انرژی باد و عملكردها و تاثیرهای اقتصادی آن بر تولید برق

استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و بهره گیری از انرژی باد برای تولید الكتریسیته از جمله مباحث مهمی است كه سبب حفظ محیط زیست و استفاده موثرتر از انرژیهای نو در عرصه صنعت برق كشور خواهد شد

استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و بهره‌گیری از انرژی باد برای تولید الكتریسیته از جمله مباحث مهمی است كه سبب حفظ محیط زیست و استفاده موثرتر از انرژیهای نو در عرصه صنعت برق كشور خواهد شد.

در مقاله زیر كه به وسیله نرگس احتشامی كارشناس دفتر بودجه شركت برق منطقه‌ای اصفهان تهیه و تنظیم شده، ضمن شناساندن انرژی باد و كاركردهای آن به مزایای استفاده از این انرژی در تولید الكتریسیته تاكید شده است.

عرضه و تقاضای انرژی در جهان به صورت یكی از مسائل روز درآمده است. انرژی‌های فسیلی مانند نفت، گاز و ذغال سنگ روزی تمام خواهند شد و با پایان یافتن آنها چرخ تمدن بشری كه بستگی مستقیم به انرژی دارد متوقف خواهد گشت. این مساله موجب شده كه كشورهای توسعه یافته صنعتی با جدیت هرچه بیشتر استفاده از سایر انرژی‌های تجدیدپذیر موجود در طبیعت مانند انرژی خورشید، باد، گرمای درون زمین و جزر و مد را مورد توجه قرار دهند. هم‌اكنون پیشرفت‌های زیادی درمورد استفاده از انرژی باد حاصل شده است. انرژی باد اغلب در دسترس بوده و هیچ نوع آلودگی برجای نمی‌گذارد و می‌تواند از نظر اقتصادی نیز در درازمدت قابل مقایسه با سایر منابع انرژی باشد.

● انرژی باد چیست؟

انرژی باد، انرژی حاصل از هوای متحرك است. هنگامی كه تابش خورشید به طور نامساوی به سطوح ناهموار زمین می‌رسد سبب ایجاد تغییر دما و فشار می‌شود و در اثر این تغییرات باد بوجود می‌آید. همچنین اتمسفر كره زمین به دلیل حركت وضعی زمین، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می‌دهد كه این امر نیز باعث به وجود آمدن باد می‌شود. جریان اقیانوسی نیز به صورت مشابه عمل كرده و عامل ۳۰ درصد انتقال حرارت كل در جهان است. در مقیاس جهانی این جریانات آتمسفری به صورت یك عامل قوی جهت انتقال حرارت و گرما عمل می‌كنند. دوران كره زمین نیز می‌تواند در برقراری الگوهای نیمه دائم جریانات سیاره‌ای در اتمسفر، انرژی مضاعف ایجاد كند.

● تاریخچه استفاده از انرژی باد

انسان از زمان‌های بسیار دور، انرژی باد را به شیوه‌های مختلف به كار گرفته است. ایرانیان اولین كسانی بودند كه در حدود ۲۰۰ سال قبل از میلاد مسیح برای آردكردن غلات از آسیابهای بادی استفاده كرده‌اند. همچنین مصریان باستان از نیروی باد برای راندن كشتی‌های خود روی رودخانه نیل بهره برده‌اند. در قرن هفدهم میلادی، مردم هلند طرح پایه آسیابهای بادی را بهبود دادند. همین امر باعث شد تا این كشور در زمره غنی‌ترین و صنعتی‌ترین كشورهای اروپا قرار گیرد. برخی از كشورها از آسیاب‌های بادی را برای آسیاب گندم و ذرت، پمپ كردن آب و قطع درختان استفاده كرده‌اند. در آغاز قرن بیستم اولین توربین‌های بادی سریع و مدرن ساخته شد. امروزه فعال‌ترین كشورها در این زمینه آلمان، ایتالیا، آمریكا، دانمارك و هند هستند.

● مزایای استفاده از انرژی باد

مزایای استفاده از انرژی باد به شرح زیر است:

▪ عدم نیاز توربین‌های بادی به سوخت كه در نتیجه از میزان مصرف سوخت‌های فسیلی می‌كاهد

▪ رایگان بودن انرژی باد

▪ توانایی تأمین بخشی از تقاضای انرژی برق

▪ كمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد در بلندمدت

▪ تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی

▪ نیازنداشتن به آب

▪ نیاز نداشتن به زمین زیاد برای نصب

▪ ایجاد اشتغال

▪ نداشتن آلودگی زیست محیطی

● ناكارآمدیهای استفاده از انرژی باد

▪ اثر منظره‌ای:

یكی از بزرگترین موانع بهره‌برداری از نیروی باد مسأله تأثیر زیست محیطی آن است. بسیاری از مردم می‌‌گویند مولدهای بادی از نظر ظاهری ناخوشایند بوده و پر سروصدا هستند به ویژه به دلیل اینكه در نواحی زیبای خارج از مناطق شهری قرار دارند. اما باید گفت مولدی كه سوخت آن ذغال سنگ است، مسلماً پر سر و صداتر و زشت‌تر از دكلهای آسیاب بادی خواهد بود. صدای متوالی توربین‌های دكلهای آسیاب بادی برای كسانی كه در نزدیكی آنها زندگی می‌كنند، یك موضوع مهم به شمار می‌رود. اكنون صدای این مولدها به كمك فناوری چرخ دنده‌ها و توربین‌های سه تیغه‌ای قابل كنترل است.

▪ پرندگان:

فعالیت توربین‌های بادی ممكن است به پرندگان صدمه بزند كه می‌تواند به صورت كشته شدن پرندگان در نتیجه برخورد با برج یا پره‌های روتور و یا از طریق بهم خوردگی تولید مثل یا استراحتگاه پرندگان در مجاورت توربین ظاهر شود.

▪ صدا:

مزاحمتی كه صدای تولیدی به وسیله توربین‌های بادی ایجاد می‌كند شاید مهمترین عامل محدودكننده نصب توربین‌های بادی در مجاورت نواحی مسكونی است. انتشار صوت توربین‌های بادی از اجزای مكانیكی و آیرودینامیكی حاصل می‌شود. سهم آیرودینامیكی صدای تولیدشده تابعی از سرعت باد است.

▪ تداخل مخابراتی:

توربین‌های بادی برای امواج الكتریسیته در محیط ایجاد مزاحمت می‌كند. این امواج ممكن است كه تحت تأثیر توربین‌های بادی منعكس، پخش و یا شكسته شده برای ارتباطات مخابراتی راه دور ایجاد تداخل كنند.

▪ ایمنی:

حوادث مرتبط با توربین‌های بادی نادر بوده اما مانند سایر فعالیت‌های صنعتی پیش می‌آیند. در اكثر موارد این حوادث زمانی پیش آمده‌اند كه تكنسین‌ها سعی كرده‌اند كه توربین‌های بادی را متوقف كنند.

انواع توربین‌های بادی: توربین‌های بادی مدرن را می توان به دو گروه تقسیم كرد:

۱) توربین‌های بادی با محور افقی

۲) توربین‌های بادی با محور عمودی

توربین‌های بادی خانگی از یك موتور، یك ژنراتور، و معمولاً یك دنباله تشكیل شده است. در اثر عبور باد از روی پره‌ها، روتور، انرژی جنبشی باد را گرفته و به حركت چرخشی تبدیل می‌كند و ژنراتور را به چرخش درمی‌آورد. روتور می‌تواند دو پره یا سه پره داشته باشد. روتور سه پره متداول‌تر است. مقدار انرژی، كه توربین می‌تواند تولید كند در درجه اول بستگی به قطر روتور دارد. اسكلت توربین متشكل از یك میله محوری محكم است كه روتور، ژنراتور و دنباله روی آن نصب شده است. وظیفه دنباله این است كه جهت توربین را همیشه سمت باد نگه دارد. توربین بادی یك كیلوواتی می‌تواند نیازهای یك خانه با مصرف ۳۰۰ كیلووات ساعت در ماه را در منطقه‌ای كه سرعت متوسط سالیانه باد ۵/۲۲ كیلومتر بر ساعت است، تأمین كند.

می‌توان از توربین‌های بادی با كاركردهای مستقل استفاده كرد و یا می‌توان آنها را به یك ”شبكه قدرت تسهیلاتی“ وصل كرد یا حتی می‌توان با یك سیستم سلول خورشیدی تركیب كرد. عموماً از توربین‌های مستقل برای پمپاژ آب یا ارتباطات استفاده می‌كنند، هرچند كه درمناطق بادخیز مالكان خانه‌ها و كشاورزان نیز می‌توانند از توربین‌ها برای تولید برق استفاده نمایند.

در مقیاس كاربردی انرژی باد، معمولاً تعداد زیادی توربین را نزدیك به یكدیگر می‌سازند و بدین ترتیب یك مزرعه بادگیر را تشكیل می‌دهند.

● انواع كاربرد توربین‌های باد:

الف) كاربردهای غیرنیروگاهی شامل: پمپ‌های بادی آبكش برای تأمین آب آشامیدنی حیوانات در مناطق دور افتاده و آبیاری در مقیاس كم است. آبكشی از عمق كم جهت پرورش آبزیان، تأمین آب مصرفی خانگی، كاربرد توربینهای بادی كوچك به عنوان تولیدكننده برق، تأمین برق جزیره‌های مصرف و شارژ باتری از دیگر كاربردهای غیرنیروگاهی توربین بادی است.

▪ كاربردهای نیروگاهی:

نیروگاههای بادی منفرد برای تأمین انرژی الكتریكی واحدهای مسكونی، تجاری، صنعتی و یا كشاورزی و مزارع برق بادی به منظور تأمین بخشی از تقاضای انرژی برق شبكه به كار گرفته می‌شود.

▪ بررسی اقتصادی استفاده از انرژی باد:

امروزه فن‌آوری استفاده از انرژی باد در بسیاری از كشورها در دسترس بوده و ارزانترین راه برای تهیه الكتریسیته از مشتقات انرژی خورشید تشخیص داده شده است. بهای انرژی تولیدشده به عوامل محیطی و عملی و نیز نوع ماشین به كار گرفته شده بستگی دارد. با بررسی‌های مختلفی كه در زمینه قیمت استفاده از انرژی باد انجام گرفته است، نشان می‌دهد كه گرچه هزینه ماشینهای بادی با بزرگی و نیز ازدیاد توان تخمینی آنها افزایش می‌یابد، ولی بهای هر كیلو وات انرژی آنها كاهش پیدا می‌كند. لازم به یادآوری است كه در انتخاب دستگاه‌های بزرگ محدودیت‌هایی وجود دارد. مثلاً اگر سرعت انتهایی پره ماشین بادی به حد سرعت صورت و یا بیشتر برسد سبب گرم شدن و فرسودگی و ازكارافتادن سریع ماشین می‌شود، علاوه بر اینكه باید سعی شود تا ماشین‌های بادی هزینه اصلی (هزینه ساخت روتور، دكل و ...) كمتری داشته باشند و باید در محل‌هایی نیز كه باد قابل ملاحظه‌ای دارند نصب شوند و ماشین برای سرعت باد عملی تنظیم شده باشد. تهیه ماشینی كه برای تمام سرعت‌های باد كار كند، گرانتر تمام می‌شود. ماشین‌های معمولی بادی اصولاً برای جلوگیری از مصرف سوخت‌های دیگر در ایام وزش باد به كار می‌روند و همراه با سایر دستگاه‌های تولید انرژی نیز از آنها استفاده می‌شود. اگر از ماشین‌ بادی به صورت تنها منبع انرژی استفاده شود، باید دستگاه‌های ذخیره انرژی در كنار ماشین‌های بادی بكار گرفته شوند. با اضافه كردن دستگاه‌های ذخیره، بهای برق تولیدی ممكن است به مراتب افزایش یابد.

منابع:

محمود ثقفی. (۱۳۸۴). انرژی‌های تجدیدپذیر نوین. انجمن انرژی ایران و مركز مطالعات انرژی ایران. دانشگاه تهران

محمود، ثقفی. (۱۳۷۲). انرژی باد و كاربرد آن در كشاورزی. دانشگاه تهران.

معاونت امور انرژی، دفتر انرژی‌های نو وزارت نیرو (۱۳۷۸). مجموعه مقالات سمینار مشترك انرژی‌های نو ایران و ژاپن.

جواد، نصیری. (۱۳۷۵). منابع انرژی تجدیدپذیر نوین. دفتر انرژی‌های نو وزارت نیرو.

---