باد هوای در حال حرکت است. باد به وسیلة گرمای غیر یکنواخت که سطح کرة زمین که حاصل عملکرد خورشید است، بوجود می‌آید. از آنجائیکه سطح زمین از سازنده‌های خشکی و آبی قنوعی تشکیل شده‌اند، اشعة خورشید را بطور غیریکنواخت جذب می‌کند. وقتی خورشید در طول روز می‌تابد، هوای روی سرزمین‌های خشکی سریعتر از هوای روی سرزمین‌های آبی گرم می‌شود. هوای گرم روی خشکی ضبط شده و بالا می‌رود و هوای خنک تر و سنگین تر روی آب جای آنرا می‌گیرد که این فرآیند بادهای محلی را می‌سازد. در شب، از آنجا که هوا روی خشکی سریعتر از هوای روی آب خنک می‌شود، جهت باد برعکس می‌شود.
به همین طریق بادهای بزرگ جوی که زمین را دور می‌زنند به علت اینکه هوای سطحی نزدیک استوا در اثر گرمای خورشید بیشتر از هوای قطب شمال و جنوب گرم شده، بوجود می‌آیند. از آنجا که باد تا زمانیکه خورشید به زمین می‌تابد، بطور پیوسته تولید خواهد شد، آنرا منبع انرژی تجدید شونده می‌نامند. امروزه، انرژی بادی عمدتاً برای تولید برق بکار برده می‌شود.

در طی تاریخ، انسانها باد را به شیوه‌های مختلف به کار بردند. بیش از پنج هزار سال پیش، مصریان باستان از نیروی باد برای راندن کشتی‌های خودروی رود نیل استفاده کردند. بعد از آن، انسان آسیاب بادی را برای آسیاب کردن بذر خود ساخت. جدیدترین آسیاب بادی متعلق به ایران است. این آسیاب شبیه به پاروهای بسیار بزرگ بوده.

قرن‌ها بعد، مردم هلند طرح پایة آسیاب بادی را بهبود دادند. آنها تیغه‌های پروانه مانند ساخته شده از پره‌های نو به آسیاب بادی اضافه کردند و روشی برای تغییر جهت آن مطابق با جهت باد ابداع کردند. آسیاب‌های بادی به هلندی‌ها کمک کردند که در قرن ۱۷ صنعتی ترین کشور جهان باشند.

برخی از کشورها آسیاب‌های بادی را برای آسیاب گندم و ذرت، پمپ کردن آب و قطع درختان به کار می‌بردند. در سال ۱۹۲۰ در کشورهای توسعه یافته از آسیابهای کوچک برای تولید برق روستایی بدون خدمات برق به کار بردند. در سال ۱۹۳۰ زمانیکه خطوط نیرو شروع به انتقال برق از نواحی روستایی کرد، آسیابهای محلی کمتر و کمتر شدند، اگرچه در حال حاضر نیز می‌توان آنها را دید.

ذخایر نفت در سال ۱۹۷۰ تصویر انرژی را برای کشورهای جهان عوض کرد. این امر محیطی بازتر برای منابع جایگزین انرژی خلق کرد و راه را برای ورود مجدد آسیاب‌های بادی به چشم انداز آمریکایی در تولید برق هموار کرد.

مکانیسم‌های آسیاب‌های بادی

آسیابهای بادی چون سرعت باد را کم می‌کنند، می‌توانند کار کنند. باد روی تیغه‌های ورقه مانند نازکی جریان یافته و آنها را بلند می‌کند و باعث چرخش آنها می‌شوند (مانند تأثیر باد روی بالهای هواپیما) تیغه‌ها به میلة هدایت متصل است و آن نیز یک مولد برق را چرخانده و الکتریسیته تولید می‌کند.

مکانیسم‌های بادی نو

مکانیسم‌های بادی امروزه از لحاظ فنی بسیار پیشرفته‌تر از انواع قدیمی هستند. در این مکانیسم همچنان برای جمع‌آوری انرژی حرکتی باد از تیغه‌ها استفاده می‌شود اما این تیغه‌ها که از فایبرگلاس یا هر مادة محکم دیگر ساخته شده‌اند.

مکانیسم‌های بادی مدرن هنوز با مشکلاتی دست و پنجه نرم می‌کند، مثلاً اینکه وقتی باد نمی‌وزد باید چه کرد. توربین‌های بزرگ به شبکة نیرویی خدماتی متصل شده‌اند. برخی از آنها هنگامی که بادی نمی‌وزرد، جمع می‌شوند. توربین‌های کوچک گاهی اوقات به مولدهای الکتریکی ـ دیزلی متصلند و یا گاهی اوقات دارای باتری برای ذخیرة برق اضافی جمع آوری شده در هنگام وزش بادهای شدید، هستند.

انواع آسیابهای بادی

امروزه عموماً دو نوع مکانیسم بادی استفاده می‌شود، محور افقی با تیغه‌های شبیه به پرة هواپیما و محور عمودی که شبیه به فرفره است.

مکانیسم بادی محور افقی به علت اینکه مواد کمتری برای یک واحد برق نیاز دارد، بیشتر مورد استفاده است. حدود ۹۵ درصد مکانیسم‌های بادی افقی محور هستند. ماشین بادی افقی ویژه‌ای دارای ارتفاعی به اندازة یک ساختمان ۲۰ طبقه و سه تیغه دارد که قطر چرخش آن ۲۰۰ متر است. بزرگترین ماشین‌های بادی دنیا تیغه‌هایی بزرگتر از یک زمین فوتبال دارند! ماشینهای بادی برای اینکه باد بیشتری را به دام بیندازند، بلند و عریض هستند.

ماشین‌های آسیاب بادی افقی

ماشینهای بادی با محور قائم تنها پنج درصد ماشینهای بادی بکار برده شده در دنیای امروز را به خود اختصاص داده است. نوع نمونه آن ۱۰۰ متر طول و ۵۰ متر پهنا دارد.

هر ماشین باری امتیازات و ایرادات خود را دارد. ماشینهای با محور افقی نیاز به روشی برای نگهداشتن گرداننده رو به باد دارد. این کار با یک دم روی ماشینهای کوچک انجام می‌گیرد. در ماشینهای بزرگ، یا یک گردانند در بخش پایینی برج قرار دارد که کاری شبیه به بادنمای هواشناسی را انجام می‌دهد و یا یک موتور هدایت کننده به کار برده می‌شود، ماشینهای با محور قائم می‌توانند باد را در هر جهتی قبول کنند.

دستگاههای نیروی بادی

دستگاههای نیروی بادی یا فراری بادی، سری ماشینها بادی است که برای تولید برق بکار برده می‌شوند. یک مزرعة بادی معمولاً دارای چندین ماشین پخش شده در ناحیة وسیعی است. دستگاههای هسته‌ای یا ذغالی و بسیاری از دستگاههای بادی غالباً به شرکت‌های با منافع عمومی داده نمی‌شوند. در عوض آنها توسط تاجرانی که برق تولید شده از مزرعة بادی را برای خدمات رفاهی می‌فروشند، اداره و مدیریت می‌شود. این شرکت‌های خصوصی به عنوان «تولید کننده‌های مستقل نیرو» شناخته می‌شوند.

به کار اندازی یک دستگاه نیروی بادی کار آسانی نیست و مالکان آن باید برای تعیین موقعیت نصب آن به دقت برنامه ریزی کنند. آنها باید میزان وزش باد، شرایط هواشناسی محلی، نزدیکی خطوط انتقال برق و کدهای منطقه‌بندی محلی را در نظر بگیرند.

دستگاههای بادی به زمین‌های زیادی نیاز دارند. یک ماشین بادی حدوداً به دو جریب زمین نیاز دارد. یک دستگاه نیروی بادی صدها جریب زمین نیاز دارد. از طرف دیگر، کشاورزان می‌توانند در اطراف ماشینهای بادی محصولات خود را به بار آورده و یا به چرای گله‌هاشان بپردازند.

وقتی یک دستگاه شناخته شد، هنوز هزینه‌هایی باقی می‌ماند. در برخی حالات، هزینه‌های باقیمانده با بخشش‌های مالیاتی که به منابع تجدیدپذیر انرژی داده می‌شود، حیران می‌شوند. دستگاه سیالیست‌های منظم منافع عمومی یا PURPA هم برای خریداری برق از تولید کننده‌های مستقل نیرو با قیمت‌های منصفانه به شرکت‌هایی نیاز دارد.

منابع بادی

بهترین محل برای نصب یا ساخت دستگاه بادی کجاست؟ میانگین سرعت باد برای به صرفه بودن تبدیل انرژی باد به برق حدود ۲۳ کیلومتر در ساعت است. میانگین سرعت باد در برخی از کشورها۱۶ کیلومتر در ساعت است. به علت دسترسی آسان به باد با دوام و همیشگی، برخی شرکت‌ها نصب ماشینها را در مناطق و دور از ساحل مدنظر دارند

بهترین محل برای نصب یا ساخت دستگاه بادی کجاست؟ میانگین سرعت باد برای به صرفه بودن تبدیل انرژی باد به برق حدود ۲۳ کیلومتر در ساعت است. میانگین سرعت باد در برخی از کشورها۱۶ کیلومتر در ساعت است. به علت دسترسی آسان به باد با دوام و همیشگی، برخی شرکت‌ها نصب ماشینها را در مناطق و دور از ساحل مدنظر دارند

آنمومتر
دانشمندان از وسیله‌ای به نام آنمومتر (anemometer) برای اندازه‌گیری سرعت باد استفاده می‌کنند. آنمومتر شبیه یک بادنمای هواشناسی است با ظاهری مدرن. این وسیله سه پرده با فنجان‌هایی در سد آنها و روی میلة چرخانی که با وزش باد می‌چرخد دارد. این وسیله به متری وصل است که سرعت باد را نشان می‌دهد. یک بادنما جهت باد را نشان می‌دهد اما سرعت باد را نشان نمی‌دهد. براساس یک قانون طبیعی سرعت باد در نواحی پهناور و بدون وقفه در وزش باد، با عرض جغرافیایی افزایش می‌یابد. مکانهایی مناسب برای دستگاههای بادی بالای تپه‌های گرد و صاف، دشت یا سواحل باز و فواصل کوهی که مثل قیف عمل می‌کنند، هستند .

تولید باد

چقدر می‌توانیم از باد انرژی بدست آوریم؟ دو اصطلاح وجود دارد که تولید پایة برق را توضیح می‌دهد. عامل کارایی و عامل گنجایش.

کارایی به این موضوع بر می‌گردد که چقدر می‌توان انرژی مفید (در این مورد، برق) از منبع انرژی کسب کرد. یک ماشین انرژی صد درصد کارا، می‌تواند تمام انرژی را به انرژی مفید تبدیل کند و هیچ انرژی را هدر نمی‌دهد هیچ ماشین با کارایی یا بهره وری صد درصد وجود ندارد. بعضی انرژی‌ها همیشه وقتیکه شکلی از انرژی به شکل دیگر تبدیل می‌شود، از دست می‌روند. انرژی هدر رفته معمولاً به شکل گرمای پراکنده شده در هوا است و نمی‌توان از آن بهرة اقتصادی مجدد برد. ماشین‌های بادی چقدر کارایی دارند؟ ماشینهای بادی تنها به اندازة دستگاههای دیگر مانند دستگاههای زغال بهره وری دارند. ماشین‌های بادی ۳۰ تا ۴۰ درصد انرژی متحرک باد را به برق تبدیل می‌کند، یک دستگاه مولد نیروی زغال سوز، حدود ۳۰ تا ۳۵ درصد انرژی شیمیایی زغال را به الکتریسیتة قابل استفاده تبدیل می‌کند

واژة گنجایش به توانایی دستگاه نیرو در تولید برق بر می‌گردد. یک دستگاه نیرو با گنجایش صد درصد تمام روز و هر روز هفته با تمام نیرو کار می‌کند. در چنین شرایطی هیچ وقتی برای تعمیر یا سوختگیری صرف نمی‌شود که اینچنین چیزی برای هر دستگاهی غیرممکن است. مشخصاً دستگاههای زغالی اگر تمام روزهای سال و بطور شبانه روزی کار کنند، دارای ظرفیت ۷۵ درصد خواهند بود.

دستگاههای نیروی باد متفاوت از دستگاههای مولد نیروی سوخت سوز هستند. بهره‌وری آنها به میزان باد و میزان سرعت باد بستگی دارد. بنابراین ماشین‌های بادی نمی‌توانند در طول سال بطور ۲۴ ساعته کار کنند. یک توربین بادی در یک مزرعة بادی شاخص در ۶۵ تا ۸۰ درصد زمان کار می‌کند، اما معمولاً کمتر از گنجایش کامل خود، زیرا سرعت باد همیشه در بیشترین مقدار خود نیست. بنابراین عامل گنجایش ۳۰ تا ۳۵ درصد است. علم اقتصاد نیز بخش عظیمی از گنجایش را داشته باشند، اما این امر خود اقتصادی نیست. تصمیم در این مورد براساس خروجی الکتریسیته در هر دلار سرمایه‌گذاری است.

یک ماشین بادی می‌تواند ۵/۱ تا ۴ میلیون کیلو وات ساعت (kWh) برق در سال تولید کند. این میزان برق برای ۱۵۰ تا ۴۰۰ خانه در سال کافی‌ست. در این کشور، ماشینهای بادی ۱۰ میلیارد کیلو وات ساعت انرژی در سال تولید می‌شود. انرژی بادی حدود ۱/۰ درصد برق ملت را که مقدار کمی هست تأمین می‌کند. این میزان برق برای کارهای خانگی یک میلیون خانه که به اندازة شهرهای شیکاگو و ایلی نویز است، کافی‌ست. کالیفرنیا بیشترین برق بادی را نسبت به سایر ایالت‌ها تولید می‌کند و تگزاس، منیسوتا و آیوا بعد از آن قرار دارند، ۱۳۰۰ ماشین بادی موجود بیشتر از یک درصد برق کالیفرنیا که حدود نصف میزان برق تولیدی در یک دستگاه نیروی هسته‌ای است را تولید می‌کند.

در سه سال گذشته گنجایش باد کل جهان بیش از دو برابر شده است. متخصصان انتظار دارند در چند سال بعد، تولید انرژی از ماشینهای بادی، سه برابر شود. هند و بسیاری از کشورهای اروپایی در حال برنامه‌ریزی برای تأسیس صنایع بادی جدید هستند. بسیاری از طرحهای جدید باد به علت عدم کنترل قانونی صنعت برق به تعویق درآورند. شرکت‌های خدماتی رفاهی و اجتماعی اطمینان نداشتند که چقدر عدم کنترل (deregulation) روی تکنولوژی‌های جدید تأثیر می‌گذارد. آیا دولت هنوز شرکت‌های خدمات رفاهی برای سرمایه‌گذاری روی طرحهای انرژی‌های تجدیدپذیر تشویق می‌کند؟ آیا بازاری برای انرژی تولید شده وجود دارد؟ چنین سئوالاتی هنوز بی‌جواب مانده. با این وجود سرمایه گذاری روی انرژی بادی به علت هزینة کم و تکنولوژی در حال پیشرفتش در حال افزایش است. باد در حال حاضر یکی از رقابتی‌ترین منابع برای تولید است.

نشانة امیدوار کنندة دیگر برای صنعت بادی تقاضای مصرف کننده برای انرژی‌های سبز انرژی‌هایی که به محیط زیست آسیبی نمی‌رسانند) است. بسیاری از شرکت‌های خدماتی به تازگی به مصرف کنندگان اجازه داده که به طور داوطلبانه برای برق تولید شده از منابع تجدیدپذیر پول بیشتری بدهند. صنعت بادی برای برگشت به حالت تعویق یا موازنه درآمده است.

اقتصاد انرژی باد

از لحاظ اقتصادی، خبرهای خوب زیادی برای انرژی بادی وجود دارد، اولین خبر اینکه یک دستگاه بادی بسیار ارزان تر از دستگاه انرژی موسوم از نظر ساخت ساخته شده است. دستگاههای باد می‌توانند به ماشینهای بادی به راحتی اضافه کردند بطوریکه تقاضای برق تقاضا پیدا می‌کند. دومین خبر اینکه هزینة تولید برق از باد در دو دهة گذشته بطور برجسته‌ای کاهش یافته است. برق تولید شده توسط باد در سال ۱۹۷۵، ۳۰ سنت برای هر کیلو وات ساعت بود، اما حالا به کمتر از ۵ سنت رسیده است. توربین‌های جدید قیمت را کمتر هم خواهند کرد.

باد و محیط زیست

در سال ۱۹۷۰، ذخایر نفت بر توسعة منابع جایگزین انرژی فشار آورد. در سال ۱۹۹۰، از دیدگاه تجدیدپذیری محیط زیست، در برابر مطالعة دانشمندان که نشاندهندة تغییرات بالقوة آب و هوای جهانی درصورت افزایش استفادة مداوم از سوخت‌های فسیلی فشاری نیز بوجود آمد. انرژی بادی یک گزینة اقتصادی و راهبردی برای دستگاههای نیروی سنتی در بسیاری از نواحی کشور ارائه می‌دهد، باد سوخت پاکی است و مزاع بادی از آنجا که هیچ سوختی را نمی‌سوزانند، هیچ آلودگی آبی با هوایی نیز ایجاد نمی‌کنند.

جدی ترین آسیب زیست محیطی ماشینهای بادی شاید تأثیر منفی آنها روی جمعیت پرندگان وحشی و بر خود دیداری غیرطبیعی در چشم انداز محیط زیست باشد، برای برخی افراد، برق زدن تیغه‌های آسیابهای بادی در افق می‌تواند آزار دهنده باشد و برای برخی دیگر آنها جایگزین زیبایی برای دستگاههای نیروی سنتی هستند.

استفاده بهینه از باد

با تیغه‌هایی که حدود ۸۷ متر قطر دارند، توربین Vestas V44-600 بزرگترین توربین بادی در حال فعالیت است. این توربین که در ۹۶ متری روی برجی در غرب شهر تراورس (Traverse) میشیگان قرار داد، کمتر از یک درصد روشنایی و نیروی خروجی مجموع شرکت‌ها را فراهم می‌کند. اما این تعداد برای حدود ۲۰۰ مصرف کننده ساکن در شهر کافی‌ست. این دسته از مردم که تمام برق خود را از نیروی باد به دست می‌آورند، با پرداخت حدود ۲۰ درصد بیشتر به عنوان بهای برق به منظور حمایت از این طرح موافقند. توربین در دانمارک ساخته شد. تیغه‌ها طوری طراحی شده‌اند که بیشترین انرژی را از بادها بگیرد و سرعت مولد و موتور چرخاننده می‌تواند برای یکنواخت کردن نوسانات نیرو کمی تغییر کند. در بادهای متوسط ۲۴ تا ۲۵، سالیانه از توربین بادی بین ۱/۱ تا ۲/۱ میلیون کیلو وات ساعت تخمین زده می‌شود.

توربین Vestas V44-600

وارپ (WARP)

سیستم متفاوت مبدل انرژی باد به برق بوسیله یک مهندس هوانورد در کنتاکی طراحی شدن بسکوی چرخان شدت یافته بود انکو (Eneco) یا همان WARP (Wind Amplified Rotor Platform) از تیغه‌های بزرگ استفاده نمی‌کند هر مدل یک جفت توربین پر ظرفیت سوار شده روی هردو سطح کانال مدل تشدید کنندة هوای مقعر دارد. سطوح مقعر کانال هوا، باد را به سمت توربین‌ها هدایت کرده و سرعت آن را ۵۰ درصد افزایش می‌دهند. انکو، برای بازاریابی تکنولوژی نیروی سکوهای نفتی دور از ساحل و سیستم‌های ارتباطات بی سیم از راه دور برنامه ریزی می‌کند. بنابراین در آینده طرح انکو می‌تواند با تولید نیروی برای خدمات رسانی رفاهی مردم بکار برده شود. نواحی WARP عظیم می‌تواند با برج‌های چندین متری که هرکدام چندین مگاوات برق تولید می‌کند، ساخته شود. حتی توربین‌ها می‌توانند برای تهیه نیروی ساکنین یک ساختمان، با ساختمان یکی شود

در بعضی روزها ممکن است متوجه نسیم باد شده باشید. گاهی مواقع همان نسیم به صورت خیلی شدید و حتی طوفان ظاهر می شود.

آیا باد انرژی دارد؟

به عکس زیر توجه کنید. در این عکس پلی را مشاهده می کنید که بر اثر وزش باد در حال ویرانی است. به جرات می توان گفت که بمب های امروزی به این خوبی نمی توانند این پل را ویران کنند!

انرژی باد از چه نوعی است؟ آیا می توان از این انرژی استفاده کرد و به وسیله آن کار انجام داد؟ آیا به وسیله آن می توان برق تولید نمود؟ برای پاسخ به این سوال به مطالب زیر توجه کنید!

دیدگاه تاریخی:

اولین آسیاب بادی در قرن هفتم میلادی در ایران ساخته شد.

استفاده از انرژی باد بین قرن های ۱۲ الی ۱۸ مرسوم گردید. سالیان دراز باد باعث چرخش پمپ‏ های آب می ‏شد.

ماشین بخار باعث کم رونق شدن انرژی باد گردید، اما در سال ۱۹۲۰ “مارسلوس جاکوب” نوعی از یک ژنراتور بادی را ساخت که مشتری فراوانی پیدا کرد و هزاران عدد از این ژنراتورها بین سال های ۱۹۳۱ تا ۱۹۵۰ ساخته شدند.

بزرگترین مولد الکتریکی انرژی بادی روی قله ای به ارتفاع ۶۰۰ متر بنا شده است و توانایی تولید Kw 1250 برق را دارد. در محل‏ های باد خیز استفاده از انرژی باد به‏صرفه می ‏باشد. نمونه ‏هایی از این مولدها می ‏تواند Kw 250 برق تولید نماید. ارتفاع این چنین دکل ‏هایی ۱۶ متر و طول پره ‏های آن ۱۰ متر می ‏باشد.

مزایا:

نیروگاه های بادی امروزی بسیار پر بازده می ‏باشند. انرژی باد مجانی است.

انرژی باد در اکثر نقاط به مقدار زیاد وجود دارد. انرژی باد به راحتی قابل تبدیل به انرژی الکتریکی است.

مضرات:

برای تولید برق بدون نوسان، لازم است که سرعت باد ثابت باشد. وقتی بادی نباشد انرژی الکتریکی در کار نیست. در مواقعی که سرعت باد خیلی زیاد می ‏باشد ژنراتورها متوقف و خاموش می ‏شوند (این امر برای جلوگیری از صدمات وارد به گیربکس و ژنراتور می‏ باشد). هزینه ساخت توربین ‏های بادی زیاد می‏ب اشد. توربین‏ های بادی بر کیفیت کار گیرنده‏ های رادیویی و تلویزیونی اثر منفی می‏ گذارند.

توربین بادی و محیط زیست:

اگر چه نیروگاه ‏های بادی اثر گلخانه‏ای یا باران اسیدی ندارند ولی بر محیط زیست اثر می ‏گذارند. صدای حاصل از این نیروگاه ها بر زندگی پرندگان اثر دارد. برای کارکرد خوب نیروگاه های بادی، درختان نزدیک نیروگاه باید بریده شوند که این امر بر زندگی حیات وحش اثر منفی دارد.

اولین کشوری که در دنیا از انرژی باد برای مصارف کشاورزی استفاده کرد ایران بود که در این زمینه سابقه ای بیش از ۲۵۰۰ تا ۳۰۰۰ سال دارد استفاده از این انرژی بعداً از طریق ایران به دیگر سرزمین های اسلامی راه یافت و سپس اروپا و قاره امریکا و سایر نقاط جهان انرژی باد را مورد استفاده قرار دادند که در مصارف مختاف مانند پمپاژ آب وآبیاری ـ آسیاب نمودن غلات ـ تولید الکتریسیته ـ استفاده مکانیکی نظیر ارّه نمودن چوب و صنایع دستی و غیره به خدمت گرفته شد و بطور وسیعی مورد بهره برداری قرار گرفت.

کشور هلند در قرن ۱۴ پیشرفته ترین کشور در این زمینه بود و از این انرژی جهت آبیاری استفاده می نمود اما دانمارکی ها اولین ملتی بودند که در زمینه تولید الکتریسیته از انرژی باد اقدام نمودند. این کشور در سال ۱۸۹۰ از یک دستگاه توربین بادی جهت تولید الکتریسیته استفاده می نمود.

با اغاز قرن بیستم اندیشه استفاده از انرژی باد و تبدیل آن به انرژی الکتریکی قوت گرفت و کشورهایی نظیر فرانسه ـ انگلیس ـ آلمان و امریکا و روسیه کوشش زیادی جهت توسعه توربین های بادی به عمل آوردند. در مباحث مربوط به انرژی باد بیشتر تاکیدات بر توربین های بادی مولد برق جهت اتصال به شبکه است؛ زیرا این نوع از کاربرد انرژی بادمی تواند سهم مهمی در تامین برق مصرفی جهان داشته باشد. تخمین زده می شود که سهم انرژی باد در تامین انرژی جهان در سال ۲۰۲۰ تقریباً برابر با Twh 375 درسال خواهد بود این میزان انرژی با استفاده از توربین های بادی به ظرفیت مجموع Gw 180 (گیگا وات) تولید خواهد بود . بطور کلی با استفاده از انرژی باد بعنوان یک منبع انرژی در دراز مدت می توان دو برابر مصرف انرژی الکتریکی فعلی را تامین کرد.
منشاء باد چیست و چگونه به وجود می آید؟

هنگامی که تابش خورشید بطور نامساوی به سطوح ناهموار زمین می رسد سبب ایجاد تغییرات در دما و فشار می گردد و در اثر این تغییرات باد بوجود می اید هم چنین اتمسفر کره زمین به دلیل حرکت وضعی زمین گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که این امر باعث بوجود آمدن باد می گردد. جریانات اقیانوسی و دوران کره زمین نیز می تواند با ایجاد پدیده هائی باد تولید نمایند. پس همانطور که گفته شد باد یکی از صورت های مختلف انرژی حرارتی خورشیدی است که دارای یک الگو جهانی نیمه پیوسته می باشد. در بازار توربین های بادی ۵۸ مدل توربین وجود دارد که از این ۵۸ مدل فقط ۴ مدل آن بدون گیربکس هستند.
مزایای بهره برداری از انرژی باد

انرژی باد نیز مانند سایر منابع انرژی تجدیدپذیر از ویژگی ها و مزایای بالاتری نسبت به سایر منابع انرژی برخوردار است اهم این مزایا عبارت است از:
۱- عدم نیاز توربین های بادی به سوخت که در نتیجه از مصرف سوخت های فسیلی کاسته میشود
۲- رایگان بودن انرژی باد
۳- توانائی تامین بخشی از انرژی برق
۴- کمتربودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد نسبت به انرژی های فسیلی
۵- کمتر بودن هزینه های سرمایه گذاری انرژی باد در بلند مدت
۶- تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرزی
۷- قدرت مانور زیاد جهت بهره برداری در هر ظرفیت و اندازه از چند وات تا چندین مگاوات
۸- عدم نیاز به آب و زمین زیاد برای نصب
۹- نداشتن الودگی محیط زیست نسبت به سوخت های فسیلی

دورنمای اقتصادی استفاده از انرژی باد در ایران امیدبخش و در حال توسعه است زیرا استفاده از این انرژی موجب صرفه جویی فرآورده های نفتی می شود. در طی دهه گذشته در بسیاری از کشورها مطالعاتی جهت تخمین منابع انرژی باد در دسترس در هر منطقه انجام گرفته که خوشبختانه با تلاش سازمان انرژی های نو تهیه اطلس باد کشور به عنوان یکی از مهمترین پروژه های جاری آن سازمان در حال اجرا است که در انتخاب محل نصب توربین های بادی با راندمان بالا به سرمایه گذاران در این صنعت کلکهای اقتصادی قابل توجهی می نماید.

همچنین با بالا رفتن نرخ خرید برق از منابع انرژی های تجدیدپذیر از بخش خصوصی در ساعت اوج مصرف از ۶۵۰ ریال به هزار وسیصد ریال در ساعت کم بار از ۴۵۰ ریال به ۹۰۰ ریال افزایش یافته که سرمایه گذاران این صنعت سود لازم را کسب خواهند نمود. در مولدهای بادی باید روشی ابداع شود که بتوان انرژی تولید شده را در مواقعی که تولید بیشتر از حد مصرف است را برای استفاده از ساعات اوج مصرف ذخیره کرد به عبارت دیگر جریان متغییر باد را به یک منبع ثابت و همیشگی انرژی تبدیل ساخت. امروزه ذخیره کردن انرژی باد از طریق استفاده از باطری خانه صورت میگیرد و بطرق دیگری هم می توان این انرژی را ذخیره نمود.

مزارع بادی

معمولاً به چندین توربین بادی متمرکز در فضای وسیعی که با محاسباتی کنار هم قرار میگیرند و جهت تامین انرژی که از طریق شبکه برق توزیع می شود طراحی شده اند مزارع بادی گفته می شود. توربین های بادی منفرد بمنظور تامین انرژی مصرفی بار الکتریکی در محل طراحی می گردند که اندازه معمولی این توربین ها بین ۵۰ تا ۵۰۰ کیلو وات است و ۶۵۰ کیلو واتی این توربین ها در ایران نصب گردیده. در امریکا ـ دانمارک ـ هلند ـ آلمان به افراد اجازه داده می شود که توربین های بادی در تملک خود را به شبکه وصل نموده و تولید اضافی خود را به سازمان برق محلی بفروشند.

ظرفیت توربین های بادی نصب شده در دنیا به بیش از ۷۴۲۲۳ مگا وات رسیده است و کشورهای آلمان ـ اسپانیا و امریکا حائز رتبه اول تا سوم نصب بیشترین توربین های بادی در دنیا هستند کشور ما به لحاظ شمار مناطق باد خیز رتبه اول را بین کشورهای منطقه بخود اختصاص داده است . منجیل گیلان ـ دیزباد و بینالود خراسان رضوی و جرندق قزوین و برخی مناطق دیگر از مناطق بادخیز شناخته شده ایران هستند با مطالعات انجام شده میزان برق قابل استحصال از انرژی باد در ایران بیش از ۱۰۰۰۰ مگا وات تخمین زده شده است. به دلیل پتانسیل بالای کشور در وزش باد و هم سو با دیگر کشور ها تعریف و اجرای پروژه های بادی در دستور کار سازمان انرژی های نو ایران قرار گرفته است. اولین نیروگاه بادی کشور در منطقه منجیل با ظرفیت نصب شده بیش از صد مگا وات هدف به دست آوردن دانش فنی و تولید برق از انرژی باد و ایجاد بازار داخلی توربین های بادی تعریف شده است. تا کنون بیش از صد واحد توربین بادی در سایت نیروگاهی منجیل شامل منجیل ـ پسکولان ـ هرزویل ـ رودبار و بابائیان نصب و مورد بهره برداری قرارگرفته است توربین ها با توان های مختلف از ۳۰۰ تا ۶۵۰ کیلو وات می باشند.

باد یکی از مظاهر انرژی خورشیدی و همان هوای متحرک است و پیوسته جزء کوچکی از تابش خورشید که از خارج به اتمسفر می‌رسد، به انرژی باد تبدیل می‌شود. گرم شدن زمین و جو آن بطور نامساوی سبب تولید جریانهای همرفت (جابجایی) می‌شود و نیز حرکت نسبی جو نسبت به زمین سبب تولید باد است.

با توجه به اینکه مواد قابل احتراق فسیلی در زمین رو به کاهش است، اخیرا پیشرفتهای زیادی در مورد استفاده از انرژی باد حاصل شده است. انرژی باد اغلب در دسترس بوده و هیچ نوع آلودگی بر جای نمی‌گذارد و می‌تواند از نظر اقتصادی نیز در دراز مدت قابل مقایسه با سایر منابع انرژی شود. در سالهای اخیر کوشش فراوانی برای استفاده از انرژی باد بکار رفته و تولید انرژی از باد با استفاده از تکنولوژی پیشرفته در ابعاد بزرگ لازم و ضروری جلوه کرده است.

احتمالا نخستین ماشین بادی به توسط ایرانیان باستان ساخته شده است و یونانیان برای خرد کردن دانه‌ها و مصریها ، رومی‌ها و چینی‌ها برای قایقرانی و آبیاری از انرژی باد استفاده کرده‌اند. بعدها استفاده ار توربینهای بادی با محور قائم سراسر کشورهای اسلامی معمول شده و سپس دستگاههای بادی با محور قائم با میله‌های چوبی توسعه یافت و امروزه نیز ممکن است در برخی از کشورهای خاورمیانه چنین دستگاههایی یافت شوند.
در قرن ۱۳ این نوع توربینها به توسط سربازان صلیبی به اروپا برده شد و هلندیها فعالیت زیادی در توسعه دستگاههای بادی مبذول داشتند، بطوری که در اواسط قرن نوزدهم در حدوود ۹ هزاز ماشین بادی به منظورهای گوناگون مورد استفاده قرار می‌گرفته است. در زمان انقلاب صنعتی در اروپا استقاده از ماشینهای بادی رو به کاهش گذاشت. استفاده از انرژی باد در ایالات متحده از سال ۱۸۵۴ شروع شد. از این ماشینها بیشتر برای بالا کشیدن آب از چاههای آب و بعدها برای تولید الکتریسیته استفاده شد.

بزرگترین ماشین بادی در زمان جنگ جهانی دوم توسط آمریکائیها ساخته شد. در شوروی سابق در سال ۱۹۳۱ ماشینی بادی با محور افقی بکار انداختند که انتظار می‌رفت ۱۰۰ کیلو وات برق به شبکه بدهد. ارتفاع برج ۲۳ متر و قطر پره‌ها ۳۰٫۵ متر بود.

باد مخرب است یا مفید؟

گهگاه توفانها و گردبادهای سهمگینی در گوشه و کنار جهان پدیدار می‌شود که اگر نیروی آنها بطور صحیح بکار گرفته شود، می‌تواند به جای مخرب بودن ، مفید باشد. اصول بهره برداری از انرژی باد از نخستین کوششهای انسان تا کنون تغییر نکرده است. با وزش باد ، قایقها و کشتیها به حرکت در می‌آیند و یا پره آسیاب بادی از طریق دنده‌ها گردانده می‌شود. امروزه مولدهای الکتریسیته بادی به نحوی طراحی شده‌اند که از حداکثر نیروی باد بهره برداری شود و انرژی باد بجای آسیاب کردن غلات ، بوسیله یک ژنراتور توربینی تبدیل به الکتریسیته می‌شود.

مزایای انرژی بادی

یکی از مزایای انرژی باد آن است که وزش باد در زمستانها سریعتر است و هنگامی که نیاز بیشتری به برق داریم، الکتریسیته بیشتری تولید می‌شود. این انرژی بدون ایجاد آلودگی ، دارای منبع انرژی پایان ناپذیر و فن آوری آزموده شده است. پیشرفتهای اخیر در صنعت ، همواره سبب کاهش هزینه الکتریسیته تولید شده توسط مولدهای بادی می‌باشد؛ این مبلغ کمتر از هزینه الکتریسیته تولید شده توسط زغال سنگ و شکافت هسته‌ای است و از نظر اقتصادی قابل رقابت با سایر موارد می‌باشد.

همچنین مانند دیگر انرژیهای قابل تجدید و ادامه دار مخالفان زیادی ندارد. بریتانیا دارای موقعیتهای خوبی از نظر منبع باد در اروپا است. دانمارک در مقایسه با انگلستان که فقط ۲۵% درصد الکتریسیته مورد نیاز خود را از نیروی باد تأمین می‌کند، ۳٫۷ درصد (۶۰۰ میلیون وات) الکتریسیته مورد نیاز را از انرژی باد تهیه می‌کند؛ در صورتی که منبع باد انگلستان ۲۸ برابر بیش از دانمارک است.

ناکار آمدیهای انرژی بادی

گفته می‌شود که یکی از بزرگترین موانع بهره برداری از نیروی باد در بریتانیا ، مسأله تأثیر زیست محیطی آن است. بسیاری از مردم می‌گویند مولدهای بادی از نظر ظاهری ناخوشایند بوده و پر سر و صدا می‌باشند؛ بخصوص چون در نواحی زیبای خارج از مناطق شهری قرار دارند. اما باید گفت مولدی که سوخت آن زغال سنگ است، مسلما پر سر و صداتر و زشت تر از دکلهای آسیاب بادی خواهد بود. صدای متوالی توربینهای دکلهای آسیاب بادی برای کسانی که در نزدیکی آنها می‌باشند، یک موضوع مهم به شمار می‌رود. اکنون صدای این مولدها به کمک فناوری چرخ دنده‌ها و توربینهای سه تیغه‌ای قابل کنترل می‌باشد.

نیروگاه ساحلی

یک راه پیشگیری از شکایات مذکور ، بنا کردن مجموعه دکلهای بادی در پایگاههای ساحلی است که هیچ کس نه آنها را می‌بیند و نه صدایشان را می‌شنود؛ همچنین در آنجا اغلب وزش باد دو برابر خشکی می‌باشد. با اینکه هوای دریا طبیعتی تباه کننده دارد و سبب کاهش عمر مولدها می‌گردد، اما در عوض احتمال تخریب و خرابکاری در آنها کاسته می‌شود.

نیروگاههای جدید بادی

امروزه ارتفاع برجهای مخصوص انرژی باد به ۷۰ متر می‌رسد، می‌توانند ۱٫۵ مگاوات برق تولید کنند. اما نصب روتورهای (چرخنده‌ها) قویتر در این تأسیسات می‌تواند بهای الکتریسته حاصل از این منبع غیر سنگواره‌ای را تا حد قابل ملاحظه‌ای کاهش دهد. در حال حاضر یک شرکت آلمانی در صدد است تا با تولید نسل جدیدی از تأسیسات بادی هزینه این منبع انرژی جایگزین را تا حد الکتریسیته هسته‌ای کاهش دهد. برج جدید که ۹۰ متر ارتفاع دارد، قادر است ۵ مگاوات الکتریسیته تولید کند، از آنجا که مجموعه چرخ دنده‌ها و مواد در یک واحد جای دارند، بخش محرک بسیار سبکتر از نمونه‌های قبلی است. این ویژگی امکان استفاده از این تأسیسات را در دریاهای آزاد که در آنها بادهای قویتری می‌وزد، آسانتر می‌سازد.

از اطلاعات مربوط به صنعت هواپیمایی ، آیرودینامیک ، الکترونیک و … در ساخت این ماشینها بهره گیری می‌شود. به این ترتیب پروانه‌هایی ساخته می‌شود که برای بادهای تند بطور سریع کار می‌کند. ماشینهای دیگر غیر از پروانه نیز مورد نظر بوده و در حال توسعه است. دو درصد از انرژی خورشید که به زمین می‌رسد به باد تبدیل می‌گردد، ۳۵ درصد انرژی باد در ضخامت یک کیلومتری از سطح زمین موجود است. محاسبات نشان می‌دهد که برای تمام سیاره زمین این انرژی ۲۰ برابر انرژی مصرفی دنیا است.

نیروگاه بادی در آسمان

بهره‌گیری از نیروی باد به عنوان یکی از منابع انرژی نو روز به روز بیشتر می‌شود. توان کنونی جهان ، حدود ۵۰ هزار مگاوات است؛ یعنی چیزی در حدود توان ۵۰نیروگاه هسته‌ای. اما هنوز مشکلاتی بر سر راه بهره‌برداری از این الکتریسیته‌ سبز وجود دارد. توربینهای چرخان باعث تداخل در دریافت تلویزیونی می‌شوند و به نظر می‌رسد وقتی باد نمی‌وزد، منظره‌‌ ناخوشایندی از چیزهایی بی‌مصرف را به نمایش می‌گذارند.

اما برایان رابرت ، مهندس استرالیایی ، راه حل جالبی برای این کار دارد: به جای برافراشتن توربینها روی زمین ، آنها را در جریان تند باد در ارتفاع ۱۵ تا ۴۵ هزار پایی شناور می‌سازیم. او با همکاری سه مهندس دیگر دستگاهی را ساخته‌اند که ژنراتور الکتریکی پرنده (FEG) نام گرفته است. این دستگاه مانند بادبادک در هوا شناور می‌ماند و بادهایی با سرعت ۲۰۰ مایل بر ساعت ، پره‌های آن را می‌چرخانند. جریان الکتریکی تولید شده از راه رشته‌ بسیار محکمی به ایستگاه زمینی فرستاده می‌شود. به نظر این مهندس استرالیایی می‌توان ۶۰۰ عدد از این دستگاهها را در هوا داشت که هر کدام ۲۰ مگاوات برق تولید می‌کنند.

محاسبه سرعت میانگین باد

بادها از یک قانون کلی تبعیت می‌کنند، ولی از لحاظ شدت روزانه و مدت وزش در هر نقطه از زمین بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌کند. سرعت باد نسبت به ارتفاع از سطح دریا تغییر می‌کند. با آزمایشهایی که انجام یافته ، نسبت توان تولیدی در ارتفاع ۱۵۰۰ متری به توان تولیدی در ارتفاع ۵۰ متری برابر ۲۵ و در ارتفاع ۳۰۰ متری این نسبت برابر ۱۰ می‌باشد.

مسائل اقتصادی ماشینهای بادی

امروزه تکنولوژی استفاده از انرژی باد در بسیاری از کشورها در دسترس بوده و ارزانترین راه برای تهیه الکتریسیته از مشتقات انرژی خورشیدی تشخیص داده شده است. بهای انرژی تولید شده به عوامل محیطی و عملی و نیز نوع ماشین بکار گرفته شده بستگی دارد. با بررسیهای مختلفی که در زمینه قیمت استفاده از انرژی باد انجام گرفته است، نشان می‌دهد که گر چه هزینه ماشینهای بادی با بزرگی و نیز ازدیاد توان تخمینی آنها افزایش می‌یابد، ولی بهای هر کیلو وات انرژی آنها کاهش پیدا می‌کند.

وقتی کاربردهای جمعی ماشینهای بادی مورد نظر باشد، هزینه‌های کاربردهای جمعی ماشینها در ابعاد کوچک است. لازم به یاد آوری است که در انتخاب دستگاههای بزرگ محدودیتهایی وجود دارد. مثلا اگر سرعت انتهایی پره ماشین بادی به حد سرعت صوت و یا بیشتر برسد تولید موج ضربه کرده و سبب گرم شدن و فرسودگی و از کار افتادن سریع ماشین می‌شود.

علاوه بر اینکه باید سعی شود تا ماشینهای بادی هزینه اصلی (هزینه ساخت روتور ، دکل و ..) کمتری داشته باشند و بایستی در محلهایی نیز که باد قابل ملاحظه‌ای دارند نصب شوند و ماشین برای سرعت باد عملی تنظیم شده باشد. تهیه ماشینی که برای تمام سرعتهای باد کار کند، گرانتر تمام می‌شود. ماشینهای معمولی بادی اصولا برای جلوگیری از مصرف سوختهای دیگر در ایام وزش باد بکار می‌روند و همراه با سایر دستگاههای تولید انرژی نیز ار آنها استفاده می‌شود.

اگر از ماشین بادی بصورت تنها منبع انزژی استفاده شود، باید دستگاههای ذخیره انرژی در کنار ماشینهای بادی نظیر انباره‌ها ، ذخیره هیدروژن به توسط الکتریسیته ، دستگاههای ذخیزه حرارتی ، دستگاههای ذخیره انرژی جنبشی (چرخ طیار ، دستگاههای الکترومغناطیسی فوق هادی) ، دستگاههای ذخیره انرژی پتانسیل (نظیر دستگاههای سیالی پمپی با دستگاههای ذخیره فشاری) بکار گرفته شوند. با اضافه کردن دستگاههای دخیره ، بهای برق تولیدی ممکن است به مراتب افزایش یابد.

از حدود ۳۰ سال پیش محققان به فکر استفاده از توربینهای بادی برای تولید انرژی الکتریکی افتادند. که نتیجه آن توربینهای بادی از رنج چند صد وات خانگی (پشت بامی) تا چندین مگاوات بزرگ می­باشد. این توربینها دارای انواع با پره­های افقی و عمودی می­باشند، که نوع دارای پره­های افقی دارای کاربرد و بازده بیشتری است. از لحاظ نوع تکنولوژی حاکم بر ژنراتور این سیستمها بایستی اشاره کرد که توربینهای بادی بزرگ معمولا از ژنراتورهای آسنکرون دو سیم پیچه استفاده می­کنند لیکن انواع کوچکتر دارای ژنراتورهای آهنربا دائم یا DC نیز هستند. با این تفاسیر برق تولیدی این ژنراتورها کی­تواند AC یا DC باشد. در بسیاری از سیستمهای جدیدتر سیستم کنترل هوشمند گشتاور و سیستمهای کنترل جهت پره­ها نیز وجود دارد. توربینهای بزرگ با توجه به عوامل آب و هوایی معمولا در ۳ محل مورد استفاده قرار می­گیرند: سیستمهای ساحلی، سیستمهای وسط دریا و سیستمهای روی خشکی.

شرکت ما دارای توانمندی لازم در امر مشاوره و طراحی نیروگاههای بادی می­باشد. از انواع بسیار بزرگ چند مگاواتی تا سیستمهای هایبرید خانگی چند صد واتی. علاوه بر امر طراحی این نیروگاهها ، ساخت و تولید انواع مبدلهای مربوطه (اینورترها)، جهت استفاده ایزوله یا متصل به شبکه جز محصولات ما می­باشد.