باد , جهان انرژی را تغییر می دهد

آنچه اکنون به عنوان بزرگترین مشکل جهانی, بشر را تهدید می کند, کمبود انرژی و آلودگی هوا بر اثر استفاده از سوخت های فسیلی است

آنچه اکنون به عنوان بزرگترین مشکل جهانی، بشر را تهدید می کند، کمبود انرژی و آلودگی هوا بر اثر استفاده از سوخت های فسیلی است.

برای رفع این دو معضل بزرگ از مدتها پیش، پژوهشگران و دانشمندان مطالعه و تحقیق برای استفاده از انرژی های تجدید پذیر و پاک را شروع کرده اند و اکنون که دشواری های گرانی و کمبود

سوخت های فسیلی و حداقل در۵۰ سال آینده، پایان یافتن این قبیل سوخت ها، پیش بینی شده و شدت آلودگی هوا، کلان شهرهای دنیا را بشدت تهدید می کند، مسئولان کشورها نیز با اختصاص بودجه های سنگین، تمامی دانشگاهها و مراکز پژوهشی را تشویق به یافتن انرژی های جایگزین و کم مخاطره می کنند.

می توان گفت، اکنون دو مسئله به هم پیوسته انرژی و آلودگی هوا (محیط زیست)، به عنوان یک مشکل جهانی عظیم روز بروز تشدید می شود و تا زمانی که راهکارهای علمی و عملی برای آن پیدا نشود، انسان خاکی در مخاطره جدی قرار دارد.

از گذشته های نه چندان دور، راه حلهایی برای تولید انرژی از منابع طبیعی مورد مطالعه قرار گرفته و عناصری مانند، آفتاب (نور خورشید)، آب، باد و امواج اقیانوس ها مورد توجه قرار گرفته است و دانشمندان می کوشند با استفاده از این عناصر طبیعی، مشکل انرژی را حل کنند که پی آمد آن، کاهش آلودگی هوا و محیط زیست سالم خواهد بود.

پیش از این استفاده از باد، با ایجاد مزارع زمینی تولید انرژی، مورد توجه قرار گرفته و هم اکنون از این روش در برخی از کشورها به طور محدود استفاده می شود. لیکن تازه ترین پدیده ای که دانشمندان مطالعات اجرایی آن را به انجام رسانده اند، ایجاد مزارع بادی تولید برق در آسمان و کیلومترها دورتر از سطح زمین است.

گزارش زیر تازه ترین موفقیت ها در این زمینه و نیز چگونگی آنرا توضیح می دهدو جدیدترین گزارش علمی در این مقوله است که در نشریات DISCOVER و SCIENTIFIC AMERICAN درج شده است.

● تبدیل انرژی تابشی به انرژی باد

امروزه استفاده از سوختهای فسیلی بالاترین درصد تأمین انرژی را در دنیا به خود اختصاص داده و با توجه به رو به اتمام گذاشتن آن در آینده ای نه چندان دور، نگرانی عمیقی برای جایگزینی آن بوجود آمده است. شاید بتوان گفت که تأمین انرژی برای چند نسل آینده، بزرگترین معضل و کاری بس دشوار خواهد بود. مشکل دیگر استفاده از سوخت های فسیلی است که با تولید گازهای زیان آور موجب آلودگی هوامی شوند.

برای رویارویی با شرایط کنونی، مدتها است که انرژی وزش باد، به عنوان جایگزینی خوب در نظر گرفته شده و فکر پژوهشگران را به خود مشغول داشته است. از انرژی باد در ادوار گذشته. در برخی از کشورها به طرق مختلف استفاده می شده و نمونه ساده آن استفاده از آسیابهای بادی است. نکته حائز اهمیت اینکه در گذشته هیچ محاسبه یا برآوردی در خصوص مقدار انرژی باد انجام نشده است.

براساس پژوهش ها، حدود نیم درصد از انرژی تابشی خورشید زمانی که به زمین می رسد، به صورت باد تبدیل به انرژی جنبشی می شود و در هر مترمکعب از هوای متحرک در بالای سطح زمین حدود۱/۷ وات انرژی وجود دارد. در اندازه های کوچک- این انرژی به گونه متمرکز و بصورت جریان های شدید هواست ولی برای استفاده بسیار زیاد، بیشترین انرژی بادها در ارتفاعات بالا قرار دارد، به طوری که دانشمندان دریافته اند دو سوم کل انرژی باد بالاتر از لایه تروپوسفر و دور از دسترس ما قرار دارد.

● نتایج محاسبات و مطالعات علمی

در محاسبات انجام شده در دانشگاه واشینگتن مشخص شده، انرژی باد با تغییر ارتفاع، فصل و مکان جغرافیایی تغییر می یابد. یک جریان باد بسیار قویِ مادر، بنام »جت استریم« در ارتفاع۱۰ کیلومتری زمین بین عرض جغرافیایی۲۰ تا۴۰ درجه در شمال کره زمین در حرکت است. این جریان برفراز بسیاری از کشورهای آمریکای شمالی، اروپا، چین و ژاپن قرار دارد و قدرت آن بین۵۰۰۰ تا۱۰۰۰۰ وات در هر مترمکعب است. جت استریم یک امتیاز بسیار مثبت و یک امتیاز منفی دارد: نخست اینکه دایمی است و هیچگاه متوقف نمی شود و دوم اینکه به طور مرتب در حال تغییر مکان و سرگردان است!

در تحقیقاتی مشابه در دانشکده علوم اَتمسفریک، دانشگاه استانفورد ایالات متحده، محاسبات حرکت هوا توسط دو دانشمند انجام شد. آنها در مورد انرژی وزش باد در ارتفاع۸۰ متری از سطح زمین(که در حال حاضر در بسیاری از مکانها مورد استفاده توربین های مولد برق قرار می گیرند) تحقیقات وسیعی انجام داده و مقدار آنرا در حدود۷۲ تریلیون وات در سطح جهان محاسبه کردند. این برآورد بسیار شگفت انگیز است. در مقام مقایسه، کل انرژی تولید شده در ایالات متحده در سال۲۰۰۷، حدود یک تریلیون وات بوده و به سادگی می توان نتیجه گرفت که چه انرژی قابل استفاده ای در اختیار ما قرار دارد. مطالعات نشان می دهد هرچه ارتفاع بیشتر شود سرعت باد نیز افزایش یافته و در نتیجه انرژی بیشتری

می توان بدست آورد. بنابراین انرژی بدست آمده در ارتفاعات کم کره زمین کافی و رضایت مندانه نیست. محاسبات نشان داده، در فواصل بالای سطح زمین می توان تا۲۵۰ برابر انرژی تولید شده توسط مولدهای بادی فعلی که در نزدیکی سطح زمین مورد استفاده قرا رمی گیرد، برق تولید کرد.

اگر بخواهیم از انرژی باد، چندین تریلیون وات برق بدست آوریم، فناوری های مدرن به کمک ما خواهند آمد و تاکنون طرح های متعددی در این زمینه ارایه شده است.

● قدرت باد آسمان

برای برداشت انرژی در ارتفاعات بالا، »برایان رابرت« از دانشگاه سیدنی استرالیا طرحی ارایه داده که آنرا»قدرت باد آسمان« نام نهاده است. این دانشمند نوعی کایت طراحی کرده که مانند یک هلی کوپتر به ارتفاع نزدیک به دو کیلومتر یا بیشتر از سطح زمین صعود می کند. روش کار این کایت به این گونه است که ابتدا پروانه های آن توسط موتور برقی که نیروی خود را از کابل متصل به زمین می گیرد به گردش درآمده و اوج می گیرد. هدایت این وسیله از طریق یک سیستم کنترل رایانه انجام می شود و پس از رسیدن به ارتفاع معین و بگردش درآمدن پروانه های آن توسط انرژی باد، سیستم موتورهای برقی آن تبدیل به مولد برق خواهند شد. انرژی تولید شده توسط کابل متصل به آن به زمین ارسال می شود. این کابل ممکن است چند کیلومتر طول داشته باشد. در واقع کایت، تبدیل به یک مولد برق پرنده،[Flying Electric Generator (FEG)] ، خواهد شد. کنترل و حفظ موقعیت آن از نقطه نظر ارتفاع و سایر تنظیمات دیگر، توسط سیستم های رایانه ای بصورت خودکار انجام خواهد شد. اما کار به این راحتی نیست. وزش های شدید باد، طوفان های سهمگین، حرکت هواپیماها و نظایر آن، همه و همه باید در نظر گرفته شود.

مولد برق دیگری توسط" شرکت اسکای ویند پاور" برای ارتفاع۳ هزار متری از سطح زمین طراحی شده است. شرکت »ماگن پاور« همچنین تولید یک نوع مولد برق گردشی۴ کیلوواتی پرشده از گاز هیلیوم را در ارتفاع۱۲۲ متری از سطح زمین طراحی کرده است. مکانیزم کار آن مانند توپ گلفی است که به کناره آن ضربه زده شده و دایماً در حال چرخش است. قیمت این مولد بدون احتساب گاز هیلیوم، ده هزار دلار است. این شرکت در نظر دارد تا سال۲۰۱۰، برای ارتفاعات بالاتر مولد۱/۶ مگاواتی به اندازه یک زمین فوتبال بسازد.

در طرحی دیگر، بالنهای پر شده از گاز به فضا فرستاده می شود که از نیروی کششی آنها، در روی زمین برای به گردش درآوردن توربین های مولد برق استفاده خواهد شد. در کنار بالن پره هایی وجود دارند که با وزش باد بگردش درآمده و کل سیستم، مانند یک پیستون و میل لنگ ماشین عمل می کند. نیروی کششی متغیر بوجود آمده مانند یک پیستون ماشین با کابل متصل به آن، یک مولد برق برروی زمین را به گردش در خواهد آورد. ارتفاع آن از سطح زمین چند صدمتر برآورد شده است.

طرح جدیدی نیز توسط فضا نوردی بنام »وبو اوکلز« در دانشگاه فنی »دلفت« در هلند ارایه شده که عبارتست از یک سری کایت های کنترل شده توسط رایانه که به یک کابل متصل هستند. این طرح »راهکار نردبانی« نامیده شده است. هنگامی که سیستم در آسمان مستقر شد ارتفاع کایت ها توسط رایانه به طور مرتب بالا و پایین و کم و زیاد می شود. در واقع یک حرکت نوسانی دایمی مانند حرکت یویو بوجود می آید. کابل متصل به بدنه، سیستم مولدهای برق در روی زمین را به گردش در آورده و از این طریق الکتریسیته تولید می شود. در این طرح، بالا و پایین رفتن کایت ها مانند حرکت یک پیستون خودرو، عمل می کند. نتایج بدست آمده از یک شبیه سازی رایانه ای نشان می دهد که با یک کایت می توان در حدود۵۰ مگاوات برق بر روی زمین تولید کرد.

به گفته کارشناسان، تا زمانی که مولدهای برق ارتفاع بالا، در عمل مورد استفاده قرار گیرند راهی طولانی در پیش است. هیچکس بدرستی نمی داند که این مولدها با در نظر گرفتن شرایط استقرارشان و مشکلاتی نظیر طوفان های شدید، برخورد صاعقه، تعمیر و نگهداری و مواردی مشابه آن چگونه عمل خواهند کرد. مزارع شناور در فضا در مقایسه با نوع مشابه خود در زمین، فضایی را در سطح، اشغال نمی کنند، ولی قوانین جدید حمل و نقل هوایی و ممنوعیت پرواز در آن مناطق نیازمند یک سلسله قوانین بین المللی است.

اما علیرغم تمام مشکلات کاربردی، استفاده از این فن آورییک طرح انقلابی معرفی شده و می تواند جامعه آینده بشری را برایبهره گیری از یک انرژی پاک، فراوان، همیشگی، کم هزینه و قابل دسترس آسوده خاطر کند.

مترجم: مهندس سعید صالحی

منابع و مأخذ: نشریهDiscovery - اکتبر۲۰۰۸

Scientific American- Volume ۲۹۵- Number ۳