انرژی توربین های بادی

همانطور که در مقاله پیشین گفته شد :
باد نوعی انرژی خورشیدی است که در اثر ترکیبی از سه رویداد همزمان ایجاد می شود.

1. خورشید به طور ناموزون جو را گرم می کند
2. ناهمواری های سطح زمین
3. دوران زمین
   

اصطلاحات (انرژی باد) و (قدرت باد) ، هر دو روشی را توصیف می کنند که در آن ،
از باد برای تولید انرژی مکانیکی یا برق استفاده می شود.
توربین های بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند.
از این انرژی مکانیکی می توان برای کارهای خاص (مانند آسیاب یا پمپاژ آب) استفاده کرد
یا ژنراتور می تواند این انرژی مکانیکی را به برق تبدیل کند.

یک توربین بادی با استفاده از انرژی آیرودینامیکی ایجاد شده.
توسط تیغه های روتور، که به طور مشابه با بال هواپیما
یا تیغه روتور هلیکوپتر کار می کند، انرژی باد را به برق تبدیل می کند.

همانطور که هوا از هر دو طرف پره عبور می‌کند،
شکل پره باعث می‌شود که فشار هوا در دو طرف پره نامتوازن شود
و همین باعث چرخیدن پره‌ها به دور روتور توربین می‌شود.
بالای توربین‌های بادی ، یک بادنما و بادسنج قرار می‌گیرد
که به‌ کامپیوتری متصل است و توربین بر اساس اطلاعات بادنما،
جهت انرژی خود را به سوی باد عوض می‌کند.

پره‌ها به یک روتور متصل شده‌اند که در هر دقیقه در حدود ۱۸ دور می‌چرخند، اما این میزان دور، به‌اندازه‌ای نیست که برای تولید برق کافی باشد. بنابراین، شفت اصلی یک سری چرخ‌دنده‌ها را می‌چرخاند که میزان دور در دقیقه را به حدود ۱۸۰۰ افزایش می‌دهد. در این سرعت است که ژنراتور می‌تواند شروع به تولید برق کند. معمولا هر چه توربین‌های بادی بزرگ‌تر باشند یا در ارتفاعات بالاتری قرار گرفته‌ باشند، انرژی بالاتری دارند.

انواع توربین های بادی

مدرن ترین انواع توربین ها در دو گروه اساسی قرار می گیرند:

1. توربین های محور افقی Horizontal Axis Wind Turbines (HAWTS)
2. توربین های محور عمودی (Vertical Axis Wind Turbines (VAWTS

توربین های بادی محور افقی

توربین های بادی در محور افقی ، همان چیزی است که بسیاری از افراد هنگام فکرکردن  از توربین های بادی تصور دارند.
روتورهای توربینهای محور افقی جدید بسیار شبیه ملخ هواپیما می باشند.

عملکرد این نوع از توربین های بادی به این صورت می باشد که جریان هوا روی مقطع ایرودینامیکی شکل پره ها حرکت می کند و انرژی لیفت (نیروی عمود بر جریان باد) را به وجود آورده که باعث چرخش روتور می گردد.

ناسل نام توربین های محور افقی محلی برای گیربکس و ژنراتور می باشد.توربین های بادی محور افقی باید سیستمی برای تنظیم در مقابل باد قرار گرفتن داشته باشند که به آن مکانیزم yawing می گویند. به طوری که کل ناسل می تواند به سمت باد بچرخد تا ماکزیمم برق تولیدی را داشته باشیم.

اما در توربین های بادی کوچک دنباله بادنما این کنترل را بر عهده دارند. ولی در سیستم های متصل به شبکه سیستم کنترل فعال می باشد که به وسیله سنسورهای تعیین کننده جهت باد و موتورها، ناسل به سمت باد می چرخد.

توربین های بادی محور عمودی

توربین های بادی محور عمودی ، در انواع مختلفی وجود دارند، از جمله مدل تخمیر تخم مرغ به سبک مدل Darrieus، که توسط مخترع فرانسوی خود نامگذاری شده است. این انرژی توربین های بادی همه کاره هستند، به این معنی که برای کار با آنها نیازی به تنظیم نیست.

این توربین ها خود به تنهایی به دو نوع اصلی تقسیم می شوند:

1. Savonius
2. Darrieus

Saovnius ها توربین های بادی هستند.
که در سال ۱۹۲۲ میلادی توسط مهندسی فنلاندی اختراع گردید و در سال ۱۹۲۹ این اختراع به ثبت رسید.
اجزای تشکیل دهنده ی این نوع از توربین های بادی حداقل ۲ نیم استوانه می باشد.  توربین های بادی Savonius  همانند یک چرخ آب با نیروی درگ (انرژی در جهت جریان باد ) کار می کند.
تیغه هایی که در توربین های بادی  Darrieus  استفاده می شود مشابه توربین های محور افقی می باشد. محل قرار گیری توربین های محور عمودی بسیار نزدیک به سطح زمین می باشد.
یکی از مزیت های آن ،قرار دادن انرژی تجهیزات سنگین از جمله گیربکس و ژنراتور نزدیک به سطح زمین می باشد.
هرچند که شدت باد در سطح زمین کمتر است و در نتیجه برق کمتری تولید خواهد نمود.

این نوع توربین ها نیاز به سیستم باد ندارند.
چراکه این نوع توربینها، باد را از هر جهت مهار می کنند و این مزیت برتری بسیاری نسبت به کمبود های آن دارد.
این نوع توربینها به طور خودکار همانند توربین های محور افقی شروع به کار نمی کنند و این مهم یکی از کمبود های آن می باشد.

اندازه ی توربین های بادی

توربین های بادی در مقیاس کمکی از ۱۰۰ کیلووات تا چندین مگاوات متغیر هستند. توربین های بادی بزرگتر، مقرون به صرفه تر هستند.
این مقیاس از توربین ها ی بادی در مزارع  استفاده می شوند، که انرژی عمده ای را به شبکه برقی ارائه می دهند.

توربین های بادی دریایی بزرگتر هستند، می توانند انرژی بیشتری تولید کنند.
این نوع از توربین های بادی چالش ها و مشکلات حمل و نقل تاسیسات بادی زمینی را ندارند، زیرا قطعات بزرگ به جای حمل جاده ها می توانند در کشتی ها حمل شوند.

توربین ها در مقیاس کوچکتر ، زیر ۱۰۰ کیلووات، معمولاً در مناطق مسکونی، کشاورزی ، تجاری و صنعتی کوچک برای تولید انرژی استفاده می شوند.
توربین های کوچک را می توان در ترکیبی با دیگر منابع انرژی توزیع شده مانند میکروگریدهای تولید شده توسط دیزل ژنراتورها، باتری ها و فتوولتائیک استفاده کرد.

این سیستم ها به سیستم های بادی هیبریدی معروف هستند.
معمولاً در مکانهای از راه دور و خارج از شبکه، به طور کلی جایی که اتصال به شبکه ابزار در دسترس نمی باشد، مورد استفاده قرار می گیرند.

هنگامی که توربین های بادی به هر اندازه نصب شده اند و یا در محلی که از انرژی تولیدی توربین ها استفاده می شود، نصب شده اند، به آنها (Distributed Wind) گفته می شود.

گرداورنده : مهرنوش لشگری، مهناز تنها