نیروگاه بادی

[فرشاد اکرمی]

نوشته شده توسط سید هادی ملک
در احداث نیروگاه بادی پیدا کردن محل سایت عامل بسیار مهمی است تا حداکثر بهره برداری را از نیروی باد بدست آورد.
اطلاعات اولیه برای احداث نیروگاه بادی بینالود توسط ایستگاه هواشناسی حسین آباد آغاز گردید و کارهای مقدماتی آن از سال 74 شروع شد. اطلاعات بدست آمده از ایستگاه در اختیار مهندسین قرار داده شد و پس از مطالعات فراوان سر انجام محل فعلی برای احداث انتخاب گردید.
تونل بادی که در این منطقه وجود دارد از امام تقی آغاز و تا کویر سبزوار ادامه دارد و محل احداث نیروگاه در دهانه این تونل است و بیشترین بهره برداری را از نیروی باد میکند.
نکته مهم بعدی پس از انتخاب محل نحوه چیدمان واحدها است تا بتوان حداکثر استفاده را از نیروی باد کرد. از چندین طرح ارائه شده سرانجام چیدمان 10×6 انخاب گردید.
در فاز اول 43 واحد از 60 واحد با یستی به بهره برداری برسد. قدرت هر واحد 660 ولت است. از 43 واحد فوق 5 واحد از خرداد 83 به بهره برداری رسیده و مابقی در حال نصب و راه اندازی است. واحدها با مشارکت ایران و چند کشور خارجی از جمله آلمان و دانمارک به بهره برداری رسیده به طوری که 60 درصد تولید داخل و 40 درصد تولید خارج است.
کل برق تولید شده توسط واحها توسط کابل به پست (132/20) برده میشود و توسط آن به شبکه اصلی منتقل میگردد.
خروجی هر واحد 600 وتوسط ترانسفورماتورهای مجزا به 20000 تبدیل میگردد.
در سطح سایتهای شناخته شده در سطح جهان دو سایت متمایز وجود دارد: سایت آلتامونت پاس کالیفرنیا که بیش از 7000 توربین دارد و حدود 2 مگا ولت انرژی تولید میکند و دیگری سایت بینالود. وجه تمایز این دو سایت در این است که در تابستان بیشتر باد می آید و در نتیجه تولیدی این دو سایت در تابستان که پیک مصرف است پیک تولید هم است.
یک واحد خود از 4 قسمت اصلی تشکیل شده است:
1- امبیدر سیلندر (سیلندر مدنون)
2- برج (تهتانی و فوقانی)
3- نافل (ماشین فونه)
4- نویز کون (دماغه)
ژنراتور نیروگاههای بادی از نوع آسنکرون میباشند.
در ژنراتور آسنکرون بر خلاف سنکرون لغزش میتواند بین 3 تا 5 درصد باشد و در کار ژنراتور اختلالی بوجود نیاورد.
ولی نکته مهم در اینجا انژی بسیار متغییر باد است که دائما در حال تغییر است و متناسب با آن دور تغییر میکند. لغزش مجاز این ژنراتورها 10 درصد است.
برای کارآیی بهتر لازم است تا ولتاژ القایی در روتور ثابت نگه داشته شود برای این کار از سه مقومت متغییر 1 اهمی استفاده میشود به طوری که این مقومتها روی هر فاز قرار میگیرند و توسط یک مدار کنترلی بطور اتومات تغییر میکنند.
برای انتقال انرژی باد به ژنراتور از مین گیربکس استفاده میگردد.
عموما توربین های بادی از لحاظ دور به سه دسته تقسیم میشوند:
1- دور ثابت
2- دور متغییر
3- دو دوره
توربین های این نیروگاه از نوع دور ثابت هستند.
دور پره 28 دور در دقیقه و دور ژنراتور 1600 دور در دقیقه است. گیربکس طوری طراحی گردیده است که ورودی آن متغییر ولی خروجی آن ثابت باشد.
اگر باد از مقدار معینی بیشتر گردد تولید برق بطور اتومات قطع میگردد بطوری که اگر سرعت باد 5 متر در ثانیه باشد تولید شروع میگردد و در 16 متر بر ثانیه تولید حداکثر است و نهایتا در 25 متر در ثانیه تولید بطور اتومات قطع میگردد تا به اجزا واحد آسیب نرسد.
البته شرایط بالا با شرط ایزو میباشند (فشار 1 اتمسفر و دمای 25 درجه) و در جوی سایت بینالود ( 1550 متر ارتفاع از سطح دریا) فول تولید در سرعت 14 متر در ثانیه بدست می آید.
شرایط راه اندازی و تولید:
در زمان راه اندازی ژنراتور ابتدا بصورت موتور به را می افتد و تا زمانی که سرعت آن به سنکرون برسد ادامه دارد. در این زمان تغذیه موتور قطع میگردد و به صورت ژنراتور به کار خود ادامه میدهد.
پره ها:
پره ها طوری طراحی شده اند که بطور اتومات تا 90 درجه تغییرپیدا میکنند (پیچ کنترل)
کلا برای توقف و ترمز واحدها دو روش وجود دارد:
1- در نوک پره ها پره ای دیگر موجود است (پره آیرودینامیکی) که از نوک پره اصلی فاصله دارد و تغییر حالت آن موجب توقف پره های اصلی میگردد ( ترمز دینامیکی)
2- پیچ کنترل: در این سیستم تمام پره تغییر وضعیت میدهد و نسبت به روش قبلی مدرنتر است. برای بهره بردای کامل پره طوری قرار میگیرد که بیشترین سطح تماس را باد داشته باشد و همچنین در مواقعی که طوفان است و یا به خاطر سرویس نبای واحد به کار خود ادامه دهد پره ها طوری قرار میگیرند که کمترین سطح تماس را باد داشته باشند.
در نیروگاههای بادی بر خلاف نیروگاه گازی انژی ورودی در اختیار ما نیست بلکه برای کنترل شرایط بایستی از وضعیت پره ها استفادده کنیم.
اتاقک یا ژنراتور میتواند 360 درجه به دور خود گردش کند و کابل ارتباط دهنده آن طوری است که میتواند تا 4 دور به دور خود بپیچد و پس از آن بطور اتومات باز میگردد.
تمام فرمانهای اجرایی به واحد توسط واحد کنترلی کوچکی که در بالای اتاقک است انجام میگیرد و از سنسورهای مختلفی تشکیل شده است و پارامترهای مختلف را تحت کنترل دارند.
در هنگام طوفان که سرعت باد بسار زیاد است واحد کنترل به یاو موتورها فرمان داده و آنها با چرخش ژنراتور به حول خود باعث میشوند تا ژنراتور در حالت پشت به باد قرار گیرد و از طوفان در امان باشد.
تمام قسمتهای کنترلی به صورت اتومات انجام میگردد و اپراتور فقط بر کارکرد قسمتها نظارت دارد و تمام اطلاعات به طور لحظه ای ثبت میگردد و در حافظه کامپیوتر ذخیره میگردد.
تغییر دور ژنراتور بین 1500 تا 1650 دور است و تغییر دور پره بین بین 28 تا 30 دور است.
طول پره ها 23.5 و طول برج 40 متر است و وزن هر پره 1.5 و وزن برج 40 وناسل 21 تن است.

[امیرعلی بلورچیان]

نیروگاه بادی

یک توربین بادی حداکثر چقدر می تونه برق تولید کنه؟
ابعاد پره هاش چقدر باید باشه؟

[فرشاد اکرمی]

نیروگاه بادی

باور نمی کنید ولی تا اندازه یه زمین فوتبال هم میشه اگر بخواد خوب برق تولید کنه..نهایتا توی ایران یه نمه از اون کوچیکتره!!!

[فرشاد اکرمی]

نیروگاه بادی

اینم یه سایت خارجی در مورد نیروگاههای بادی
http://www.otherpower.com/otherpower_wind.html

[فرشاد اکرمی]

نیروگاه بادی

اینم یکی دیگه
http://www.lookout2000.com/windpower/

[فرشاد اکرمی]

پاسخ : نیروگاه بادی


انرژی بادی بیش از 2000 سال است که مورد استفاده قرارگرفته است.اولین آسیابهای بادی در ایران مورد استفاده قرار گرفتند که از باد برای تولید انرژی مکانیکی استفاده می کردند. نام "آسیاب بادی" به این دلیل به کار رفت که هدف اصلی آنها آسیاب وخرد کردن غلات و تبدیل آن به آرد بود.
باد یک پروانه(توربین) بادی را می چرخاند که به قرقره ها و تسمه هایی وصل بود و چرخهای آسیاب را به گردش در می آورد.
در آغار سالهای 1900 آسیابهای بادی تغییرو بهبود یافتند و برای کشیدن آب از زیرزمین مورد استفاده قرارگرفتند و امروزه هنوز بدین منظور مورد مصرف قرارمی گیرند.
پس از گسترش ژنراتورهای بادی، طولی نکشید که برای سرویس دهی در مناطق دور افتاده استرالیا یعنی جاهایی که برق از ژنراتورهای شهری تامین نمی شد، مورد استفاده قرار گرفت.
از زمانهای نخستین، بشر با ساخت اولین آسیاب ها که قدمت آنها سال ششم میلادی ثبت شده است، نیروی باد را تحت کنترل خود درآورده است. به مرور زمان این تکنولوژی از تنوع برخوردار شده است از جمله کشیدن آب از چاه، آسیاب کردن غلات و تامین نیروی برق کارخانجات چوب بری و الوار سازی. در اواسط قرن نوزدهم تنها در انگلستان بیش از 10000 آسیاب بادی کار می کرد. آخرین دگرگونی در طول سالهای 1880 به وقوع پیوست زمانی که عمل گردش بادبانها به محرک و گرداننده یک ژنراتور الکتریکی تبدیل گشت.رشد این تکنولوژی ادامه داشت اما انگیزش تجاری واقعی زمان بحران نفت در 1970 رخ داد که توجه بشر را به تولید نیروی برق مداوم و ایمن معطوف ساخت. که این مستقیما به استقرار نیروی باد بعنوان منبع انرژی جهانی که سریعترین میزان رشد را داشته، منجر شد با بازاری که تنها در اروپا رشد متوسط سالانه 30 درصدی داشته است یعنی نرخ رشدی که فقط با صنعت کامپیوتر و ارتباطات از راه دور برابری می کند. هم اکنون تغییرات جوی و موضوعات امنیتی انگیزش بیشتری برای بوجود آوردن منابع انرژی متنوع که ادامه یافتنی باشند و آلودگی ایجاد نکنند را فراهم می سازد.
تکنولوژی انرژی بادی در سالهای اخیربسرعت رشد کرده است و اروپا در راس این صنعت دارای تکنولوژی رفیع قرارگرفته است. توربین ها در حال ارزانتر و قدرتمندتر شدن هستند، با طول پره بیشتر که قادر است از مقدار باد زیادتری استفاده کند و بنابراین الکتریسیته بیشتری تولید نماید و هزینه تولید برق از منابع قابل تجدید را کاهش دهد.
اولین مزرعه بادی تجاری در انگلستان در سال 1991 در دلابول واقع در کرن وال ساخته شد که از توربین های 400 کیلو واتی استفاده می کرد، در حالی که آخرین دستاوردها در بردارنده توربین هایی است که ده برابر از توربین های 400 کیلوواتی قدرتمندترند.
حتی بعد از این که بطور متوسط 25-20 سال از عمر کاری توربین های بادی گذشت، این ارزش را دارند که بصورت آهن قراضه می توانند فروخته شوند.

شکل 1 : افزایش اندازه توربین های بادی تجاری که براساس انرژی بادی انجمن انرژی بادی اروپا طراحی شده اند.


- نگاه تحقیقاتی به عملکرد توربین های بادی


ژنراتورهای توربین بادی می توانند برای تولید الکتریسته مورد استفاده قرار گیرند. باد باعث می شود توربین و پروانه آن بچرخد.یک باد نما جهت اطمینان از این که توریبن همیشه به سمت باد باشد، مورد استفاده قرارمی گیرد.پروانه توریبن به آلترناتوری وصل است که برق تولید می کند.
اصول اساسی ارزیابی منبع بادی
ارزیابی منبع بادی یک عامل حساس و مهم در طرح ریزی سطح کارائی توربین در یک مکان معین می باشد. انرژی موجود در جریان باد، نسبتی است از مکعب سرعت آن، که بدین معناست که دو برابر شدن سرعت باد، انرژی قابل دسترس را به صورت فاکتوری از هشت، افزایش می دهد. علاوه بر این، خود منبع باد بندرت یک جریان مداوم و پایدار است و بسته به زمان روز، فصل، ارتفاع از سطح زمین و نوع سرزمین تغییر می یابد. مکان مناسب در جاهای بادخیز و دور از موانع بزرگ و قابل ملاحظه، میزان کارائی یک توربین بادی را افزایش می دهد.
بطور کلی متوسط سرعت باد سالانه 5 متر در ثانیه (11 مایل در ساعت) برای مواردی که به شبکه اتصال دارند، لازم می باشد. متوسط سرعت باد سالانه 3 تا 4 متر در ثانیه (7-9 مایل در ساعت) ممکن است برای موارد استعمال الکتریکی و مکانیکی غیر متصل نظیر شارژ باتری و پمپ آب مناسب باشد. در بسیاری از نقاط جهان منابع بادی با بیش از این سرعت ها موجود است.
چگالی انرژی بادی
- روشی سودمند برای ارزیابی منبع بادی موجود در یک مکان بالقوه می باشد. چگالی انرژی بادی که به صورت وات در هر مترمربع اندازه گیری می شود، نشانگر این است که چقدر انرژی برای تبدیل شدن توسط یک توربین بادی، در مکان موجود می باشد. رده های چگالی انرژی بادی برای دو ارتفاع استاندارد سنجش باد در جدول زیر آمده است. معمولا سرعت باد با بیشتر شدن ارتفاع از سطح زمین افزایش می یابد.



رده های چگالی انرژی بادی در 10 متر و 50 متر (الف)




الف ) برآورد قائم سرعت بادبراساس قانون توانی 7/1
بآ) متوسط سرعت باد براساس جدول توزیع سرعت رایلی چگالی انرژی بادی می باشد. سرعت باد برای شرایط استاندارد سطح دریا می باشد. برای حفظ همان چگالی انرژی، سرعت 3% /1000 متر (5% /5000 فوت) ارتفاع افزایش می یابد.
(برگرفته از اطلس منبع انرژی بادی باتل.)
بطور کلی اکنون مکانهایی با نرخ رده انرژی بادی 4 و بالاتر برای نیروگاههای بادی مقیاس بزرگ ترجیح داده می شوند. تحقیقات انجام شده توسط صنایع و دولت آمریکا در حال بسط دادن موارد استعمال تکنولوژی بادی متصل به شبکه به نواحی دارای باد محدودتر و آرام تر می باشند.
شکل 2: اجزا یک توربین بادی معمولی

چگونه یک توربین بادی کار می کند؟
توربین های بادی، با استفاده از نیروی طبیعی باد برای به حرکت درآوردن ژنراتور، الکتریسیته تولید می کنند. باد یک منبع سوخت پاک و پایدار است که مواد دفعی ندارد و هرگز تمام نخواهد شد چون دائما توسط انرژی خورشید تجدید می شود.
از بسیاری جهات، توربین های بادی تکامل طبیعی آسیابهای بادی سنتی می باشند، اما اکنون معمولا سه پره دارند که حول یک حلقه مرکزی افقی می چرخند که به نیروی الکترونیکی واقع در موتورخانه که در نوک برج فولادی قراردارد، اتصال دارند.
بیشتر توربینهای بادی زمانی که سرعت باد حدود 4-3 متر در ثانیه می باشد، شروع به تولید برق می نمایند و حداکثر مجاز برق را در حدود 15 متر در ثانیه تولید می کنند و برای جلوگیری از خسارات حاصل از توفان در 25 متر در ثانیه و یا بیشتر متوقف شده و از کار می افتند.
باد از پره ها عبور کرده و یک نیروی چرخش دهنده، ایجاد می کند:
1) پره های چرخان
2) پروانه داخل موتور که به جعبه دنده می رود را می چرخاند.
3) جعبه دنده سرعت چرخش برای ژنراتور را افزایش می دهد.
4) ژنراتور از میدان مغناطیسی برای تبدیل انرژی چرخشی به انرژی الکتریکی استفاده می کند. نیروی خروجی تولید شده به یک ترانسفورماتور می رود.
5) ترانسفورماتور انرژی حاصل از ژنراتور که حدود 700 ولت است را به ولتاژ مناسب برای سیستم توزیع، که معمولا 33000 ولت (33کیلو ولت) است، تبدیل می کند.
6) شبکه های توزیع برق منطقه ای یا شبکه ملی الکتریسیته را به سرتا سر کشور انتقال می دهند.

شکل 3: چگونه یک توربین بادی، انرژی جنبشی باد را به انرژی

الکتریکی برای شبکه توزیع تبدیل می کند

[فرشاد اکرمی]

پاسخ : نیروگاه بادی

یک توربین بادی چیست و چگونه کار می کند؟
دو مدل اصلی از توربین های الکتریکی بادی وجود دارد: توربین بادی محور عمودی یا egg-beater و توربین افقی با محور بادی(Propeller-style). امروزه متداولترین آن توربین افقی با محور بادی(Horizontal-axis) می باشد که تقریبا کل توربین های در مقیاس مصارف عمومی و همگانی را در سطح بازار جهانی تشکیل می دهد(ظرفیت 100 کیلو وات و بیشتر).

ترتیب اجزا اصلی توربین بادی

توربین های بادی از نظر اندازه متفاوت می باشند. این شکل اندازه های گوناگون توربین ها و مقدار الکتریسیته ای که هر کدام از آنها قادرند تولید کنند را نمایش دهد(ظرفیت توربین یا سنجش توان).



معمولا الکتریسیته ای که توسط یک توربین بادی تولید می شود، جمع آوری شده و به خطوط فشار قوی وارد گردیده و در آنجا با الکتریسیته حاصل از نیروگاههای دیگر ترکیب شده و به مصرف کنندگان تحویل می شود.
کارکرد و نگهداری و تعمیرات
همه توربین های بادی روی خشکی و داخل دریا، ابزارآلاتی در بالای موتورخانه دارند، یک باد سنج و یک بادنما که بترتیب سرعت باد را اندازه گرفته و جهت آن را تعیین می کنند. زمانی که باد تغییر جهت می دهد، موتورها، قسمت موتورخانه و پره ها را می چرخانند تا به سمت باد قرار گیرند. تمام این اطلاعات توسط کامپیوترها ثبت گردیده و به مرکز کنترل ارسال می شوند که این مرکز می تواند کیلومترها دورتر باشد، بدین معنا که توربین های بادی به طور فیزیکی توسط نیروی انسانی (کارگران) اداره نمی شوند، هر چند بطور دوره ای بررسی های مکانیکی بر روی آنها صورت می گیرد که این بررسی ها اغلب توسط کمپانی های محلی انجام می شود. همچنین کامپیوترهای روی عرشه بر عملکرد هر یک از اجزای توربین بخصوص پره ها نظارت دارند و در صورتی که هرگونه مشکلی دیده شود، توربین را بطور اتوماتیک خاموش خواهد ساخت و به یک مهندس اعلام خواهد کرد که به یک بررسی در محل نیاز می باشد. در واقع برای بسیاری از توربین های بادی، ولتاژهای بیشتر، انواع مختلف ژنراتورها و سیستم های امنیتی، وضعیت پیچیده تر می باشد اما این راهنمای خوبی برای اصول اولیه و مقدمات است.
مقدار الکتریسیته تولید شده از یک توربین بادی به سه عامل بستگی دارد:
v باد خیزی مکان:
نیروی برق حاصل از باد تابعی از مکعب سرعت باد می باشد. بنابراین اگر سرعت باد دو برابر شود، حجم انرژی آن هشت برابر افزایش خواهد یافت. توربین های واقع در محل هایی که سرعت متوسط باد 8 متر در ثانیه است به نسبت جاهایی که سرعت متوسط باد 6 متر در ثانیه می باشد، حدود 100- 75درصد بیشتر الکتریسیته تولید می کند چون همه انرژی اضافی قابل ذخیره نمی باشد.
v میزان دسترسی به توربین های بادی:
این به معنای توانایی بهره برداری در زمان وزش باد می باشد بعبارت دیگر در دسترس بودن توربین برای عمل کردن .که این معمولا برای دستگاه های مدرن اروپایی 98% یا بیشتر می باشد.
v شیوه قرار دادن توربین ها:
توربین ها در مزارع بادی به ترتیبی قرار می گیرند که یک توربین مانع رسیدن باد به توربین دیگر نشود. موضوعات مربوط به نمای زمین(زمین آرایی) نیز باید مورد ملاحظه قرارگیرد. بطور کلی توافق براین است که محل ایده آل برای یک ژنراتور توربین بادی، نوک یک تپه صاف درسطحی صاف و شفاف حداقل در جهتی که باد بیشتر می وزد، می باشد.
برخلاف آسیابهای بادی که در قرن نوزدهم رواج داشتند، یک توربین بادی مدرن تولید کننده برق طوری طراحی شده است که هر زمان باد به اندازه کافی وجود داشته باشد، برق فرکانس شبکه با کیفیت بالا را تولید کند. توربین های بادی می توانند بطور مداوم و خودکار و با میزان تعمیرات پایین با حدود 120000 ساعت عملکرد فعالانه برای طول عمر طرح شده حدود 20 سال، کارکنند. در مقایسه، یک موتور ماشین معمولی یک طول عمر طرح شده در حدود 6000 ساعت دارد.
معمولا پروانه های توربین های بادی مدرن از سه پره تشکیل شده اند که سرعت و قدرت آنها به وسیله تنظیم Stall یا Pitch کنترل می شود. تنظیمStall شامل کنترل چرخش مکانیکی پره ها بوده و تنظیم Pitch (که هم اکنون استفاده از آن متداول تر است) شامل تغییر زاویه خود پره ها می باشد. پره های چرخ گردان از مواد مرکب ساخته می شوند که از فایبرگلاس و پلی استر و اپوکسی استفاده می شود و گاهی اوقات با چوب و کربن هم ترکیب می شود.
انرژی بدست آمده از چرخش پیوسته پره ها، از طریق یک گیربکس و سیستم انتقال توان به یک ژنراتور الکتریکی منتقل می شود. متناوبا ژنراتور می تواند مستقیما با روش "رانش مستقیم " به چرخ گردان وصل شود. توربین هایی که قادرند در سرعت های مختلف کار کنند، بیش از پیش رایج هستند که این ویژگی سازش پذیری با شبکه الکتریسیته را بهبود می بخشد.
گیربکس، ژنراتور و دیگر تجهیزات کنترل، درون یک موتورخانه محافظ قرار گرفته اند. برجهای لوله ای شکلی که موتورخانه و چرخ گردان را پشتیبانی می کنند معمولا از فولاد ساخته شده اند و از پایه به طرف نوک مخروطی شکل می شوند. تمام موتورخانه و چرخ گردان به منظور رویارویی با باد شدید طوری طراحی شده اند که دایره وار حرکت کنند یا" دوران حول محور قائم".



ساخت توربین های بادی تجاری با جدیت و تلاش بیشتر در سالهای 1980 با رهبریت تکنولوژی دانمارک آغاز شد. ظرفیت ژنراتورهای توربین بادی از دستگاههای 60-20 کیلو واتی با قطر پروانه حدود 20 متربه دو مگاوات و بالاتر با قطر پروانه 90-60 متر افزایش یافته است. اکنون بزرگترین ماشینی که ساخته شده است دارای ظرفیت 4500 کیلو وات و قطر پروانه 112 متر می باشد. حتی بعضی از طرحهای آزمایشی توربین های دریایی،ژنراتورها و چرخ گردانهای بزرگتری دارند.
بهسازی مداوم در زمینه قدرت توربین های بادی صورت می پذیرد تا بیشترین میزان ممکنه انرژی را از باد بدست آورند. از جمله آنها پروانه های قدرتمند تر، پره های بزرگتر، الکترونیک انرژی پیشرفته، استفاده بهتر از مواد مرکب و برجهای بلندتر، می باشد. یکی از نتایج این است که توربین های بسیار کمتری برای کسب همان میزان بازده انرژی، مورد نیاز است و صرفه جویی در استفاده از زمین. بسته به مکان آن، یک توربین 1 مگاواتی می تواند الکتریسیته کافی برای 650 خانه را تولید کند.
بعد از آغاز سالهای 1980، برق یک توربین بادی با ضریبی بیش از 200 افزایش یافته است .
توربین های بادی بسیار قابل اطمینان هستند، و قابلیت عملکرد آنها 98% می باشد. و هیچ تکنولوژی تولید برق دیگری قابلیت استفاده بالاتری ندارد.

[فرشاد اکرمی]

پاسخ : نیروگاه بادی

منابع بادی و فرانگری
منابع بادی، سوخت یک ایستگاه برق بادی می باشند و تنها تغییراتی اندک، اثرات بزرگی بر ارزش تجاری آن دارد. هر زمان که سرعت متوسط باد دوبرابر می شود، انرژی موجود در باد به صورت ضریبی از 8 افزایش می یابد، بنابراین حتی تغییرات اندک در سرعت متوسط می تواند تغییرات بزرگی در میزان کارائی ایجاد کند. به عنوان مثال اگر سرعت متوسط باد در یک مکان معین از 6 متر در ثانیه به 10 متر در ثانیه افزایش یابد، مقدار انرژی تولید شده توسط یک مزرعه بادی بیش از 130% افزایش خواهد یافت. بنابراین جزئیات و اطلاعات قابل اطمینان در مورد میزان قدرت و سمت وزش باد و اینکه چقدر باد بطور مرتب می وزد، برای هرگونه برنامه توسعه احتمالی، حیاتی و مهم می باشد. در سطح ملی و منطقه ای، اطلس های بادی اروپا تهیه گردیده است که سرعت باد مورد انتظار در مناطق خاص را ثبت می نماید. برای برخی مکانهای خاص، ارزیابی های مفصل تری مورد نیاز می باشد که از اطلاعات حاصل از ایستگاههای هوای مجاور منطقه و متخصص نرم افزار کامپیوتر برای نمونه سازی منبع بادی استفاده می گردد. سرانجام اینکه، اندازه گیری های خاص مکان، با استفاده از یک دکل باد سنج صورت می گیرد که برروی آن تعدادی بادسنج، سرعت وجهت باد را در ارتفاعات مختلف بالای زمین، اندازه گیری می کنند.
بطور کلی، تخمین زده شده است که منابع بادی قابل بهره گیری واقع در خشکی برای اتحادیه اروپا (EV-25) قادر به تولید و بازدهی 600 تراوات ساعت باشد. منبع بادی در آبهای دریایی تا 3000 تراوات ساعت ارزیابی شده است. که این به تنهایی فراتر از کل مصرف الکتریسیته کنونی اروپا خواهد بود.


مزارع بادی
محدویت ها و موانع چندی بر مکان گروهی از توربین های بادی که معمولا بعنوان یک پارک یا مزرعه بادی توصیف می شوند، تاثیر می گذارند. که شامل این موارد است: مالکیت زمین، مکان در رابطه با ساختمانها و جاده ها ، و اجتناب از مکانهایی که دارای اهمیت محیطی خاصی می باشند. هرگاه این محدودیت ها تعیین شدند، نقشه اولیه خود توربین های بادی می تواند طرح ریزی شود. هدف کلی این است که تولید الکتریسیته را به حداکثر رساند در حالی که هزینه های زیر بنایی، عملکرد و تعمیرات (O&M) و اثرات محیطی را به حداقل رساند. تخصص نرم افزار، توسعه یافته است تا تجسمی از چگونگی پدیدار شدن توربین ها در نمای زمین را ارائه نماید و توسعه دهندگان و طراحان را قادر سازد که بهترین راههای تاثیرگذار را قبل ساخت پروژه، انتخاب نمایند.
جدا از خود توربین ها، دیگر اجزا ء اصلی یک مزرعه بادی، برای پشتیبانی از برجهای توربین ، جاده های اتصالی و زیر سازه برای صدور الکتریسیته تولیدی به شبکه، بعنوان یک اصل و پایه محسوب می شوند. یک مزرعه بادی 10 مگاواتی به سهولت می تواند در عرض دو ماه ساخته شود و برق کافی برای مصرف بیش از 5000 خانه متوسط اروپایی را تولید نماید. به محض شروع به کار، می توان از راه دور یک مزرعه بادی را کنترل و نظارت نمود. یک تیم سیار با تقریبا دو پرسنل برای هر 20 تا 30 توربین، کارهای تعمیرات و نگهداری را انجام می دهند. زمان معمول تعمیرات برای یک توربین بادی مدرن تقریبا 40 ساعت در سال می باشد.
مزارع بادی می توانند از نظر اندازه از چند مگاوات تا بزرگترین مزرعه ای که تا کنون وجود داشته است- 300 مگاوات در ایالات متحده غربی، متفاوت باشند.



3-3 یک توربین بادی چه مقدار برق می تواند تولید کند؟
قابلیت تولید الکتریسیته با واحد اندازه گیری وات سنجیده می شود. وات واحد بسیار کوچکی است بنابراین معمولا بیشتر اصطلاحات کیلو وات (هزار وات ،KW)، مگاوات (یک میلیون وات،MW ) و گیگاوات (یک بیلیون وات، GW ) برای توصیف ظرفیت تولید واحد هایی نظیر توربین های بادی یا دیگر نیروگاههای تولید انرژی مورد استفاده قرارمی گیرد.
تولید و مصرف الکتریسیته معمولا بیشتر با کیلو وات ساعت(KWH) سنجیده می شود. یک کیلو وات ساعت یعنی یک کیلو وات (1000 وات) الکتریسیته که در یک ساعت تولید یا مصرف می شود. یک لامپ روشنایی 50 واتی که به مدت بیست ساعت روشن باشد، یک کیلو وات ساعت برق مصرف می کند (کیلو وات-ساعت1= 1000وات-ساعت= ساعت20× وات 50) .
بازده یک توربین بادی بستگی به اندازه توربین و سرعت باد در روتور(چرخ گردان) دارد. توربین های بادی که امروزه ساخته می شوند دارای توان قدرت حدود 250 وات تا 8/1 مگاوات می باشند.
مثال: یک توربین بادی 10 کیلوواتی در یک مکانی که سرعت باد بطور متوسط 12 مایل در ساعت باشد قادر است سالانه حدود 10000 کیلووات ساعت یا به اندازه ای که برای مصارف خانگی معمول کفایت کند، برق تولید نماید.
یک توربین 8/1 مگاواتی قادر است سالانه بیش از 2/5 میلیون کیلو وات ساعت برق تولید کند که برای مصرف بیش از 500 خانوار کفایت می کند. متوسط مصرف خانگی در آمریکا حدود 10000 کیلو وات ساعت برق در سال می باشد.
مثال: یک توربین 250 کیلو واتی که در یک مدرسه ابتدایی در منطقه اسپیریت لیک واقع در لوا نصب گردیده است، بطور متوسط سالانه 350000 کیلو وات ساعت برق تولید می کند که از مقدار لازم برای یک مدرسه دارای مساحت 53000 فوت مربع بیشتر است. الکتریسیته مازادی که به سیستم مصرف محلی تغذیه می شد در 5 سال اول تولید خود 25000 دلار برای مدرسه درآمد داشت.در مواقعی که باد نمی ورزد مدرسه از الکتریسیته شهری استفاده می کند. این پروژه بقدری موفق بوده است که پس از آن حوزه مدرسه اسپیریت لیک دومین توربین به ظرفیت 750 کیلو وات را نیز دایر نموده است.
سرعت باد یک عامل مهم در پیش بینی میزان کارآئی توربین می باشد و سرعت باد یک مکان از طریق ارزیابی منبع باد قبل از ساخت یک سیستم بادی، سنجیده می شود. معمولا یک سرعت باد متوسط سالانه بیشتر از 4 متر درثانیه (m/s) (9 متر در ساعت) برای توربین های الکتریکی بادی کوچک لازم می باشد(برای عملیات مکش آب باد کمتری لازم است). نیروگاههای انرژی بادی مصارف همگانی بطور متوسط به حداقل سرعت بادی به اندازه 6 متر درثانیه (13 متر در ساعت) نیاز دارند.
برق موجود در باد متناسب است با مکعب سرعت باد، بدین معنا که دو برابر کردن سرعت باد، برق حاصله را به صورت ضریبی از 8 افزایش می دهد. بنابراین توربینی که در محلی با سرعت باد متوسط 12 متر در ساعت کار می کند به نسبت توربینی که در مکانی با سرعت باد 11 متر در ساعت باشد بصورت فرضی می تواند حدود 33% بیشتر الکتریسیته تولیدکند به این دلیل که مکعب 12(1768) 33% بزرگتر از مکعب 11 (1331) می باشد. (در دنیای واقعی، توربین ها به این مقدار زیاد، الکتریسیته بیشتر تولید نمی کنند اما باز هم بیش از 9% اختلاف تولید خواهد کرد.)آنچه که مهم و قابل ملاحظه است این است که اختلافی که در سرعت باد بنظر جزئی و کم می آید، می تواند اختلاف بزرگی در میزان انرژی موجود والکتریسیته تولید شده، ایجاد نماید و بنابراین اختلاف زیادی در قیمت برق تولید شده. و همچنین انرژی بسیار اندکی از بادهای دارای سرعت بسیار کم، حاصل می شود (باد دارای سرعت 6 متر در ساعت کمتر از انرژی باد دارای سرعت 12 متر در ساعت را دارا می باشد)
4-3 اجزاء ، جنس و سایز توربین های بادی :
برجها بیشتر لوله ای شکل هستند و از فولاد ساخته شده اند. پره ها از فایبر گلاس – پلی استر مستحکم یا چوب –اپوکسی ساخته شده اند.
توربین های بادی مصارف همگانی جهت مزراع بادی واقع در خشکی دارای سایزهای مختلفی هستند با قطر چرخ گردان از حدود 50 متر تا حدود 90 متر و با برجی تقریبا به همان سایز. یک توربین 90 متری که دارای یک برج 90 متری باشد، ارتفاع کلی آن از پایه برج تا نوک چرخ گردان تقریبا 135 متر (442 فوت) خواهد بود.
توربین های دریایی که طراحی می گردند و هم اکنون در حال توسعه یافتن می باشند چرخ گردانهای بزرگتری خواهند داشت. در حال حاضر بزرگترین آنها دارای قطر چرخ گردان 110 متر است به این دلیل که حمل و نقل پره های گردان بزرگ به وسیله کشتی آسانتر از راه زمینی می باشد. توربین های بادی کوچک که برای مصارف خانگی یا تجاری جزئی طرح ریزی شده اند بسیار کوچکتر می باشند.بیشتر آنها دارای قطر چرخ گردان 8 متر یا کمتر می باشند و برروی برج هایی به ارتفاع 40 متر یا کمتر نصب می گردند.


چند توربین برای تولید یک مگاوات (MW) برق نیاز است ؟
بیشتر سازندگان توربین های مصارف همگانی، دستگاههایی در محدوده 700 کیلو وات تا 8/1 مگاوات را پیشنهاد می کنند. ده واحد 700 کیلو واتی یک نیروگاه بادی 7 مگاواتی را می سازد در صورتیکه 10 دستگاه 8/1 مگاواتی یک تاسیسات 18 مگاواتی را فراهم می سازد. در آینده دستگاه هایی با اندازه بزرگتر موجود خواهد بود، هر چند احتمالا در دریا نصب خواهند شد یعنی جایی که تجهیزات عظیم تر ساخت و حمل ونقل می تواند مورد استفاده قرار گیرد. هم اکنون واحد های بزرگتر از ظرفیت 4 مگاوات در حال ساخت و توسعه می باشند.

یک مگاوات (MW) الکتریسیته حاصل از انرژی بادی برق چند خانه را می تواند تامین کند؟
متوسط مصرف یک واحد مس*********** در آمریکا حدود 10000 کیلو وات ساعت(KWH) برق در سال می باشد. یک مگاوات انرژی بادی می تواند سالانه بین 4/2 و3 میلیون کیلو وات ساعت برق تولید کند. بنابراین یک مگاوات انرژی بادی به اندازه مصرف 300-240 خانه برق تولید می کند. مهم است به این نکته توجه داشته باشیم از آنجا که باد بطور تمام وقت نمی وزد نمی تواند بدون نوعی سیستم دخیره، تنها منبع انرژی برای آن همه خانه باشد.تعداد خانه ها فقط به این دلیل بکار رفته است که روشی راحت برای تفسیر مقدار الکتریسیته به صورتی مملوس و قابل فهم باشد (معمولا نیازی به ذخیره سازی نیست زیرا ژنراتورهای بادی فقط بخشی از نیروگاههای برق در یک سیستم مصرف همگانی می باشند و زمانی که باد نمی وزد از دیگر منابع سوخت استفاده می گردد).
مختصری از نیروگاه برق بادی :
مقرون به صرفه ترین روش استفاده از توربین های برق بادی این است که بصورت گروهی از ماشین آلات بزرگ (660 کیلو وات و بالاتر)بکار روند که " نیروگاه برق بادی" یا "مزارع بادی" نامیده می شوند. بعنوان مثال یک مزرعه بادی 107 مگاواتی نزدیک به لیک بنتن در مینه سوتا متشکل از توربین هایی است که در کشتزاری در امتداد تپه باد خیز بوفالو به فواصل از یکدیگر احداث شده اند. مزرعه بادی در حال تولید برق است در حین اینکه استفاده کشاورزی نیز بدون هیچگونه اختلالی ادامه دارد.
نیروگاههای بادی از نظر اندازه و ظرفیت می توانند در محدوده چند مگاوات تا صدها مگاوات قرار گیرند. نیروگاههای برق بادی"بخش به بخش" می باشند، یعنی از بخشها (توربین های ) منفرد کوچکی تشکیل شده اند و در صورت نیاز به آسانی می توان آنها را کوچکتر یا بزرگتر ساخت. همراه با افزایش تقاضای برق می توان به تعداد توربین ها افزود. امروزه ساخت یک مزرعه بادی 50 مگاواتی در ظرف مدت 18 ماه تا دو سال می تواند به اتمام برسد. که بیشتر این زمان برای اندازه گیری میزان باد و کسب مجوز ساخت مورد نیاز است-خود مزرعه بادی در کمتر از شش ماه می تواند ساخته شوند.
ضریب ظرفیت" چیست؟
ضریب ظرفیت عاملی است در سنجش بهره وری یک توربین بادی یا هر گونه تاسیسات تولید برق دیگر. ضریب ظرفیت، تولید واقعی نیروگاه در مدت زمان معین را با مقدار انرژی که نیروگاه می بایستی تولید می کرد در صورتی که با ظرفیت کامل در همان مدت زمان کار می کرد را مقایسه کند.

یک نیروگاه برق معمولی همگانی از سوخت استفاده می نماید بنابراین معمولا در بیشتر مواقع کار می کند مگر این که بدلیل خرابی دستگاهها یا برای تعمیرات بلا استفاده شود. یک ضریب ظرفیت 40 تا 80 درصدی برای نیروگاههای معمولی، چیز متعارفی است. یک نیروگاه بادی به وسیله باد تغذیه می گردد که باد هم گاها پیوسته می وزد و در مواقعی هم اصلا نمی وزد.هر چند توربین های بادی مدرن مصارف همگانی معمولا در 65 تا 80 درصد مواقع کار می کنند، اغلب این توربین ها در سطحی کمتر از ظرفیت کامل عمل می کنند. بنابراین یک ضریب ظرفیت 25 تا 40 درصدی متعارف می باشد هر چند ممکن است طی ماهها یا هفته های پر باد به ضریب ظرفیت های بالاتر هم برسند.
مهم است که توجه داشته باشیم به این که در حالی که ضریب ظرفیت تقریبا برای یک نیروگاه سوختی موضوعی کاملا قابل اطمینان است برای یک نیروگاه بادی اینگونه نیست، ضریب ظرفیت برای یک نیروگاه بادی موضوع مقرون به صرفه بودن طراحی توربین می باشد.
با یک چرخ گردان خیلی بزرگ و یک ژنراتور بسیار کوچک هر زمان که باد بوزد، یک توربین بادی با ظرفیت کامل کار می کند و ضریب ظرفیت 80-60 درصد را دارا خواهد بود اما الکتریسیته بسیار اندکی را تولید خواهد نمود . بیشترین الکتریسیته ای که از هر دلار سرمایه گذاری شده بدست خواهد آمد، با استفاده از یک ژنراتور بزرگتر و قبول این واقعیت که نتیجتا ضریب ظرفیت پایین تر خواهد بود، حاصل خواهد شد. توربین های بادی از این لحاظ اساسا با نیروگاههای برق سوختی تفاوت دارند.
اگر ضریب ظرفیت یک توربین بادی 33% باشد، آیا بدین معناست که فقط از زمان کار می کند؟
خیر. یک توربین بادی در یک محل معمولی در میدوسترن آمریکا بایستی حدود 80-65 درصد از مواقع کار کند. اما بیشتر مواقع کمتر از حد ظرفیت کامل را تولید خواهد نمود (به مبحث قبل رجوع شود) که ضریب ظرفیت آن را کمتر می سازد.
"قابلیت استفاده" یا " ضریب قابلیت استفاده" چیست؟
ضریب قابلیت استفاده (یا فقط قابلیت استفاده) سنجش قابلیت اطمینان یک توربین بادی یا دیگر نیروگاههای برق می باشد. این ضریب اشاره دارد به مقدار (درصد) زمانی که یک نیروگاه آمادگی تولید برق را دارد (یعنی به دلیل تعمیرات خارج از سرویس نباشد). توربین های بادی مدرن قابلیت استفاده ای بیش از 98% را دارا می باشند که بالاتر از اکثر نیروگاههای برق دیگر است. بعد از دو دهه بهسازی مهندسی مداوم، توربین های بادی امروزی بسیار قابل اطمینان می باشند.


انتقال و توزیع انرژی باد
خواه توربین بادی در روی خشکی یا دریا قرارگرفته باشد، نیاز است الکتریسیته ای که تولید می کند به مصرف کننده نهایی بعبارت دیگر به مشتری برسد.
سیستم برق انگلستان مرکب از 5 بخش عمده می باشد.
1.ژنراتورها به همراه عوامل بسیاری که دخیل هستند، یعنی نیروگاههای دارای سوخت هسته ای و فسیلی، الکتریسیته را تولید می کنند. 2) شبکه ملی، هسته مرکزی این سیستم می باشد که الکتریسیته را به مسافتهای طولانی در سراسرکشور توزیع می کند و به محض این که منتقل شد شبکه ملی، برق را به کمپانی های توزیع کننده تحویل می دهد.3) این کمپانی ها شبکه های توزیع الکتریسیته محلی را دارا می باشند و از آنها بهره برداری می کنند. 4) در میان این،کمپانی های تولید قرار دارند (در شکل نشان داده نشده است). 5)که برق را به مصرف کنندگان می فروشند

شکل 5 سیستم تولید الکتریسیته انگلستان




یک عامل استراتژیک کلیدی در نفوذ موفقیت آمیز انرژی بادی، ادغام موثر آن در شبکه انتقال و توزیع برق اروپا می باشد.افزایش نفوذ تولید انرژی بادی در شبکه پاره ای از مسائل را بوجود می آورد. که بیشتر موضوعاتی درزمینه وضعیت شرکت های برق می باشد تا موضوعاتی نظیر ضرورت مهندسی.
v بازده یک مزرعه بادی به میزان معینی مطابق با شرایط آب و هوایی تغییر می نماید.
v مزارع بادی اغلب در انتهای شبکه های توزیع واقع شده اند. بیشتر شبکه های اروپا برای تولید الکتریسیته به مقدار زیاد از تعداد نسبتا کمی از تاسیسات بزرگ، طراحی شده اند که برق را بطرف بیرون بسوی پیرامون ارسال می دارند بجای آنکه آن را در جهت معکوس بفرستند.
v ویژگی های تکنیکی تولید بادی با ویژگیهای ایستگاههای انرژی متداول،تفاوت دارد که پیرامون آن سیستم های موجود متحول گردیده اند.
نیاز اپراتورهای شبکه برای به کار انداختن نسبت فزاینده چنین"تولید توزیع شده ای" تنها از انرژی بادی تامین نمی شود.
ملاحظات محیطی و آزاد سازی بازار الکتریسیته ، علاقه مندی به تولید تجاری در مقیاس کم را افزایش داده است: تغییراتی در روش خدمات شهری و همچنین عملیات شبکه مورد لزوم می باشد تا این رشد و توسعه را فراهم سازد. موضوعات و مسائل تناوب نیاز به درک تغییر پذیری و قابلیت تنظیم و پیش بینی پذیری دارد. تکنیکهای پیش بینی باد در مراحل اولیه رشد و توسعه قراردارند و پیشرفتها می تواند به استحکام انرژی بادی برای اپراتورهای سیستم از طریق کم کردن و مشخص ساختن اشتباهات پیش بینی، کمک نماید.
بدلیل تناوب آن ، اظهار شده است که موضوعات ثبات و استحکام شبکه، ممکن است با نفوذ انرژی بادی بیش از یک سطح معین، بوجود آید. چنین موضوعاتی نیاز به این دارد که در مقایسه با منفعت های بالقوه از جمله تقویت شبکه های محلی و قابلیت توربین های با سرعت متغیر برای کمک به ثبات و پایداری شبکه، مورد سنجش قرار گیرند. همچنانکه مزارع بادی بیشتری در یک منطقه جغرافیایی وسیع به سیستم اتصال می یابند، مجموع بازده آنها احتمالا حتی بیش از الگوی تولید کلی می شود که نتیجه آن نیاز کمتر برای استفاده اضافی از ایستگاههای انرژی متداول خواهد بود.
برای تعادل یک سیستم جهت انطباق پذیری با درونداد متغیر حاصل از انرژی بادی، مجموعه تکنیکهایی برای اپراتور شبکه موجود می باشد. بعنوان مثال، در شرایطی که باد زیادی وجود دارد، اپراتور می تواند سایر دستگاههای تولید را در میزان بازدهی کم نگه دارد. احتمالا همچنانکه نفوذ انرژی بادی توسعه می یابد، راه حل های دیگری به میزان فزاینده ایاز اهمیت برخوردار می شوند. همانگونه که ذیلا شرح داده شده است، این موارد عبارتند از پیش بینی و استفاده از اتصال دهندگان به شبکه های برق مجاور. با استفاده از چنین تکنیکهایی، همچنین تقویت خود شبکه و افزایش پراکندگی جغرافیایی انرژی بادی، این امکان وجود دارد که از نفوذ باد در سطح بسیار بالایی در سیستم الکتریسیته اروپا برخوردار باشیم بدون اینکه بر کیفیت تولید تاثیر گذارد.
در سالهای اخیر پیشرفتهای زیادی در پیش بینی بازده انرژی از مزارع بادی، صورت گرفته است. بطور کلی مشخص شده است که با دوره های کوتاه اندازه گیری در یک محل، این امکان وجود دارد که با استفاده از ضریب همبستگی با اطلاعات هوا سنجی اندازه گیری شده از ایستگاههای هوای مجاور، بازده را بطور بسیار دقیقی پیش بینی کرد.
یک عامل اصلی در ساختن انرژی بادی این است که اطمینان یافت الکتریسیته تولید شده می تواند به سیستم شبکه تغذیه شود و به مصرف کنندگان الکتریسیته برسد. تجربه نشان داده است که ترکیب کردن یک مخلوط متنوع از تقاضای سازنده و راه حل های تولید، نفوذ انرژی بادی بطور وسیع در یک شبکه الکتریسیته را بدون اثرات نامطلوب ممکن می سازد. بعنوان مثال در سیستم الترا در غرب دانمارک، استفاده از اتصال دهندگان به ژنراتورهای مولد برق عظیم در نروژ به شمال و آلمان در جنوب، نفوذ 30درصدی انرژی بادی را با تغییرات جزئی در عملکرد شبکه ممکن ساخته است. تغییرپذیری باد مشکلات بسیارکمتری نسبت به آنچه مخالفان پیش بینی کرده بودند برای مدیریت شبکه برق ایجاد کرده است. در اندک شبهای بادی زمستان در ناحیه غربی دانمارک، توربین های بادی تا 100 درصد تولید انرژی را می توانند تشکیل دهند که اپراتورهای شبکه با موفقیت آن را بکار می گیرند. اکنون اکثر مزارع بادی در اروپا به سیستم توزیع محلی اتصال دارند. گر چه با ساخت پارکهای دریایی و خشکی وسیع تر، اتصال به شبکه اصلی بطور فزاینده ای مورد مطالبه قرار خواهد گرفت.

[فرشاد اکرمی]

پاسخ : نیروگاه بادی

- توربین های بادی و تکنولوژی دریائی
الکتریسیته بادی دریایی
اکنون بازار در حال رشد انرژی بادی دریایی، محرک اصلی توسعه توربین های با اندازه های بزرگتر است. که این تقاضاهای تکنیکی جدیدی را برانگیخته است و با منطق بکار گرفته شده در ساخت، انتقال، نصب و نگهداری توربین های چند مگاواتی دریایی، مبارزه سختی را عرضه می دارد.
توربین های بادی دریایی بایستی بطور مستحکمی در بستر دریا قرار گیرند که این عمل با استفاده از یکی ازچند نوع مختلف طراحی شالوده صورت می گیرد:
مونوپول های فولادین که عمیقا در زیر خاک قرارمی گیرند، صندوقه پی بتونی که بر پایه نیروی جاذبه می باشد یا تکیه گاه های سه پایه. کیلومترها کابل بایستی بین هر یک از توربین ها که بطور منظم قرارگرفته اند، کشیده شود و سپس به سمت ساحل، تا الکتریسیته حاصله را به شبکه تغذیه کند. از آنجایی که قابلیت اطمینان توربین از اهمیت بالایی برخوردار می باشد، نگهداری و تعمیرات مفید و موثر، نیازمند در دسترس و آماده بودن کشتی های سرویس دهنده می باشد که قادرند در شرایط سخت دریایی به توربین ها دسترسی پیدا کنند.
طرح های اولیه برای توربین های دریایی در اصل مدل دریایی تکنولوژی پایگاههای واقع در خشکی بودند که از حفاظت فوق العاده ای در مقابل نفوذ نمک دریا برخوردار می باشند. دستگاه هایی که اکنون طراحی می شوند از تغییرات اساسی تری برخوردارند. نظیر سرعت بالاتر نوک پره و تجهیزاتی که از ابتدای ساخت برای کارهای تعمیراتی روی دستگاه سوار شده است. با توربین هایی که توان دومگاوات و بالاتر دارد و پروژه هایی با ظرفیت بیش از 150 مگاوات که قبلا ساخته شده اند ، به واقع در مزارع بادی دریایی پیشرفت حاصل شده است.



اولین مزرعه بادی دریایی انگلستان در دسامبر سال 2000 در بندر بلیت واقع در نورتمبرلند مورد بهره برداری قرار گرفت. بخش انرژی بادی انگلستان ظرف مدت چهار سال از این دو توربین آزمایشی به 360 توربین تایید شده که کلا بیش از 1100 مگاوات(MW) می باشد، رشد کرده است. از این پروژه ها، 30 توربین با ظرفیت کل 60 مگاوات قبلا برای شبکه نورت هویل خارج از محدوده ساحل نورت ویل در حال تولید بوده است، که از اولین مزارع بادی دریایی بزرگ بوده که در انگلستان مورد بهره برداری قرار گرفته است و هم اکنون ساخت دومین آن در اسکرابی سندز خارج از محدوده ساحل گریت یارمات در نورفولک به اتمام رسیده است.
رشد توربین های دریایی بطور پیوسته در حال افزایش است و آینده انگلستان در این زمینه روشن به نظر می رسد با توجه به این که نسبت قابل توجهی از کل پتانسیل منابع بادی دریایی اروپا در آبهای انگلستان قرار دارد. برآوردهای مطالعات حاکی از پتانسیل تولید نزدیک به 1000 تراوات ساعت(TWH) در سال می باشد که معادل با چندین برابر کل مصرف برق انگلستان است. فعلا انگلستان بعنوان بهترین بازار برای انرژی بادی در جهان شناخته شده است که این ناشی از ترکیب مطلوب منابع بادی آن، نظام و سازه نیرومند دریایی و اخیرا تعمیم قوانین مربوطه، الزام منابع قابل تجدید تا 15% تا سال 2015 می باشد.



تکنولوژی توربین های دریایی




توربین های بادی دریایی دارای همان تکنولوژی توربین های بادی روی ساحل می باشند و طول عمر مورد انتظار آنها نیز مانند توربین های ساحلی تقریبا بیست سال است .تفاوت اصلی بین آنها در اندازه شان است. یک توربین ساحلی معمولی که امروزه نصب می شود، دارای ارتفاع برجی در حدود 40 تا 60 متر و پره هایی به درازای بین 30 و 40 متر می باشد در حالی که بیشتر توربین های بادی دریایی احتمالا یک برج حداقل 60 متری با پره هایی به درازای 40 متر یا بیشتر دارند که قادرند حداقل دو مگاوات برق تولید کنند.
محدودیتهای فیزیکی حمل ونقل قطعات بزرگ نظیر پره ها بر نصب در دریا تاثیری ندارد و هزینه های نصب توربین ها در دریا بستگی به اندازه آنها نداشته و به یک میزان خواهد بود. بنابراین مقرون به صرفه تر است که از ماشین آلات عظیم تر که بازده انرژی بالاتری دارند استفاده گردد.
درست مثل توربین های روی ساحل، توربین های دریایی گارانتی شده و تست می گردند که در مقابل شرایط سخت مقاوم باشند و زمان وقوع شرایط جوی سخت، پره ها به طور اتوماتیک از حرکت ایستاده و به دلایل امنیتی، زمانی که سرعت باد بسیار زیاد می شود مثلا 50 مایل در ساعت و بالاتر، حرکت پره ها کند می گردد. قسمت های فلزی توربین های دریایی بطور خاصی آستر می شوند تا از زنگ زدن و خورده شدن تدریجی آنان به وسیله نمک موجود در آب دریا حفاظت بعمل آید.
توربین های بادی دریایی معمولا در آبهای نسبتا کم عمق، کمتر از 30 متر ساخته می شوند.امکان ساخت آنها در آبهای عمیق تر از این، که قابل توجه ترین آنها سکو های نفتی دریای شمال می باشدهم وجود دارد، اما بسیار گران است و از نظر اقتصادی برای بادهای دریایی در وضعیت کنونی رشد تکنولوژی قابل دوام و پایدار نیست.
هیچگونه محدودیتهای تکنیکی برای نصب توربین های دریایی وجود ندارد اما ساخت، حمل به محل ونصب و سوار کردن چنین ماشین آلات عظیمی نیاز به متخصصان، ابزارآلات و تسهیلاتی در بندر دارد و همچنین جدول زمانی دقیق جهت حصول اطمینان که امکان بهره گیری از هوای آرام به حداکثر ممکنه رسیده است. بیشتر این توربین ها یا بر روی زیرساختهای وزنی(سنگین) یا تک ستون های فولادی نصب می گردد. زیر ساختهای وزنی، سازه های بتونی هستند که نصب ومستقر گشته و با شن یا آب تثبیت و استوار می گردند و برج توربین در آنها گنجانیده می شود. تک ستونها استوانه های فولادین طویلی هستندکه در بستر دریا تا سطح اطمینان کوبیده، حفر یا مرتعش شده و سپس سکوها و برجها در بالای آنها نصب می گردند. در بیشتر سازه ها در انگلستان از زیرساخت های تک ستون برای آینده ای قابل پیش بینی استفاده خواهد شد.
تکنولوژی داخل دریا، براساس همان اصول تکنولوژی روی ساحل می باشد:
1)پایه ها به بستر دریا برده می شوند و محافظت از فرسایش شبیه به استحکامات دریایی در قسمت شالوده برای جلوگیری از آسیب به کف دریا صورت می پذیرد. روی سطح زیر ساخت با یک رنگ روشن نقاشی می شود تا برای کشتی ها قابل رویت باشد و دارای یک سکو می باشد که امکان دسترسی به اسکله را برای تیم نگهداری و تعمیرات فراهم می سازد.
2)پره هایی به شکل ایرودینامیکی که حول یک حلقه مرکزی افقی که به موتورخانه اتصال دارد، می چرخند.
3)کابل های زیر دریایی
4) برق را به ترانسفورماتور می رسانند.
5)این ترانسفورماتور الکتریسیته را به یک ولتاژ بالا(33 کیلو ولت) تبدیل می کند.
6)قبل از اینکه آن را برای اتصال به شبکه به یک ایستگاه فرعی در روی خشکی، بازگرداند.


شکل 4: استقرار توربین های بادی در دریا. لطفا توجه داشته باشید از آنجایی که صنعت توربین های داخل دریای انگلستان هنوز در مراحل مقدماتی رشد و توسعه می باشد، این فقط یک تصویر نشان دهنده و مشخص کننده می باشد.

[فرشاد اکرمی]

پاسخ : نیروگاه بادی

چرا کلیه توربین های بادی را در دریا قرار نمی دهیم؟
توربین های بادی می توانند در دریا استقرار یابند، یعنی جایی که باد شدیدتر می وزد و توربین های عظیم تری را می توان نصب نمود. امروزه در مناطق متراکم و پر جمعیت اروپا یعنی جایی که فضای محدودی روی خشکی وجود دارد و مناطق دریایی نسبتا بزرگی با آبهای کم عمق دارا می باشد، مزارع بادی دریایی فراوانی در نظر گرفته شده و در حال توسعه می باشند.
اما نیاز مبرم به پاسخ دهی به تغییرات اقلیمی بدین معناست که ما نیاز خواهیم داشت از منابع قابل تجدید به سریع ترین وجه ممکنه و تا آنجا که می توانیم بهره بگیریم و این بدان معناست که به هر دوی سیستم های بادی روی خشکی و داخل دریا نیاز داریم. همچنین ایالات متحده مناطق خشک بسیار وسیعی دارد که برای توسعه صنعت بادی مناسب می باشند ولی مناطق دریایی مناسب چندان زیادی ندارد. بعلاوه چون بسیاری از مردم زیبایی و منظره توربین های بادی را دوست دارند نباید تصور کرد که مطلوب تر است که همه توریبن های بادی را در مناطق دور دریایی قرار داد. مزارع بادی روی خشکی می تواند توسعه اقتصادی قابل توجهی به صورت درآمدهای مالیاتی برای جامعه روستایی تحت فشار و اجاره بهایی برای کشاورزان فراهم سازد. بنابراین مزارع بادی روی خشکی می توانند سهم مهمی در کاهش یا تغییر رکود و انحطاط جامعه روستایی داشته باشند.
مزارع بادی دریایی کجا ساخته می شوند؟ در چه فاصله از ساحل و در چه عمقی قرار می گیرند؟
یکی از بزرگترین مناطق دریایی دارای آب کم عمق در ایالات متحده Offcapecod می باشد جایی که یک مزرعه بادی بزرگ برای آن پیشنهاد شده است. بسیاری از دیگر مناطق ساحلی ایالات متحده حداقل پتانسیل هایی برای توسعه صنعت بادی دارند اما معمولا هزینه های پی ریزی توربین ها با افزایش عمق آب و ارتفاع امواج به سرعت افزیش می یابد. همچنین هزینه اتصال به خطوط برق خدمات شهری با افزایش فاصله از ساحل به سرعت افزایش می یابد.
اما هنوز مزایایی برای احداث مزارع بادی در مناطق دریایی بیشتر، وجود دارد. در این مناطق سرعت باد بیشتر است و باد از پایداری و ثبات بیشتری برخوردار است. این بدان معناست که توربین هایی که در مناطق دریایی ساخته می شوند انرژی بادی بیشتری را به تسخیر در می آورند. بسیاری امیدوارند که چالش های تکنیکی مغلوب خواهند شد و در آینده مزارع بادی دریایی در مناطق دریایی بسیار بیشتری و حتی شاید بر روی سکوهای شناور در دریا، ساخته خواهند شد.
آیا این توربین ها برای کشتیرانی مزاحمتی ایجاد می کنند؟
سازندگان به همین منظور توربین های بادی را خارج از خطوط کشتیرانی مستقر، احداث می کنند و در نتیجه از برخورد با تردد روزمره جلوگیری بعمل می آید. اگر یک کشتی ناخواسته از مسیر خارج شود، رادارهای آن به آسانی توربین های بادی که انعکاس رادار عالی دارند را می یابند. همچنین توربین های بادی به ابزارهای هشدار دهنده ای تجهیز شده اند که در هوای خراب (توفانی) به کشتی ها اعلام خطر می کنند. گارد ساحلی آمریکا مجوز مکان توربین های بادی را با توجه به ملاحظات دریانوری صادر می کند و علامت گذاری ها، چراغهای هشدار دهنده و سیگنالهای مه مورد نیاز را تعیین می کند.
اندازه توربین ها از ساحل چقدر به نظر می رسد؟
بدیهی است که این بستگی به اندازه توربین ها، شرایط جوی و میزان نزدیکی آنها به ساحل دارد. بیشتر مزارع بادی دریایی به میزان کمی از ساحل قابل رویت می باشند.
در صورتی که دریا توفانی شود چه اتفاقی رخ می دهد؟
مانند توربین های روی خشکی، توربین های دریایی جهت استقامت در شرایط بادی سخت مورد آزمایش قرار گرفته و تضمین می گردند. در صورت بروز شرایط سخت آب و هوایی، پره ها خاموش شده و بدلایل امنیتی زمانی که سرعت باد به 50 مایل در ساعت و بالاتر می رسد، حرکتشان کند می شود.
آیا این توربین ها بستر دریا را به هم زده و باعث فرسایش ساحلی می گردند؟
هر پروژه پیشنهادی مزرعه بادی قبل از ساخت، از نظر امواج و فرآیندهای ساحلی مورد بررسی کامل قرار می گیرد. اگر چه ساختار توربین ها و مناطق دریایی دور به گونه ای است که بسیار احتمال آن کم است که بر بستر دریا یا چگونگی امواج تاثیر قابل توجهی بر جای گذارند. با توجه به تجارب دانمارک در زمینه مزارع بادی دریایی هیچگونه شواهدی دال بر آثار زیان بخش بر فرآیند های ساحلی وجود ندارد.
قبلا اثرات فرسایش ساحلی سطوح دریایی بالاتر و الگو های جوی شدید تر ناشی از گرم شدن کره زمین بطور علمی مورد تایید قرار گرفته اند و بسیار بیشتر و مهمتر از اثرات بالقوه مزارع بادی دریایی می باشند.
آیا توربین ها بر حیات دریایی تاثیر خواهند گذاشت؟
از لحاظ حیات دریایی، سه مرحله مهم از مزارع بادی وجود دارد:
ساخت، بهره برداری و غیر قابل استفاده شدن. ساخت و غیر قابل استفاده شدن پتانسیل ایجاد بیشترین مقدار مزاحمت را دارا می باشند و اخیرا صنعت انرژی بادی و همچنین چندین گروه حفاظت حیات دریایی، در حال بررسی این اثرات شدید بر روی حیات دریایی می باشند.
اما مهم این است که چنین اثراتی با توجه به دیگر فعالیتهای دریایی نظیر ماهیگیری، کشتیرانی، استخراج نفت و گاز و غیره مورد ملاحظه قرار گیرد. همچنین بایستی توجه شود که مدت زمان ساخت و خارج از سرویس کردن فقط حدود شش ماه خواهد بود. در طول مدت بیست سالی که توربین ها مورد استفاده قرار گرفته اند هیچگونه اثری بر روی حیات دریایی آشکار نشده است.
این مطلب نیز اظهار گردیده است که صدای حاصل از توربین های بادی به زیر آب خواهد رفت و برای موجودات دریایی ایجاد مزاحمت می کند. اما مطالعات انجام شده بر روی اثر صدای حاصل از توربین های دریایی موجود، ذکر می دارند که فرکانس این صدا بسیار کوتاه است و در حقیقت بسیاری از گونه ها قادر به شنیدن این صدا نمی باشند.
مانند موضوعات اثرات مکانی دیگر، اینگونه نگرانی ها زمانی که یک پروژه مزرعه بادی در حال طی مراحل کسب مجوز می باشد، مورد توجه قرار خواهد گرفت.

http://forum.niksalehi.com