مقدمه ای بر توربین بادی (تاریخچه، کاربرد، مزیت ها و آینده آن)

توربین بادی به عنوان یکی از مهم ترین روش های تولید انرژی تجدید پذیر و پاک شناخته می شود. امروزه به دلیل کاهش منابع سوخت های فسیلی، استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر امری بسیار ضروری می باشد. منابع انرژی های تجدید پذیر بسیار گسترده و وسیع هستند و می توانند در آینده ای نزدیک به طور کلی نقش سوخت های فسیلی را در تولید انرژی به صفر برسانند.

منابع انرژی تجدید پذیر عبارتند از انرژی خورشیدی، آب و امواج، باد و زمین گرمایی است. یکی از انرژی های مورد استفاده در قسمت های مختلف زمین، انرژی خورشیدی است که با استفاده از سلول های خورشید تبدیل به الکتریسیته می شود. انرژی آب و امواج از جمله دیگر منابع تجدید پذیر است که در این حالت توربین آبی در مسیر جریان آب یا امواج قرار گرفته و تولید توان می کنند.

انرژی زمین گرمایی در برخی از نقاط کره زمین کاربری دارد. در این حالت جریان آب به لایه های زیرین زمین فرستاده شده و در برگشت دمای آب بالارفته و از این حرارت می توان تولید توان کرد. آخرین منبع تولید انرژی، باد است که یکی از مهمترین و بهترین منابع انرژی است که در ادامه بیشتر در مورد آن صحبت می کنیم.

در همین خصوص بخوانید: بهترین آموزش سالیدورک به زبان فارسی

انواع توربین بادی

تولید انرژی با استفاده از جریان باد دارای قدمتی 3000 هزار ساله است. در آن زمان مردم از آسیاب های بادی که برای آرد کردن گندم استفاده می کردند، که علاوه بر این کاربری این سیستم ها توانایی تولید توان نیز داشتند.

توربین های بادی براساس جریان باد حرکت کرده و متناسب با این حرکت الکتریسیته تولید می کنند. یکی از مهمترین مسائل در زمینه توربین های بادی انتخاب محل مناسب برای ایجاد مزرعه بادی است. مزرعه بادی مجموعه ای از توربین های بادی است که در یک زمین هموار قرار گرفته و تولید انرژی می کنند.

آمار  توربین های بادی در دنیا

براساس اطلاعات و آمار بدست آمده در سال 2001، مجموع توان تولیدی با استفاده از نیروگاه های بادی در دنیا، چیزی در حدود 17 هزار مگا وات بوده است، این در حالی است که در سال 2016 این مقدار به 486 هزار مگا وات رسیده است. کشور چین به تنهایی مسئول تولید 43% از کل توان تولید برق در سال 2016 از این راه بوده است. این میزان مطمئنا در سال های آتی افزایش خواهد یافت و نیاز است که در این زمینه برنامه ریزی های دقیق در داخل کشور انجام پذیرد.
منشا تولید باد در مناطق جغرافیایی متفاوت است. از جمله عوامل اصلی تولید باد تابش نور خورشید، حرکت وضعی زمین، جریان های اقیانوسی و دوران کره زمین است. توربین های بادی با توجه به شکل ساخت و طراحی آن ها به چند دسته تقسیم می شوند.

توربین های بادی محور افقی (HAWT)، توربین های بادی محور عمودی (VAWT) و توربین های بادی ساوینوس از جمله انواع توربین های بادی هستند. از لحاظ تولید توان، توربین های بادی افقی بیشترین تولید توان را دارند و جزو مدل های محبوب به خصوص در مناطق بادخیز است.

توربین های بادی در ایران

نمونه های موفق زیادی از استفاده از این مدل از توربین ها در کشور ایران وجود دارد. نیروگاه بادی منجیل و بینالود از جمله نیروگاه های بهره برداری شده در ایران هستند. نیروگاه های بادی در سراسر دنیا معمولا متناسب با توان تولیدیشان به چند دسته تقسیم می شوند.

نیروگاه های بادی کوچک معمولا توانایی تولید توانی کمتر از 80 کیلووات انرژی را دارند در حالی که نیروگاه های بادی متوسط توانایی تولید توان بین 80 تا 750 کیلووات را دارا هستند. نیروگاه های بادی بزرگ نیز توانایی تولید توانی بیشتر از 750 کیلووات را دارا هستند.
ساختار طراحی توربین های بادی به صورتی است که ابتدا جریان باد با سرعتی خاص به پره های توربین برخورد کرده و براثر اختلاف فشار ایجاد شده در سطوح بالایی و پایینی ایرفویل، پره شروع به حرکت کرده و شفتی را به چرخش در می آورند. این موضوع در تمامی مدل های توربین یکسان است و براساس آن ضریب توان تولیدی هر توربین محاسبه می شود.

توربین بادی افقی

یکی از اصلی ترین مدل های توربین های بادی، توربین بادی محور افقی است. این توربین های بادی معمولا در مناطقی نصب می شوند که متوسط سرعت باد آن ها بیشتر از میانگین باشد. سرعت باد مناطق باد خیز معمولا بین 7 تا 15 متر بر ثانیه است. توربین های بادی افقی معمولا دارای یک سرعت شروع به کار و یک سرعت حداکثر دارند که براساس آن می توانند تولید توان کنند.
برای طراحی و ساخت این مدل از توربین ها معمولا از چند تجهیز استفاده می شود. پره، هاب، ناسل، برج و ژنراتور از جمله تجهیزات مهم توربین های بادی افقی هستند. مهمترین قسمت طراحی توربین های بادی محور افقی، طراحی پره آن است. طراحی پره این توربین ها معمولا امری بسیار پیچیده و وقت گیر است که باید با استفاده از نرم افزار های برنامه نویسی و شبیه سازی انجام پذیرد.
شعاع رتور پره های توربین تعیین کننده مقدار توان خروجی از توربین می باشند. هر چه این شعاع بزرگتر باشد، طبیعتاً توان خروجی افزایش یافته و از آن طرف طراحی آن نیز پیچیده تر می شود. برای نصب این توربین ها معمولا از تجهیزات به خصوصی استفاده می شود زیرا هر وسیله نقلیه توانایی جابه جایی این تجهیزات را ندارد. از جمله معایب اصلی این توربین های بادی، تولید نویز زیاد است که ناشی از ساختار های آشفته جریان بعد از پره است.

توربین بادی عمودی

یکی دیگر از مدل های توربین های بادی، توربین های بادی محور عمودی است. این توربین ها دارای محور چرخشی عمودی هستند و از ایرفویل های معمولی به عنوان پره استفاده می کنند. توان تولیدی این توربین ها کمتر از توربین های بادی محور افقی است. توربین های بادی محور عمودی معمولا در مناطق مرتفع قرار داده می شوند.
از جمله مزایای ساخت و طراحی این توربین ها می توان به سادگی در طراحی پره و شبیه سازی آن ها اشاره کرد. توربین های محور عمودی را می توان در مناطق مختلفی قرار داد و نیازی نیست حتما مناطق بادخیز باشند. این توربین ها را می توان بر روی پشت بام منازل مسکونی نیز استفاده کرد. همچنین این توربین ها تجهیزات کمتری را نسبت به توربین های محور افقی دارند.

https://mohandesyar.com/?p=57391