منابع بادی و پاسخ به سوالات متداول درباره توربین بادی

سرویس آموزش و ازمون برق نیوز: منابع بادی، سوخت یک ایستگاه برق بادی می‌باشند و تنها تغییراتی اندک، اثرات بزرگی بر ارزش تجاری آن دارد. هر زمان که سرعت متوسط باد دوبرابر می‌شود، انرژی موجود در باد به صورت ضریبی از ۸ افزایش می‌یابد، بنابراین حتی تغییرات اندک در سرعت متوسط می‌تواند تغییرات بزرگی در میزان کارائی ایجاد کند.

به عنوان مثال اگر سرعت متوسط باد در یک مکان معین از ۶ متر در ثانیه به ۱۰ متر در ثانیه افزایش یابد، مقدار انرژی تولید شده توسط یک مزرعه بادی بیش از ۱۳۰ % افزایش خواهد یافت؛ بنابراین جزئیات و اطلاعات قابل اطمینان در مورد میزان قدرت و سمت وزش باد و اینکه چقدر باد بطور مرتب می‌وزد، برای هرگونه برنامه توسعه احتمالی، حیاتی و مهم می‌باشد. در سطح ملی و منطقه ای، اطلس‌های بادی اروپا تهیه گردیده است که سرعت باد مورد انتظار در مناطق خاص را ثبت می‌نماید.

 

برای برخی مکانهای خاص، ارزیابی‌های مفصل تری مورد نیاز می‌باشد که از اطلاعات حاصل از ایستگاههای هوای مجاور منطقه و متخصص نرم افزار کامپیوتر برای نمونه سازی منبع بادی استفاده می‌گردد. سرانجام اینکه، اندازه گیری‌های خاص مکان، با استفاده از یک دکل باد سنج صورت می‌گیرد که برروی آن تعدادی بادسنج، سرعت وجهت باد را در ارتفاعات مختلف بالای زمین، اندازه گیری می‌کنند.

بطور کلی، تخمین زده شده است که منابع بادی قابل بهره گیری واقع در خشکی برای اتحادیه اروپا (EV- ۲۵) قادر به تولید و بازدهی ۶۰۰ تراوات ساعت باشد. منبع بادی در آبهای دریایی تا ۳۰۰۰ تراوات ساعت ارزیابی شده است؛ که این به تنهایی فراتر از کل مصرف الکتریسیته کنونی اروپا خواهد بود.


مزارع بادی

محدویت‌ها و موانع چندی بر مکان گروهی از توربین‌های بادی که معمولا بعنوان یک پارک یا مزرعه بادی توصیف می‌شوند، تاثیر می‌گذارند؛ که شامل این موارد است: مالکیت زمین، مکان در رابطه با ساختمان‌ها و جاده‌ها، و اجتناب از مکانهایی که دارای اهمیت محیطی خاصی می‌باشند. هرگاه این محدودیت‌ها تعیین شدند، نقشه اولیه خود توربین‌های بادی می‌تواند طرح ریزی شود. هدف کلی این است که تولید الکتریسیته را به حداکثر رساند در حالی که هزینه‌های 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 توربین‌ها 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، جاده‌های اتصالی و زیر سازه برای صدور الکتریسیته تولیدی به شبکه، بعنوان یک اصل و پایه محسوب می‌شوند. یک مزرعه بادی ۱۰ مگاواتی به سهولت می‌تواند در عرض دو ماه ساخته شود و برق کافی برای مصرف بیش از ۵۰۰۰ خانه متوسط اروپایی را تولید نماید. به محض شروع به کار، می‌توان از راه دور یک مزرعه بادی را کنترل و نظارت نمود. یک تیم سیار با تقریبا دو پرسنل برای هر ۲۰ تا ۳۰ توربین، کارهای تعمیرات و نگهداری را انجام می‌دهند. زمان معمول تعمیرات برای یک توربین بادی مدرن تقریبا ۴۰ ساعت در سال می‌باشد.
مزارع بادی می‌توانند از نظر اندازه از چند مگاوات تا بزرگترین مزرعه‌ای که تا کنون وجود داشته است- ۳۰۰ مگاوات در ایالات متحده غربی، متفاوت باشند.

  یک توربین بادی چه مقدار برق می‌تواند تولید کند؟

قابلیت تولید الکتریسیته با واحد اندازه گیری وات سنجیده می‌شود. 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 توربین‌های بادی یا دیگر نیروگاههای تولید انرژی مورد استفاده قرارمی گیرد.
تولید و مصرف الکتریسیته معمولا بیشتر با کیلو وات ساعت (KWH) سنجیده می‌شود. یک کیلو وات ساعت یعنی یک کیلو وات (۱۰۰۰ وات) الکتریسیته که در یک ساعت تولید یا مصرف می‌شود. یک لامپ روشنایی ۵۰ واتی که به مدت بیست ساعت روشن باشد، یک کیلو وات ساعت برق مصرف می‌کند (کیلو وات-ساعت ۱ = ۱۰۰۰ وات-ساعت= ساعت ۲۰ × وات ۵۰).
بازده یک توربین بادی بستگی به اندازه توربین و سرعت باد در روتور (چرخ گردان) دارد. توربین‌های بادی که امروزه ساخته می‌شوند دارای توان قدرت حدود ۲۵۰ وات تا 1.8مگاوات می‌باشند.
مثال: یک توربین بادی ۱۰ کیلوواتی در یک مکانی که سرعت باد بطور متوسط ۱۲ مایل در ساعت باشد قادر است سالانه حدود ۱۰۰۰۰ کیلووات ساعت یا به اندازه‌ای که برای مصارف خانگی معمول کفایت کند، برق تولید نماید.
یک توربین 1.8 مگاواتی قادر است سالانه بیش از 2.5 میلیون کیلو وات ساعت برق تولید کند که برای مصرف بیش از ۵۰۰ خانوار کفایت می‌کند. متوسط مصرف خانگی در آمریکا حدود ۱۰۰۰۰ کیلو وات ساعت برق در سال می‌باشد.

مثال: یک توربین ۲۵۰ کیلو واتی که در یک مدرسه ابتدایی در منطقه اسپیریت لیک واقع در لوا نصب گردیده است، بطور متوسط سالانه ۳۵۰۰۰۰ کیلو وات ساعت برق تولید می‌کند که از مقدار لازم برای یک مدرسه دارای مساحت ۵۳۰۰۰ فوت مربع بیشتر است. الکتریسیته مازادی که به سیستم مصرف محلی تغذیه می‌شد در ۵ سال اول تولید خود ۲۵۰۰۰ دلار برای مدرسه درآمد داشت. در مواقعی که باد نمی‌ورزد مدرسه از الکتریسیته شهری استفاده می‌کند. این پروژه بقدری موفق بوده است که پس از آن حوزه مدرسه اسپیریت لیک دومین توربین به ظرفیت ۷۵۰ کیلو وات را نیز دایر نموده است.

سرعت باد یک عامل مهم در پیش بینی میزان کارآئی توربین می‌باشد و سرعت باد یک مکان از طریق ارزیابی منبع باد قبل از ساخت یک سیستم بادی، سنجیده می‌شود. معمولا یک سرعت باد متوسط سالانه بیشتر از ۴ متر درثانیه (m/s) (۹ متر در ساعت) برای توربین‌های الکتریکی بادی کوچک لازم می‌باشد (برای عملیات مکش آب باد کمتری لازم است). نیروگاههای انرژی بادی مصارف همگانی بطور متوسط به حداقل سرعت بادی به اندازه ۶ متر درثانیه (۱۳ 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 ۸ افزایش می‌دهد؛ بنابراین توربینی که در محلی با سرعت باد متوسط ۱۲ متر در ساعت کار می‌کند به نسبت توربینی که در مکانی با سرعت باد ۱۱ متر در ساعت باشد بصورت فرضی می‌تواند حدود ۳۳ % بیشتر الکتریسیته تولیدکند به این دلیل که مکعب ۱۲ (۱۷۶۸) ۳۳ % بزرگتر از مکعب ۱۱ (۱۳۳۱) می‌باشد. (در دنیای واقعی، توربین‌ها به این مقدار زیاد، الکتریسیته بیشتر تولید نمی‌کنند، اما باز هم بیش از ۹ % اختلاف تولید خواهد کرد.) آنچه که مهم و قابل ملاحظه است این است که اختلافی که در سرعت باد بنظر جزئی و کم می‌آید، می‌تواند 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 می‌شود (باد دارای سرعت ۶ متر در ساعت کمتر از انرژی باد دارای سرعت ۱۲ متر در ساعت را دارا می‌باشد)

برج‌ها بیشتر لوله‌ای شکل هستند و از فولاد ساخته شده اند. پره‌ها از فایبر گلاس – پلی استر مستحکم یا چوب –اپوکسی ساخته شده اند.
توربین‌های بادی مصارف همگانی جهت مزراع بادی واقع در خشکی دارای سایزهای مختلفی هستند با قطر چرخ گردان از حدود ۵۰ متر تا حدود ۹۰ متر و با برجی تقریبا به همان سایز. یک توربین ۹۰ متری که دارای یک برج ۹۰ متری باشد، ارتفاع کلی آن از پایه برج تا نوک چرخ گردان تقریبا ۱۳۵ متر (۴۴۲ فوت) خواهد بود.
توربین‌های دریایی که طراحی می‌گردند و هم اکنون در حال توسعه یافتن می‌باشند چرخ گردانهای بزرگتری خواهند داشت. در حال حاضر بزرگترین آن‌ها دارای قطر چرخ گردان ۱۱۰ متر است به این دلیل که حمل و نقل پره‌های گردان بزرگ به وسیله کشتی آسانتر از راه زمینی می‌باشد. توربین‌های بادی کوچک که برای مصارف خانگی یا تجاری جزئی طرح ریزی شده اند بسیار کوچکتر می‌باشند. بیشتر آن‌ها دارای قطر چرخ گردان ۸ متر یا کمتر می‌باشند و برروی برج هایی به ارتفاع ۴۰ متر یا کمتر نصب می‌گردند.


چند توربین برای تولید یک مگاوات (MW) برق نیاز است؟

بیشتر سازندگان توربین‌های مصارف همگانی، دستگاههایی در محدوده ۷۰۰ کیلو وات تا 8/1 مگاوات را پیشنهاد می‌کنند. ده واحد ۷۰۰ کیلو واتی یک نیروگاه بادی ۷ مگاواتی را می‌سازد در صورتیکه ۱۰ دستگاه 1.8 مگاواتی یک تاسیسات ۱۸ مگاواتی را فراهم می‌سازد. در آینده دستگاه هایی با اندازه بزرگتر موجود خواهد بود، هر چند احتمالا در دریا نصب خواهند شد یعنی جایی که تجهیزات عظیم‌تر ساخت و حمل ونقل می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. هم اکنون واحد‌های بزرگتر از ظرفیت ۴ مگاوات در حال ساخت و توسعه می‌باشند.

یک مگاوات (MW) الکتریسیته حاصل از انرژی بادی برق چند خانه را می‌تواند تامین کند؟

متوسط مصرف یک واحد مسکونی در آمریکا حدود ۱۰۰۰۰ کیلو وات ساعت (KWH) برق در سال می‌باشد. یک مگاوات انرژی بادی می‌تواند سالانه بین ۴ / ۲ و ۳ میلیون کیلو وات ساعت برق تولید کند؛ بنابراین یک مگاوات انرژی بادی به اندازه مصرف ۳۰۰ - ۲۴۰ خانه برق تولید می‌کند. مهم است به این نکته توجه داشته باشیم از آنجا که باد بطور تمام وقت نمی‌وزد نمی‌تواند بدون نوعی سیستم دخیره، تنها منبع انرژی برای آن همه خانه باشد. تعداد خانه‌ها 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 می‌باشند و زمانی که باد نمی‌وزد از دیگر منابع سوخت استفاده می‌گردد).