تبلیغات
مـــــدیـــــــــریت دولتـــــــــــــی - انرژی تجدیدپذیر- انرژی باد
 
انرژی باد:
 
قدیمی‌ترین روش استفاده از انرژی باد، به ایران باستان باز می‌گردد. برای نخستین بار، ایرانیان موفق شدند با استفاده از نیروی باد، دلو (دولاب) یا چرخ چاه را به گردش درآورده و از چاه‌های آب خود، آب را به سطح مزارع برسانند.
انرژی باداز آنجایی که زمین به طور نامساوی به وسیله نور خورشید گرم می‌شود بنابراین در قطب‌ها انرژی گرمایی کمتری نسبت به مناطق استوایی وجود دارد همچنین در خشکی‌ها تغییرات دما با سرعت بیشتری انجام می‌پذیرد و بنابراین خشکی‌ها زمین نسبت به دریاها زودتر گرم و زودتر سرد می‌شوند. این تفاوت دمای جهانی موجب به وجود آمدن یک سیستم جهانی تبادل حرارتی خواهد شد که از سطح زمین تا هوا کره،

انرژی باد

تاریخچه

قدیمی‌ترین روش استفاده از انرژی باد، به ایران باستان باز می‌گردد. برای نخستین بار، ایرانیان موفق شدند با استفاده از نیروی باد، دلو (دولاب) یا چرخ چاه را به گردش درآورده و از چاه‌های آب خود، آب را به سطح مزارع برسانند.

انرژی باد

از آنجایی كه زمین به طور نامساوی به وسیله نور خورشید گرم می‌شود بنابراین در قطب‌ها انرژی گرمایی كمتری نسبت به مناطق استوایی وجود دارد همچنین در خشكی‌ها تغییرات دما با سرعت بیشتری انجام می‌پذیرد و بنابراین خشكی‌ها زمین نسبت به دریاها زودتر گرم و زودتر سرد می‌شوند. این تفاوت دمای جهانی موجب به وجود آمدن یك سیستم جهانی تبادل حرارتی خواهد شد كه از سطح زمین تا هوا كره، كه مانند یك سقف مصنوعی عمل می‌كند، ادامه دارد. بیشتر انرژی كه در حركت باد وجود دارد را می‌توان در سطوح بالای جو پیدا كرد جایی كه سرعت مداوم باد به بیش از ۱۶۰ كیلومتر در ساعت می‌رسد در سطوح پایینی باد انرژی خود را در اثر اصطكاك با سطح زمین و جو از دست می‌دهد. از آنجاییكه بیشتر توان تولیدی در سرعت بالای باد تولید می‌شود. نیمی از انرژی تولیدی تنها در ۱۵٪ از زمان كاركرد توربین تولید می‌شود و در نتیجه نیروگاه‌های بادی مانند نیروگاه‌های سوختی دارای تولید انرژی پایداری نیستند. تأسیساتی كه از برق بادی استفاده می‌كنند باید از ژنراتورهای پشتیبانی برای مدتی كه تولید انرژی در توربین بادی پایین است استفاده كنند. یك برآورد كلی اینگونه می‌گوید كه ۷۲ تراوات (TW) انرژی باد بر روی زمین وجود دارد كه پتانسیل تبدیل به انرژی الكتریكی را دارد و این مقدار قابل افزایش نیز می باشد.

توان پتانسیل توربین

انرژی موجود در باد را می‌توان با عبور آن از داخل پره‌های و سپس انتقال گشتاور پره‌ها به روتور یك ژنراتور استخراج كرد. در این حالت میزان توان تبدیلی با تراكم باد, مساحت ناحیه جاروب شده توسط پره و مكعب سرعت باد بستگی دارد. به این ترتیب میزان توان قابل تبدیل در باد را می‌توان به این ترتیب به دست آورد : 

كه در این فرمول P توان تبدیلی به وات، α ضریب بهره‌وری (كه به طراحی توربین وابسته ‌است)، ρ تراكم باد بر حسب كیلوگرم بر مترمكعب، r شعاع پره‌های توربین برحسب متر و v سرعت باد برحسب متر بر ثانیه ‌است.

آلبرت بتز (Albert Betz) فیزیكدان آلمانی در ۱۹۱۹ اثبات كرد كه یك توربین حداكثر می‌تواند ۵۹ درصد از انرژی بادی را كه در مسیر آن می‌وزد را استخراج كند و به این ترتیب α در معادله بالا هرگز بیشتر از ۰٫۵۹ نخواهد شد.

بالا

آمار جهانی و صنعت باد

در جهان هزاران توربین بادی در حال بهره‌برداری وجود دارد كه ظرفیت تولیدی آن ها به ۷۳٫۹۰۴ مگاوات می‌رسد و در این میان اتحادیه اروپا ٪۶۵ از كل توان بادی جهان را تولید می‌كند. تولید برق بادی در میان دیگر روش‌های تولید انرژی الكتریكی دارای بیشتری شتاب رشد در قرن ۲۱ بوده‌ است به طوری كه تولید توان بادی جهان در بین سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۶ چهار برابر شده ‌است. گرچه ٪۸۱ از توان بادی تولید شده در جهان به ایالات متحده و اتحادیه اروپا تعلق دارد اما سهم پنج كشور اول تولید كننده برق بادی از ٪۷۱ در سال ۲۰۰۴ به ٪۵۵ در سال ۲۰۰۵ كاهش یافته ‌است.

انجمن جهانی انرژی بادی پیش‌بینی كرده است كه در سال ۲۰۱۰ ظرفیت تولیدی برق بادی به ۱۶۰ گیگاوات برسد. با توجه به میزان تولید كنونی ۷۳٫۹ مگاوات این رقم پیش‌بینی یك رشد ٪۲۱ را در هر سال نشان می‌دهد.

كشور دانمارك یكی از كشورهای برجسته در تولید تجهیزات و استفاده از توان بادی است. دولت دانمارك در دهه ۱۹۷۰ ملزم شد تا تولید انرژی الكتریكی از انرژی باد را به ٪۵۰ كل تولید برق برساند و تا به امروز برق بادی ٪۲۰ (بیشترین میزان تولید برق بادی از نظر درصد تولید) از كل تولید انرژی الكتریكی در این كشور را تشكیل می‌دهد؛ این كشور هچنین پنجمین تولید كننده بزرگ برق بادی محسوب می‌شود (در حالی كه دانمارك از نظر میزان مصرف در جهان رتبه ۵۶ را دراست). آلمان و دانمارك دو كشور پیشتاز در زمینه صادرات توربین‌های بزرگ (۰٫۶۶ تا ۵ مگاوات) به حساب می‌آیند.

آلمان یكی از كشورهای پیشتاز در زمینه تولید برق بادی بوده ‌است به طوری كه در سال ۲۰۰۶ این كشور ٪۲۸ از كل توان بادی تولید شده در جهان (٪۷٫۳در آلمان) را به خود اختصاص داده ‌است. این در حالی است كه آلمان برنامه دارد تا سال ۲۰۱۰ ، ٪۱۲٫۵ از كل توان تولیدی خود را از منابع تجدیدپذیر تامین نماید. كشور آلمان دارای حدود ۱۸۶۰۰ توربین بادی است كه بیشتر آن ها در شمال آلمان نصب شده‌اند كه در این میان سه توربین از بزرگترین توربین‌های جهان نیز وجود دارند.

در سال ۲۰۰۵ دولت اسپانیا قانونی را تصویب كرد كه بر طبق آن نصب ۲۰۰۰۰ مگاوات ظرفیت بادی تا سال ۲۰۱۲ در برنامه دولت قرار گرفت. در سال ۲۰۰۵ در هر دو كشور آلمان و اسپانیا تولید انرژی الكتریكی از راه استفاده از نیروگاه‌های بادی از تولید انرژی الكتریكی به وسیله نیروگاه‌های برق آبی بیشتر بود.

در سال‌های اخیر ایالات متحده از هر كشور دیگری بیشتر توربین بادی به شبكه برق خود افزوده ‌است. تولید برق بادی در ایالات متحده در بازه زمانی بین فوریه ۲۰۰۶ تا فوریه ۲۰۰۷، ٪ ۳۱٫۸ رشد را نشان می‌دهد. ایالت تگزاس با پیشی گرفتن از كالیفرنیا اكنون بیشترین تولید برق بادی را دربین ایالت‌های مختلف این كشور دارد. تگزاس در سال ۲۰۰۹ نزدیك به٪ ۱۷ برق خود را از باد بدست آورد و تگزاس اكنون بزرگترین مزرعه بادی جهان را با ۷۸۲ مگاوات ظرفیت در روستایی بنام راسكو در اختیار دارد.

استفاده از زمین و مزایا

توربین‌های بادی باید ده برابر قطرشان در راستای باد غالب و پنج برابر قطرشان در راستای عمودی از هم فاصله داشته باشند تا كمترین تلفات حاصل شود. در نتیجه توربین‌های بادی تقریباً به ۰٫۱ كیلومترمربع مكان خالی به ازای هر مگاوات توان نامی تولیدی نیازمند هستند. معمولا برای نصب این توربین‌ها نیازی به پاكسازی درختان منطقه نیست. كشاورزان می‌توانند برای ساخت این توربین‌ها زمین‌های خود را به شركت‌های سازنده اجاره می‌دهند. در ایالات متحده كشاورزان حدود ۲ تا ۵ هزار دلار به ازای هر توربین در هر سال دریافت می‌كنند. زمین‌ها مورد استفاده قرار گرفته برای توربین‌ها بادی همچنان می‌توانند برای كشاورزی و چرای دام مورد استفاده قرار بگیرند چراكه تنها ٪۱ از زمین برای ساخت پی توربین و راه دسترسی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به عبارت دیگر ٪۹۹ زمین هنوز قابل استفاده ‌است.

بررسی اقتصادی استفاده از انرژی باد

در ارزیابی نیروگاه های بادی، هزینه ها و درآمدهای طرح، مدت زمان برگشت سرمایه، قیمت انرژی الكتریكی تولیدی و نرخ بازده داخلی سرمایه، شاخص های نهایی برای مقایسه كامل مؤلفه های مختلف می باشند. از آنجا كه برای گسترش سیتسم عرضه انرژی الكتریكی توسعه پایدار را تعقیب می كنیم باید تمام هزینه ها و منافع اجتماعی هر مولد را مد نظر قرار دهیم. باید در نظر داشت از بین صرفه های اقتصادی و غیر اقتصادی تنها هزینه دفع آلاینده های زیست محیطی و تصفیه گازهای مضر متصاعد از نیروگاه های فسیلی می تواند بصورت كمی در محاسبات وارد شود. این هزینه ها در واقع در برگیرنده تمام اثرات زیست محیطی آلاینده ها در كوتاه مدت و بلند مدت از قبیل تولید SOx و NOx و COx و هیدروكربورها و سایر گازهای سمی، آلودگی آب و خاك و ایجاد باران های اسیدی و تولید گازهای گلخانه ای می باشند.

در ضمن هزینه تولید برق از انرژی باد در دو دهه گذشته بطور قابل ملاحظه ای كاهش یافته است. برق تولید شده توسط انرژی باد در سال 1975، 30 سنت برای هر كیلووات ساعت بوده اما اكنون به كمتر از 5 سنت رسیده است. توسعه توربین های جدید قیمت را نیز كمتر خواهند كرد.

در چند سال اخیر با بزرگ تر شدن سایز توربین های تجاری، قیمت سرمایه گذاری آن ها كاهش یافته است. صنعت انرژی باد منافع اقتصادی و اجتماعی مختلفی را به همراه دارد كه از جمله مهم ترین آن ها عبارتند از:

  • - نداشتن هزینه های اجتماعی. این هزینه ها در تمام گزینه های متعارف انرژی (فسیلی) وجود دارند، لیكن علیرغم مبالغ قابل توجه آن ها معمولاً در بررسی های اقتصادی لحاظ نمی شوند. انجمن انرژی باد جهان (WWEA) این هزینه ها را به كوه یخی تشبیه كرده است كه حجم عظیم و ناپیدای آن در زیر آب قرار می گیرد.

  • - كاهش اتكاء به منابع انرژی وارداتی. این مسئله یكی از مهم ترین دلایل رویكرد كشورهای صنعتی به انرژی های تجدید پذیر و انرژی باد است، لكن در كشورهای تولید كننده نفت نظیر ایران نیز از جنبه دیگری می توان به آن نگریست و آن افزایش فرصت صادرات است.

  • - تقویت ساختار اجتماعی و اقتصادی مناطق روستایی. به دلیل ماهیت انرژی باد كه به تولید غیرمتمركز و اغلب به نقاط دور افتاده و روستایی می پردازد، توسعه این صنعت چه در كشورهای سرمایه داری و پیشرفته و چه در كشورهای در حال توسعه تحولات و پیشرفت های آشكاری را در مناطق روستایی به دنبال خواهد داشت.

  • - اشتغال زایی. ایجاد شغل این صنعت در میان دیگر صنایع انرژی از همه بیشتر است. در اروپا نصب یك مگاوات برق بادی برای 15 الی 19 نفر شغل ایجاد می كند كه این رقم در كشورهای در حال توسعه به راحتی می تواند دو برابر شود.

در كشورمان ایران علیرغم اینكه مشاهده می شود با در نظر گرفتن هزینه های خصوصی نیروگاه های بادی و فسیلی، توسعه نیروگاه های بادی برای تولید برق هم اكنون در حال اقتصادی شدن می باشد ولی اگر هزینه های اجتماعی نیروگاه های فسیلی كه در برگیرنده اثرات برون زایی منفی است مبنای مقایسه قرار گیرد هزینه تولید در مولدهای بادی كمتر از فسیلی خواهد بود و برق حاصل از آن می تواند به عنوان یك انرژی پایدار در توسعه اقتصادی – اجتماعی كشور مورد استفاده قرار گیرد

آینده انرژی باد در ایران

بازارتأمین انرژی یك بازار رقابتی است كه درآن تولید برق درنیروگاه های بادی درمقایسه با نیروگاه های سوخت-های فسیلی برتری های نوینی را پیش روی كاربران قرار داده است. از برتری های نیروگاه های بادی این است كه در طول مدت زمان عمر خود، سال های زیادی انرژی را بدون نیاز به هزینه سوخت تولید خواهد كرد، در حالی كه هزینه دیگر منابع تولید انرژی در طول این سال ها افزایش خواهد یافت.

فعالیت گسترده بسیاری از كشورهای جهان برای تولید الكتریسیته از انرژی باد، سرمشقی برای دیگر كشورهایی است كه در این زمینه راه درازی در پیش دارند. بسیاری از منابع اقتصادی در حال رشد، در منطقه آسیا واقع شده اند و اقتصاد رو به رشد كشورهای آسیایی از جمله ایران، باعث شده تا این كشورها بیش از پیش به تولید الكتریسیته احساس نیاز كرده و اقدام به تولید الكتریسیته از منابع غیر فسیلی كنند. افزون بر این موارد، نبود شبكه برق سراسری در بسیاری از بخش های روستایی در كشورهای آسیایی نیز مهر تأییدی بر سیستم های تولید الكتریسیته از انرژی باد زده است.

پس در خصوص دورنمای آینده اقتصادی استفاده از انرژی باد در ایران باید گفت استفاده از این انرژی موجب صرفه جویی فرآورده های نفتی به عنوان سوخت می شود. صرفه جویی حاصله در درجه اول موجب حفظ فرآورده های نفتی گشته كه امكان صادرات و مهمتر این كه تبدیل آن را به مشتقات بسیار زیاد پتروشیمی با ارزش افزوده بالا فراهم می سازد.

در درجه دوم تولید الكتریسیته از این انرژی فاقد هر گونه آلودگی زیست محیطی بوده كه همین عامل كمك شایانی به حفظ طبیعت سالم محیط زیست بشری نموده ودر نتیجه مسیر برای نیل به توسعه پایدار اقتصادی، اجتماعی فراهم می گردد.

استفاده از انرژی باد در ایران علاوه بر عمران و آبادانی موجبات ایجاد مشاغل جدید شده و بالاخره با بومی سازی فن‌آوری انرژی باد اقتصاد كشور رشد بیشتری می یابد.

انرژی باد و محیط زیست

انرژی باد در بین انرژی های تجدید پذیر یكی از بهترین و اقتصادی ترین روش های تولید برق می باشد كه آلودگی زیست محیطی در پی نداشته و پایان ناپذیر نیز می باشد. طبق آمار موجود تولید یك كیلووات ساعت انرژی برق بادی از انتشار آلاینده های زیست محیطی به شرح زیر جلوگیری می نماید.

850 gr = CO2 (دی اكسید كربن) 2.9 gr= SO2 (دی اكسید گوگرد) 2.6 gr= NOX (اكسید نیتروژن) 0.1 gr= خاك 55 gr= خاكستر

بطور كلی با جایگزینی انرژی برق بادی به جای انرژی برق تولیدی از نیروگاه های سوخت فسیلی می توان از انتشار گازهای گلخانه ای كاست. از طرف دیگر جاذبه های طبیعی و چشم انداز سیستم های انرژی بادی نمادی از انرژی پاك برای مردم تلقی می گردند. در ضمن از سطح زمینی كه برای احداث مزرعه برق بادی اختصاص می یابد %99 آن می تواند مورد استفاده فعالیت های كشاورزی و دام پروری قرار گیرد و تنها حدود یك درصد از كل سطح مزارع برق بادی توسط توربین ها استفاده می گردد.

بزرگترین توربین بادی جهان

بزرگترین توربین بادی جهان درحال حاضر در دریای شمال در فاصله ۲۴ كیلومتری سواحل اسكاتلند نصب شده و در حال آزمایش است. این نخستین باری است كه توربین‌هایی به این ابعاد در دریا آزمایش می‌شوند. ژنراتور توربین‌ها در عمق ۴۴ متری سطح دریا كار گذاشته شده ‌است كه در نوع خود ركورد جدیدی است. توربین‌هایی در این ابعاد برای نصب در دریا و دور از ساحل مناسب هستند تا از وزش پیوسته و بدون تلاطم باد بهره‌گیری كنند. انتظار می‌رود این توربین‌ها ۹۶ درصد اوقات شبانه‌روز (۸۴۴۰ ساعت در سال) در حال كار باشند.


انواع توربین های بادی و مكانیزم كار آنها


الف - توربین های بادی با محور چرخش عمودی

این توربین ها از دو بخش اصلی تشكیل شده اند: یك میله اصلی كه رو به باد قرار می گیرد و میله های عمودی دیگر كه عمود بر جهت باد كار گذاشته می شوند. این توربین ها شامل قطعاتی با اشكال گوناگون بوده كه باد را در خود جمع كرده و باعث چرخش محور اصلی می گردد. ساخت این توربین ها بسیار ساده بوده و همچنین بازده پایینی نیز دارند. عمده ترین توربین های بادی محور عمودی عبارتند از ساوینیوس داریوس، صفحه ای و كاسه ای. در این نوع توربین ها در یك طرف توربین، باد بیشتر از طرف دیگر جذب می شود و باعث می گردد كه سیستم لنگر پیدا كرده و بچرخد. یكی از مزایای این سیستم وابسته نبودن آن به جهت وزش باد می باشد.

ب – توربین های بادی با محور چرخش افقی

این توربین ها نسبت به مدل محور عمودی رایج تر بوده همچنین از لحاظ تكنولوژیك نیز پیچیده تر و گران تر می باشند. ساخت آن ها مشكل تر از نوع محور عمودی بوده ولی راندمان بسیار بالایی دارند. در سرعت های پایین نیز توانایی تولید انرژی الكتریكی را داشته و توانایی تنظیم جهت و قرار گرفتن در مسیر وزش باد را نیز دارند. این توربین ها 3 و یا در مواردی 2 پره می باشند كه روی یك برج بلند نصب می شوند. این پره ها همواره در جهت وزش باد قرار می گیرند.


در ذیل به مهم ترین قسمت های توربین بادی اشاره می كنیم.

1- باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آن را به كنترل كننده ها انتقال می دهد.

2- پره ها (Blades) : وزش باد بر روی پره ها باعث بلند كردن و چرخش پره ها می شود.

3- ترمز (Brake) : از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفاده می شود. عمل ترمز كردن می تواند بصورت مكانیكی ٬ الكتریكی یا هیدرولیكی انجام گیرد.

4- كنترلر (Controller) : كنترلر ها وقتی كه سرعت باد به 8 تا 16 mph می رسد ما شین را راه اندازی می-كنند و وقتی سرعت از 65 mph بیشتر می شود دستور خاموش شدن ماشین را می دهند. این عمل از آن جهت صورت می گیرد كه توربین ها قادر نیستند زمانی كه سرعت باد به 65 mph می رسد حركت كنند زیرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.

5- گیربكس (Gear box) : چرخ دنده ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و از طرف دیگر همانطور كه در شكل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل می باشند و افزایش سرعت چرخش از 30 تا 60 rpm به سرعتی حدود 1200 تا 1500 rpm را ایجاد می كنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامی است. هزینه ساخت گیربكس ها بالاست درضمن گیر بكس ها بسیار سنگین هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده ای می باشند تا درایو های مستقیمی كشف نماید و ژنراتورها را با سرعت كمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربكس نداشته باشند.

6- ژنراتور (Generator) : كه وظیفه آن تولید برق متناوب می باشد.

7- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft) : كه وظیفه آن به حركت در آوردن ژنراتور می باشد.

8- شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft) : رتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن 30 تا 60 دور در دقیقه می باشد.

9- روتور (Rotor) : بال ها و هاب به روتور متصل هستند.

10- برج (Tower) : برج ها از فولاد هایی كه به شكل لوله درآمده اند ساخته می شوند. توربین هایی كه بر روی برج هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده اند انرژی بیشتری دریافت می كنند.

11- جهت باد (Wind direction) : توربین هایی كه از این فن آوری استفاده می كنند در خلاف جهت باد نیز كار می كنند در حالی كه در توربین های معمولی جهت وزش باد به پره های آن باید فقط از روبرو باشد.

12- باد نما (Wind vane) : وسیله ای است كه جهت وزش باد را اندازه گیری می كند و كمك می كند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشته باشد.

13- درایو انحراف (Yaw drive) : وسیله ای است كه وضعیت توربین را هنگامی كه باد در خلاف جهت می وزد كنترل می كند و زمانی استفاده می شود كه قرار است روتور از روبرو در مقابل وزش باد قرار گیرد اما زمانی كه باد در جهت توربین می وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی باشد.

14- موتور انحراف (Yaw motor) : برای به حركت درآوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می گیرد.

----------------------------------------------------

منابع :  عبدالحمید نیر نوری. «سهم ایران در تمدن جهان». بررسی‌های تاریخی. مهر ۱۳۵۰.ششم .

"World Wind Energy Report 2009" (PDF). Report. World Wind Energy Association. February 2010.

world wind energy report 2009 _ Retrieved 13-March-2010

In Texas, even wind power is bigger. And bigger. And bigger. Environmental Capital - WSJ

GE lands $1.4 bln wind turbine contract | Reuters

برگرفته از سایت : reaward.ir



برچسب ها: باد، انرژی،

تاریخ : 2 تیر 92 | 19:00 | نویسنده : شمسی زاده | نظرات
.: Weblog Themes By VatanSkin :.