توربین های بادی و تکنولوژی دریائی مشاهده در قالب PDF چاپ فرستادن به ایمیل

 

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.

 

 

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.

 

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.

 

 

چند سئوال و جواب در خصوص تکنولوژی دریایی


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)

 

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).

 

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.

 

www.azenasanatparsian.com

کلیه حقوق متعلق به شرکت آزنا صنعت پارسیان می باشد. کپی برداری از مطالب سایت بلامانع است. 
Copyright (c) 2010, Azena Webmaster Group. All rights reserved.