند و در این مناطق هوا با وزن کم تر تمایل به افزایش دارد و مناطق کم فشار ایجاد می کند، در حالی که در مناطق سردتر هوا پایین می آید و وزن بیش تری ایجاد می کند و باعث ایجاد مناطق فشار بالا می شود. تفاوت فشار باعث حرکت هوا و ایجاد باد می شود، عنصری بسیار قوی که می توان از آن برای تولید انرژی استفاده کرد.
انرژی باد چیست؟
انرژی باد عبارت است از انرژی حاصل از نیروی باد. چگونه؟ از طریق توربین بادی که انرژی جنبشی جریانات هوا را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. این انرژی عمدتا با روتور استخراج می شود، که انرژی جنبشی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند و با ژنراتور، که این انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. ما در مورد انرژی تجدیدپذیر، کارآمد، بالغ و ایمن صحبت می کنیم که کلید گذار انرژی و کربن زدایی اقتصاد است.
قدرت باد چگونه کار می کند؟
همان طور که قبلاً اشاره کردیم، برای استفاده از انرژی جنبشی باد و تبدیل آن به انرژی الکتریکی، استفاده از توربین بادی ضروری است. استفاده بهینه از این غول ها (ارتفاع آن ها معمولاً بین 80 تا 120 متر است) بستگی به قدرت باد دارد. به همین دلیل، مزارع بادی، که تعداد زیادی از توربین های بادی را در خود جای داده و امکان دستیابی به این انرژی را در مقادیر زیاد فراهم می کند، باید در مکان هایی که شرایط باد شدید است غالب شوند.
توربین بادی چیست؟
توربین بادی نسخه بسیار مدرن آسیاب بادی است. به بیان ساده، از نیروی باد برای ایجاد برق استفاده می کند. توربین های بادی بزرگ تر قابل مشاهده هستند، اما شما هم چنین می توانید یک توربین بادی کوچک را برای استفاده شخصی خریداری کنید، به عنوان مثال برای تأمین نیروی کاروان یا قایق.
توربین های بادی می توانند نیروی باد را به الکتریسیته تبدیل کنند که همه ما برای تأمین برق خانه ها و مشاغل خود از آن استفاده می کنیم. آن ها می توانند مستقل باشند، فقط یک یا تعداد بسیار کمی از خانه ها یا مشاغل را تأمین می کنند، یا می توانند به صورت خوشه ای بخشی از یک مزرعه بادی را تشکیل دهند.
جهت توربین های بادی باید در جهت باد باشد، که با استفاده از یک پره روی ناسل انجام می شود. از آن جا، نیروی جریان هوا سه قسمت اصلی توربین بادی را در حرکت قرار می دهد:
روتور: از سه پره و بوش متصل کننده آن ها تشکیل شده است، وظیفه آن گرفتن نیروی باد و تبدیل آن به انرژی چرخشی مکانیکی است.
ضرب کننده: با استفاده از یک محور به موتور متصل می شود، عملکرد آن افزایش سرعت چرخش از 30 دور در دقیقه (دور در دقیقه) به 1500 دور در دقیقه است.
ژنراتور: این عنصر مسئول تبدیل انرژی مکانیکی چرخش به انرژی الکتریکی است.
هر یک از توربین های بادی که یک مزرعه بادی را تشکیل می دهند توسط کابل های زیرزمینی که برق را به یک پست ترانسفورماتور منتقل می کنند به یکدیگر متصل شده اند. از آن جا از طریق شبکه های توزیع شرکت های مختلف برق به خانه ها، کارخانه ها یا مدارس، در میان سایر دریافت کنندگان، منتقل می شود.
توربین بادی چگونه کار می کند؟
ابتدا بیایید با قسمت های قابل مشاهده مزرعه بادی که همه ما به دیدن آن ها عادت کرده ایم شروع کنیم توربین های بلند سفید یا خاکستری کم رنگ. هر یک از این توربین ها از مجموعه ای از پره ها، جعبه ای در کنار آن ها به نام ناسل و شفت تشکیل شده است. باد باعث چرخش تیغه ها می شود و انرژی جنبشی ایجاد می کند. تیغه ها به این ترتیب می چرخند و سپس باعث می شوند که محور در ناسل بچرخد و یک ژنراتور در ناسل این انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.
در مرحله بعد برق تولیدی توربین بادی چه می شود؟
برای اتصال به شبکه سراسری، سپس انرژی الکتریکی از طریق یک ترانسفورماتور در محل منتقل می شود که ولتاژ را نسبت به سیستم برق ملی افزایش می دهد. در این مرحله معمولاً برق به شبکه انتقال شبکه ملی منتقل می شود و آماده انتقال آن است تا در نهایت بتواند در خانه ها و مشاغل مورد استفاده قرار گیرد. متناوبا، یک مزرعه بادی یا یک توربین بادی می تواند برق تولید کند که به طور خصوصی توسط یک فرد یا مجموعه کوچکی از خانه ها یا مشاغل استفاده می شود.
چرا توربین های بادی معمولاً سفید یا خاکستری کم رنگ هستند؟
توربین های بادی معمولاً سفید یا خاکستری کم رنگ هستند – ایده این است که آن ها را تا حد ممکن از نظر بصری محو کنید. در مورد این که آیا آن ها باید در رنگ های دیگر، به ویژه سبز، رنگ آمیزی شوند، به آن ها کمک می کند تا بهتر با محیط خود ترکیب شوند.
چقدر باد لازم است تا توربین بادی کار کند؟
توربین های بادی می توانند در هر چیزی از سرعت بسیار سبک تا شدید باد کار کنند. آن ها حدود 80 درصد از مواقع تولید می کنند، اما نه همیشه با ظرفیت کامل. در بادهای واقعاً شدید آن ها برای جلوگیری از آسیب خاموش می شوند.
مزارع بادی در کجا قرار دارند؟
مزارع بادی معمولاً در بادگیرترین نقاط ممکن واقع شده اند تا حداکثر انرژی را ایجاد کنند – به همین دلیل است که احتمالاً آن ها را در دامنه تپه ها یا ساحل خواهید دید. مزارع بادی موجود در دریا، مزارع بادی دریایی نامیده می شوند، در حالی که مزارع بادی در خشکی، مزارع بادی خشکی نامیده می شوند.
اولین توربین بادی و اولین نیروگاه بادی کجا بود؟
اولین توربین بادی که برق تولید می کرد توسط پروفسور جیمز بلث در خانه تعطیلات خود در اسکاتلند در سال 1887 ایجاد شد. ارتفاع آن 10 متر بود و پارچه بادبانی داشت.
اولین نیروگاه بادی جهان در نیوهمپشایر در آمریکا در سال 1980 افتتاح شد.
انواع توربین های بادی
جذب انرژی طبیعی زمین از طریق باد زمانی ایده ای انتزاعی بود. با این حال، در نهایت، مهندسان توانستند این ایده را متمرکز کرده و از طریق فناوری نوآورانه به مرحله اجرا در آورند. در طول توسعه توربین های بادی، نمونه های اولیه زیادی ایجاد شد و بسیاری از اولین نمونه هایی که طراحی شده اند هنوز هم امروزه استفاده می شوند، فقط با مهندسی مدرن تر. در این جا تعدادی از توربین های بادی مختلف که امروزه به آن ها عادت کرده ایم را بررسی می کنیم.
توربین های بادی با محور چرخش افقی HAWT
“HAWT” یک توربین بادی دسترسی افقی است. این ها نوعی از توربین های بادی هستند که بیش تر مورد استفاده قرار می گیرند و معمولاً اولین هایی هستند که وقتی به انرژی باد فکر می کنیم به ذهن ما می رسند. این توربین ها می توانند دو، یا بیش تر از سه پره در بالای برج داشته باشند که ارتفاع آن ها تا 120 متر می رسد. طول پره ها می تواند بیش از 60 متر باشد و می تواند تا 20 مگاوات انرژی تولید کند.
توربین های بالا- بادی
این ها توربین هایی هستند که رو به باد هستند. این بدان معناست که باد مستقیماً به داخل توربین می وزد، نه این که از پشت آن وارد شود. این ها توربین های بادی HAWT هستند که بیش تر مورد استفاده قرار می گیرند.
مزایا: این راه کارآمدتری برای دریافت انرژی از باد است، زیرا به جلوگیری از سایه باد پشت برج کمک می کند.
معایب: سایه باد در جلوی برج هنگامی که باد به سمت آن می آید رخ می دهد. برای جلوگیری از این امر، روتور باید بیش تر از برج فاصله داشته باشد، که این یک تغییر گران است.
توربین های پایین بادی
این توربین ها با باد روبرو نیستند، بنابراین باد در واقع به پشت توربین ضربه می زند تا حرکت کند.
مزایا: روتور می تواند انعطاف پذیرتری بیش تری ایجاد کند. این بدان معناست که سایه باد را می توان به راحتی کاهش داد و یک مدل سبک تر را می توان برای کاهش تنش از برج در وزش باد شدید طراحی کرد.
معایب: قدرت باد متغیر است زیرا باد مستقیماً از طریق سایه باد می وزد. اگرچه طراحی آن می تواند به راحتی سایه باد را کاهش دهد، اما هنوز در توربین های بادی کم تر به میزان قابل توجهی وجود دارد.
توربین های پوشیده شده
توربین های پوشیده شده، که به توربین های بادی تقویت کننده پخش کننده نیز معروف اند، دارای پره هایی هستند که در یک ایرفویل حلقه ای شکل قرار گرفته اند که باعث افزایش جریان هوا در سیستم می شود.
مزایا: این طرح به دلیل افزایش جریان هوا ایجاد شده از ایرفویل می تواند قدرت HAWT را تا 5 برابر افزایش دهد. تلاطم و سر و صدا نیز کاهش می یابد زیرا نوک تیغه ها توسط ایرفویل پوشانده شده اند.
معایب: این ها توربین های بسیار گران قیمت هستند و نمی توانند با توربین های مدرن و با سرعت بالا رقابت کنند.
توربین های بادی با محور چرخش عمودی VAWT
“VAWT” یک توربین بادی با دسترسی عمودی است. این نوع توربین های بادی نیروی باد را در جهت مخالف HAWT مهار می کنند. VAWT کم تر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا طراحی عمودی آن ها به اندازه طرح افقی موثر یا کارآمد نیست.
توربین های ساوونیوس
این توربین بادی شبیه یک “S” است و همانند یک بادسنج فنجانی کار می کند. باد در منحنی های آن تسخیر می شود، که باعث می شود توربین حول یک دایره حرکت کند.
مزایا: این طرح بسیار کوچک تر است، به این معنی که می توان از آن به عنوان “مقیاس کوچک” تجدید پذیر استفاده کرد.
معایب: سرعت چرخش پره ها بسیار پایین است؛ بنابراین نمی توانند به اندازه دیگر توربین ها برق تولید کنند.
توربین های پنل پره ای
با استفاده از این توربین، باد می تواند از هر جهت بیاید. این با پنل های متحرک طراحی شده است که هر کدام با دو قطب به پایه متصل شده اند.
مزایا: باد می تواند برای تولید نیرو از هر جهت به توربین ضربه بزند.
معایب: این توربین فاقد سرعت و دوام در بادهای شدیدتر است.
توربین های داریوس
این شناخته شده ترین VAWT است. دارای دو تا سه تیغه “C” است که باد را می گیرد.
مزایا: این طرح بسیار کوچک تر است، بنابراین سر و صدای کم تری تولید می کند و به فضای بسیار کم تری نیاز دارد.
معایت: آن ها خودشان شروع نمی کنند، بنابراین برای شروع به انرژی بیش تری نیاز دارند و تولید انرژی آن با HAWT مقایسه نمی شود.
توربین های گیرومیل
این دستگاه از سه ایرفویل عمودی با پشتیبانی افقی تغذیه می کند.
مزایا: ساخت این طرح بسیار ارزان است و در شرایط متلاطم باد خوب است.
معایب: علاوه بر هزینه کم، در مقایسه، تولید انرژی HAWT ها را تحمل نمی کند.
به طور کلی، طرح های HAWT برای تولید انرژی بالا با کم ترین هزینه مطرح می شوند. اگرچه VAWT هنوز در مقیاس کوچک تر مفید است، اما طرح افقی بهترین گزینه برای تولید انرژی باد در مقیاس بزرگ است.
طرح های جدید توربین هر روز در حال انتشار است. در حال حاضر حتی توربین های بدون پره وجود دارد که برای حرکت در طراحی به باد نیاز دارند، نه این که به گردش باد در طرح نیاز داشته باشند. آن ها حتی با استفاده از طبیعت بال های پرندگان، شروع به طراحی توربین هایی بر اساس نحوه پرواز پرندگان می کنند تا نحوه استفاده بهتر از انرژی با استفاده از مواد کم تر را بیاموزند.
این واقعیت که مهندسان راهی برای استفاده از باد به نفع بشر پیدا کرده اند، در حال حاضر چشم گیر است. این واقعیت که هر روز طرح های بیش تری در حال انتشار است فقط یک امتیاز است. به زودی، کارآمدترین طرح ها به عنوان هنجار تولید انرژی باد در نظر گرفته می شوند.
ما را در اینستاگرام دنبال کنید.
