توربین بادی چیست و چه ویزگی هایی دارد؟

توربین ‌های بادی مشابه پروانه‌ های هواپیما اند که حول یک نقطه می‌ چرخند، با این فرق که توربین بادی ثابت است. در واقع، توربین‌ ها انرژی حبس شده در باد را گرفته و آن را به برق مبدل می ‌کنند.

توربین بادی به چه شیوه ای برق تولید می‌‌ کند؟

توربین، به عنوان ماشینی است که در یک سیال (مایع یا گاز) متحرک می‌‌ چرخد و قسمتی از انرژی آن را می ‌‌گیرد. در حقیقت همه ماشین ‌‌ها از نوعی توربین استفاده می ‌‌کنند؛ از موتور جت گرفته تا نیروگاه‌‌ های برق ‌‌آبی و از لوکوموتیوهای دیزلی تا آسیاب ‌‌های بادی و غیره همه و همه از توربین بهره می گیرند. پره‌‌ های عظیم روتور که در بخش جلو توربین های بادی قرار دارند، هنگامی که باد از روی این پره ‌‌ها عبور می ‌کند، نیرویی به سمت بالا به آن وارد خواهند کرد که این نیرو نیروی «بَرآر» یا لیفت (Lift) می باشد. باد قسمتی از انرژی جنبشی را از دست می ‌‌دهد و بعد توربین آن را به دست می گیرد.

همان گونه که تخمین می ‌‌زنید، میزان انرژی تولیدی توربین به سطح جارو شده توسط پره‌‌ های روتور وابسته می باشد. به زبانی دیگر، هرچقدر طول پره ‌‌های روتور بیشتر باشد، توربین انرژی بیشتری تولید خواهد کرد. پر واضح است که سرعت باد تأثیر زیادی بر تولید این انرژی دارد؛ به شکلی که اگر سرعت باد دو برابر حالت عادی شود، انرژی قابل استخراج برای توربین هشت برابر خواهد شد، چرا که انرژی باد با مکعب سرعتش ارتباط مستقیمی دارد. سرعت باد همیشه در حال تغییر است، بنابراین انرژی تولیدی از آن توسط یک توربین نیز متغیر است. متصل شدن تعداد زیادی توربین به یکدیگر در مزارع بادی و همچنین اتصال چندین مزرعه‌‌ ی بادی و ایجاد یک شبکه‌‌ انرژی ملی، منجر به یک منبع پایدارتر و قابل اعتمادتر می شود.

توربین ها انواع مختلفی دارند و فقط محدود به توربین های بادی نمی شوند در این بخش نام دیگر توربین ها آمده است:

- توربین بادی (یکی از پر کاربرد ترین و رایج ترین توربین ها)

- توربین هیدرولیک و چرخ های آبی (به کمک آب به حرکت در می آید)

- توربین گازی (سیال این توربین گاز می باشد)

- توربین بخار

- توربین های زمین گرمایی

بخش ها و قسمت های اصلی توربین بادی

در غالب توربین‌‌ ها جعبه‌‌ دنده یک بخش حیاتی است که چرخ ‌‌دنده‌‌ های آن چرخش آهسته‌‌ پره‌‌‌‌های روتور را به چرخش پرسرعت شفت مبدل می ‌‌کنند، به طوری که برق تولید می شود.

ژنراتور بخش مهم دیگری است که می ‌‌توان آن را یک نسخه بسیار بزرگ ‌تر و حجیم ‌‌تر از یک دینام دوچرخه تصور کرد. زمانی که سوار دوچرخه می شوید، دینام با چرخش چرخ عقب می ‌‌چرخد و برق مورد نیاز جهت روشنایی چراغ دوچرخه را تولید می ‌‌کند. شبیه به همین اتفاق در توربین بادی می ‌‌افتد، با این فرق که ژنراتور به جای چرخ عقب دوچرخه به کمک پره ‌‌های روتور می‌‌چرخد و لامپ روشن، لامپی است در یک خانه که شاید کیلومترها دورتر قرار گرفته باشد. در حقیقت در عمل، توربین های بادی از ژنراتورهایی ساخته خواهند شد که هیچ گونه شباهتی به دینام ندارند.

حال می خواهیم بدانیم که توربین ها چگونه کار می کنند؟

باد از بین  پره‌‌های روتور می ‌‌وزد. روتور می ‌‌چرخد و قسمتی از انرژی جنبشی باد را می ‌‌گیرد و شفت مرکزی را به چرخش درمی آورد. درست است که انتهای پره ‌‌ها با سرعت زیادی در حال چرخش اند ، اما شفت یا محور مرکزی سرعت آهسته‌‌ ای دارد.

در غالب توربین ‌‌های مدرن، پره‌‌ های روتور می ‌‌توانند روی هاب در جلوی توربین متصل شوند و با زوایه ای مناسب با باد برخورد کنند و بیشترین انرژی را استخراج ‌‌کنند.

درون ناسل (بخش مهم توربین، بالای برج و پشت پره‌‌ها)، جعبه ‌دنده چرخش شفت راننده یا محرک (متصل به روتور) را با سرعتی بالا برای حرکت ژنراتور مبدل می ‌‌کند.

ژنراتور که دقیقاً بعد از جعبه دنده قرار دارد، انرژی جنبشی را از شفت می گیرد و به انرژی الکتریسیته تبدیل می ‌‌کند.

به همین ترتیب روتور دوباره مستقیم و رو به‌ روی جهت باد قرار می ‌‌گیرد و بالاترین میزان ممکن انرژی را استخراج خواهد کرد. جریان برق تولیدی ژنراتور از طریق سیم از داخل بدنه برج به پایین برج منتقل می شود. باد بعد از عبور از توربین همچنان به مسیر خود ادامه می‌‌ دهد، اما حالا با انرژی و سرعت کمتر و آشفتگی بیشتر (زیرا توربین مانع جریان آزاد آن شده است).

انواع توربین های بادی در ایران

- نیروگاه بادی منجیل

- مزرعه بادی کهک

- نیروگاه بادی بینالود

- توربین بادی خواف

- نیروگاه بادی عون‌بن‌علی

- نیروگاه بادی صفه

مزایا و معایب توربین ‌‌های بادی چیست؟

معایب توربین بادی

در وهله اول، ایراد وارد کردن به انرژی پاک بادی کمی سخت به نظر می رسد، مخصوصا وقتی که می خواهیم آن را با انرژی های آلوده مثل زغال ‌‌سنگ یا انرژی هسته ‌‌ای که بسیار خطرناک است مقایسه کنیم. اما بهتر است بدانید که انرژی بادی معایبی نیز دارد. به عنوان مثال یکی از ویژگی ‌‌های توربین های بادی این است که نمی توانند بیشتر از زغال ‌‌سنگ، گاز یا نیروگاه اتمی انرژی تولید ‌‌کند. یک توربین معمولی به روز حدودا 2 مگا وات خروجی دارد. این مقدار انرژی برای کار کردن با 1000 توستر 2 کیلو واتی همزمان و یا برای تأمین انرژی 1000 خانه در صورتی که 30 درصد از مواقع کار کند، مناسب است.

محققان ثابت کرده اند که بزرگترین توربین ساحلی توانایی این را دارد که در حدود 6 تا 8 مگا وات انرژی تولید کند، زیرا توربین‌ها در دریاها قوی ‌‌تر و مداوم‌ تر عمل می کنند. ما در تئوری به 1000 عدد توربین 2 مگاوات نیازمندیم تا بتوانیم نیرویی برابر با یک نیروگاه هسته‌‌ ای یا فسیلی 2000 مگاواتی بسازیم، اما در عمل چون نیروگاه ‌های هسته ‌‌ای یا فسیلی به طور دائم انرژی تولید می‌‌ کنند و نیروی باد در حال تغییر است، تعداد فراوان تری توربین بادی نیاز داریم تا به این ظرفیت برسیم.

در نتیجه، نیروی باد قابل تغییر است وثباتی ندارد از طرفی یک شبکه برق کارآمد به منابع قابل پیش‌‌ بینی انرژی نیاز مند است. برخی از این منابع عملکرد مداوم دارند (مانند نیروگاه هسته‌‌ ای)، برخی کمبود در زمان اوج تقاضا تأمین می‌‌ کنند (مانند نیروگاه برق ‌‌آبی) و گروهی هم فقط وقتی امکان دارد انرژی تولید کنند که باد باشد (مانند توربین بادی). پس، انرژی بادی نمی ‌‌تواند به عنوان یک منبع قابل اعتماد جهت تأمین انرژی به کار برود.

به طور خلاصه، معایب توربین‌های بادی ها را میتوان گفت:

- قیمت و هزینه بالایی دارند و به راحتی نمی توان این هزینه را تامین کرد.

- نیازمند بودن به یارانه‌‌ های اقتصادی برای دسترسی به انرژی بادی.

- هزینه اضافه به دلیل پیچیدگی فرایند تنظیم نوسانات انرژی بادی با باقی اشکال انرژی.

- نیازمند هزینه اضافه جهت رشد شبکه برق و خطوط انتقال.

- دارای خروجی های متغیر می باشد، البته این مشکل با احداث مزارع بادی در مناطق مختلف کم می شود.

- اشغال گسترده زمین و نیاز به فضای بزرگ.

- ناتوان بودن در تأمین تمام تقاضای انرژی یک کشور در طول سال برخلاف نیروگاه‌‌ های فسیلی، برق ‌‌آبی، هسته ‌‌ای و زیست ‌توده ای.

- نابود شدن مشاغلی در حیطه ی معدن ‌‌کاری و حفاری

مزایای توربین بادی

مزایای توربین بادی به طور خلاصه به  صورت زیر است:

- منتشر نکردن آلاینده های کربن دی اکسید

- عدم ایجاد آلودگی برای اقلیم

- نداشتن اثرات مخرب زیست محیطی مانند معدن‌‌ کاری و حفاری

- پرداخت نکردن هرگونه مبلغی برای سوخت

- بسیار پایدار می باشد؛ برخلاف سوخت‌‌ های فسیلی، باد هیچوقت تمامی ندارد.

- توربین‌‌ها در هر نقطه ای که به اندازه کافی باد خیز باشد، کار می‌‌ کنند؛ برخلاف منابع فسیلی که فقط  و فقط در مناطق خاصی یافت می ‌‌شوند.

- برخلاف انرژی منابع فسیلی، هرینه‌‌ های بهره‌‌ برداری انرژی بادی برای سال‌ های زیادی قابلیت پیش‌‌بینی شدن را دارد.

- وابسته نبودن به نوسانات سیاسی مرتبط با به قیمت نفت و گاز که روی باقی منابع بسیار تاثیر می گذارد.

- با بالا رفتن قیمت نفت و گاز، قیمت برق بادی به صورت افزایشی رقابت ‌‌پذیر نخواهد بود.

- ایجاد کردن فرصت های شغلی جدید در زمینه ساخت، بهره ‌‌برداری و تولید توربین بادی.

آینده انرژی بادی

انرژی بادی در آینده نقش بسیار مهمی را در زندگی همگان ایفا خواهد کرد، اما میزان بزرگی تأثیر آن به این بستگی دارد که شما در کدام قسمت دنیا در حال زندگی هستید و چه جایگزین ‌‌هایی برای آن یافت شده است. برای مثال، در استرالیا، انرژی خورشیدی گزینه ارزان ‌تر و بهتری است زیرا در این منطقه آفتاب فراوانی وجود دارد. در کشورهایی که زمستان‌‌ های باد خیزی دارند (فصلی که تقاضای انرژی برق در بالاترین حد است)، توربین ‌‌های بادی یک انتخاب جدی است.

در کشورهایی با منابع عظیم و نیروگاه‌‌ های سوخت فسیلی، امکان دارد سرمایه‌‌ گذاری در استخراج کربن و ذخیره آن انتخاب عاقلانه ‌‌ای باشد. در مجموع، این موضوع علاوه ‌‌بر یک تصمیم علمی، یک تصمیم سیاسی نیز می باشد.