وضعیت استفاده از انرژی بادی در سطح جهان

استفاده از انرژی های تجدید پذیر از زمانهای بسیار قدیم متداول بوده و قبل از پیدایش نفت و موتور های احتراق داخلی از جایگاه ویژه ای برخوردار بوده است

استفاده از انرژی‌های تجدید‌پذیر از زمانهای بسیار قدیم متداول بوده و قبل از پیدایش نفت و موتور‌های احتراق داخلی از جایگاه ویژه‌ای برخوردار بوده است.

اگر وضعیت فعلی رشد جمعیت ادامه یابد پیش‌بینی می‌شود جمعیت جهان در اوایل قرن حاضر به هفت میلیارد نفر برسد. در عین حال منابع انرژی متداول در حال اتمام است. از طرفی استفاده از نفت برای سوخت نیروگاهها، كارخانه‌ها، خودروها، سیستم‌های گرمایشی و مصرف‌كننده‌های دیگر علاوه بر تمام شدن سریع آن باعث آلودگی محیط‌زیست می‌شود. به گونه‌ای كه طبق برآوردهای محیط‌زیست بین‌المللی میزان آلودگی به ازای هر مگاوات ساعت تولید انژری با سوخت گازوییل ۳/۲۱ كیلوگرم انواع اسید و كربن و منواكسید كربن و ۶۵۷ كیلوگرم CO۲ به محیط اطراف پراكنده می‌شود و در صورت استفاده از سوخت گازی این ارقام به ترتیب ۷/۶ و ۴۴۷ كیلوگرم كاهش می‌یابند. عوامل فوق علاوه بر آلودگی محیط زیست باعث افزایش دمای اتمسفر شده و به نظر برخی از دانشمندان ذوب شدن یخ‌های قطبی و بالاآمدن سطح دریاها و اقیانوسها را به دنبال خواهد داشت.

رشد روز‌افزون تقاضای انرژی، افزایش استانداردهای زندگی، گرم شدن بیش از حد كره زمین و در نهایت مشكلات زیست‌محیطی موجب شده تا هر روز شاهد پیشرفتهایی در زمینه فن‌آوری استفاده از منابع انرژی تجدید‌پذیر باشیم یعنی استفاده از منابع لایزالی كه خداوند به ما ارزانی داشته است. ماهیت پایان‌ناپذیر این گونه انرژی‌ها، روند رو به اتمام سوخت‌های فسیلی و سایر مزایای بارز این انرژی‌ها موجب تشویق بشر در سرمایه‌گذاری در این راه بوده است.

پیش‌بینی می‌شود كه انرژی‌های تجدید‌پذیر جایگاه ویژه‌ای را در تامین انرژی قرن آتی كسب كنند. البته حدود سه دهه كشورهای پیشرفته و صاحب فن‌آوری به این مهم پرداخته‌اند تا جایی كه در برنامه سالانه انرژی خود درصدی از انرژی‌های مورد نظر كشورشان را از طریق توربین‌های بادی، پیلهای خورشیدی، انرژی زمین گرمایی و ... تامین می‌كنند.

بررسی دقیق نشان می‌دهد حتی در حال حاضر كه هزینه استحصال انرژی‌های تجدید‌پذیر گران‌تر از نوع فسیلی به نظر می‌آید، در مناطق دور دست روستایی و كشاورزی به دلیل مشكل انتقال سایر انرژی‌ها و بالا بودن هزینه آن، مقرون به صرفه اقتصادی است و با توجه به تلاش گسترده‌ای كه در رابطه با استحصال انرژی‌هایی از این نوع شده روز به روز از توجیه اقتصادی بالاتری برخوردار می‌شود.

باد یكی از منابع انرژی پایان‌ناپذیر جهان است. انسان بیش از ۳۰۰۰ سال است كه از انرژی باد به منظور تولید انرژی مكانیكی برای پمپ آب یا آسیاب كردن غلات استفاده كرده است.

یكی از بهترین روش‌های استفاده از باد، تولید انرژی الكتریكی است. به این صورت كه با قراردادن یك توربین بادی در مسیر باد و انتقال انرژی مكانیكی توربین به یك ژنراتور جریان مستقیم یا متناوب به طور مستقیم یا از طریق جعبه دنده با نسبت تبدیل مناسب، انرژی الكتریكی تولید می‌شود.

تولید برق از طریق نیروگاه‌های بادی از نظر اقتصادی كاملاً مقرون به صرفه بوده و برای هر كیلووات ساعت برق تولیدی از طریق این نیروگاهها، حدود پنج سنت در مناطق پرباد و شش سنت یا اندكی بیشتر در مناطق كم‌باد، هزینه می‌شود.

با توجه به این كه تعداد نیروگاههای بادی هر سال رو به افزایش بوده و استفاده از این نیروگاه‌ها در جهان صنعتی و كشورهای پیشرفته رو به گسترش است

● مقدمه

انرژی باد بیش از ۳۰۰۰ سال برای تولید انرژی مكانیكی به منظور پمپاژ آب و یا آسیاب كردن غلات مورد استفاده بشر قرار گرفته است. با شروع تولیدات صنعتی مدرن، استفاده از منابع انرژی باد، فراز و نشیب‌هایی داشته است و گاه سوختهای فسیلی یا الكتریسیته جایگزین آن شده است. چون ماهیت باد، تصادفی است و بیشتر منابع تجدیدناپذیر كنونی ارزان و در دسترس است.

در حدود سال ۱۹۷۰میلادی، با وارد شدن اولین بحران انرژی و بالا رفتن قیمت نفت، انرژی باد بار دیگر به عنوان منبعی جایگزین، مورد توجه قرار گرفت، در این زمان بیشترین میزان استفاده از انرژی باد برای تبدیل انرژی مكانیكی به الكتریكی بود. این روش با بهره‌گیری از دیگر فن‌آوریهای انرژی، امكان بهینه‌شدن داشت تا بتواند به عنوان یك پشتیبان در شبكه برق مطرح شود.

اولین توربین باد كه برای تولید الكتریسیته بكار رفت تقریباً در اوایل قرن بیستم توسعه یافت، فن‌آوری بهره‌برداری از انرژی باد تا سال ۱۹۷۰ میلادی و در اواخر سال ۱۹۹۰ میلادی به صورت تدریجی توسعه پیدا كرد. انرژی باد به عنوان یكی از مهمترین منابع انژری جایگزین، معرفی شد. در اواخر قرن بیستم، ظرفیت بكارگیری انرژی باد در جهان در هر سه سال دو برابر شده و قیمت تولیدی انرژی باد در حدود ۶/۱ قیمت آن در سال ۱۹۸۰ شده است به نظر می‌رسد كه این روند همچنان ادامه خواهد یافت.

بعضی از پیش‌بینی‌های تخصصی نشان می‌دهد كه تا سال ۲۰۰۵ میلادی رشد ظرفیت انرژی باد در حدود ۲۵ درصد در سال خواهد بود و قیمت آن در طی این سالها بین ۲۰ تا ۴۰ درصد پایین خواهد آمد.

فن‌آوری انرژی باد نیز به سرعت در حال پیشرفت است. در پایان سال ۱۹۸۹ توربین‌های بادی ۳۰۰ كیلووات با قطر روتور حدود ۳۰ متر مورد بهره‌برداری قرار می‌گرفت. تنها در ۱۰ سال بعد توربین‌های بادی ۱۵۰۰ كیلووات با قطر روتور حدود ۷۰ متر توانایی استفاده بیشتر از باد را فراهم آوردند و استفاده از توربین‌های بادی ۲ مگاوات با قطر روتور ۷۴ متر قبل از شروع قرن جدید خود گواه پیشرفت فن‌آوری انرژی بادی است. به نظر می‌رسد در سالهای ۲۰۰۱ یا ۲۰۰۲ توربین‌های ۴ مگاوات و ۵ مگاوات مورد بهره‌برداری قرار بگیرند.

توسعه سریع بازار انرژی باد و ارتقای فن‌آوری آن، به تحقیقات، دانش و كار تخصصی برای دست‌یابی به انرژی در صنعت‌ انرژی برق اشاره دارد این نكته حایز اهمیت است كه حدود ۸۰ درصد از ظرفیت بادی جهان تنها در پنج كشور آلمان، آمریكا، دانمارك، هند و اسپانیا مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد و نیز بیشترین علوم انرژی باد بر اساس تحقیقات در این كشور است. بهرحال استفاده از فن‌آوری انرژی باد با سرعت، در حال گسترش در دیگر نواحی كره زمین است. همان طور كه اشاره شد انرژی بادی از ۳۰۰۰ سال پیش مورد بهره‌برداری قرار گرفته و فن‌آوری آن روز به روز بهتر شده است.

در توسعه فن‌آوری بادی، سایر علوم از جمله آیرودینامیك، مكانیك و مهندسی الكترونیك نقش داشته‌اند. در ادامه به طور فشرده به توانایی مناطق مختلف جهان در بكارگیری انرژی بادی اشاره می‌شود.

● سابقه تاریخی انرژی باد

تاریخچه تكامل فن‌آوری توربین‌های بادی در نشریات مختلف با مدارك گوناگونی وجود دارد. در این قسمت به طور مختصر به پیشرفت و توسعه فن‌آوری بادی اشاره می‌كنیم.

● تولید انرژی مكانیكی

مدارك ثبت شده حاكی از آن است كه آسیاب‌های بادی اولیه، آسیاب‌هایی با محور عمودی بوده‌اند. این آسیاب‌ها می‌توانند شبیه به یك وسیله مقاوم ساده توصیف شوند كه در ارتفاعات افغانستان برای آسیاب‌ كردن غلات از قرن هفتم قبل از میلاد، بكار می‌رفته‌اند.

در مدارك تاریخی، اولین نمونه آسیاب‌های بادی با محور افقی، در ایران بوده، استفاده از انرژی باد در ایران در حدود ۲۶۰۰ سال قبل صورت گرفته است. بقایای آسیابهای بادی قدیمی كه در سراسر دنیا به نام آسیاب‌ بادی ایرانی شناخته می‌شوند هنوز در منطقه خواف وجود دارد و تعدادی از این آسیابها نیز در حال بهره‌برداری هستند.

تبت و چین در حدود هزار سال قبل، از فن‌آوری‌ آسیاب‌های بادی بهره‌ می‌برده‌اند.آسیاب‌های بادی با محور افقی دارای یك شفت افقی همراه با پره‌هایی است كه در یك مسیر عمودی می‌چرخند. از ایران و خاورمیانه، آسیاب‌های بادی با محور افقی به كشورهای مدیترانه و اروپای مركزی برده شد.

اولین آسیاب‌های بادی با محور افقی كه مورد استفاده قرار گرفته است در كشورهای انگلستان در سال ۱۱۵۰ میلادی، فرانسه در ۱۱۸۰ میلادی، فنلاند در سال ۱۱۹۰ میلادی، آلمان در سال ۱۲۲۲ میلادی و دانمارك در سال ۱۲۵۹ میلادی است.

در اروپا آسیاب‌های بادی بین قرون دوازدهم تا نوزدهم دایماً در حال پیشرفت بودند. در پایان قرن نوزدهم یك نمونه آسیاب بادی كه قطر روتور آن ۲۵ متر و ارتفاع آن بیش از ۳۰ متر می‌رسد، استفاده می‌شد.

آسیاب‌های بادی نه تنها برای آرد كردن غلات استفاده می‌شد بلكه به منظور پمپاژ آب برای مصارف آشامیدن و مزارع مورد استفاده قرار می‌گرفت.

در این زمان تنها در فرانسه در حدود ۱۸ تا ۲۰ هزار آسیاب‌بادی مدرن اروپایی وجود داشت و در كشور هلند ۹۰ درصد انرژی استفاده شده در صنعت از انرژی باد تامین می‌شد.

بعد از صنعتی شدن و كاهش استفاده از آسیاب‌های بادی نیز در سال ۱۹۰۴ میلادی همچنان ۱۱ درصد از انرژی صنعتی هلندی‌ها از انرژی باد تامین می‌شد و آلمانها بیش از ۱۸ هزار واحد در حال كار داشتند.

در هنگامی كه نقش آسیاب‌های بادی اروپایی به تدریج شروع به كم‌رنگ شدن می‌كرد، آسیاب‌های بادی در آمریكای شمالی در حال توسعه بودند.در آمریكای شمالی آسیاب‌های بادی كوچك به منظور پمپاژ آب برای مصرف دام‌های گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفت و این آسیاب‌های بادی به نام آسیاب‌های بادی آمریكایی شناخته شدند. این آسیاب‌ها مداوم كار می‌كردند و نیاز به رسیدگی كردن و ملازم نداشتند.

آسیاب‌های بادی در هنگام وزش بادهای با سرعت بالا از مكانیزم «خودنگهدار» استفاده می‌كردند روش اروپایی‌ها اغلب خاموش شدن آسیاب و بستن پره‌ها بود (شبیه به كشتی‌های بادبانی) تا خسارتی به توربین‌ بادی وارد نشود.

در آمریكا بیشترین استفاده از آسیاب‌های بادی مربوط به سالهای ۱۹۲۰ تا ۱۹۳۰ میلادی است كه در حدود ۶۰۰ هزار واحد در حال كار بود.انواع مختلف آسیاب بادی آمریكایی هنوز هم در نقاط مختلف جهان استفاده می‌شود.

دكتر جواد روحی- مهندس محمدعلی برفان

---