تولید برق از طریق انرژی بادی و فرایند آن در مقایسه با سایر نیروگاههای با سوخت فسیلی مشاهده در قالب PDF چاپ فرستادن به ایمیل

 

تولید برق از طریق انرژی بادی و فرایند آن در مقایسه با سایر نیروگاههای با سوخت فسیلی

 

انرژی بادی معمولاً به سایر اشکال انرژی مخصوصاً انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. در پایان سال ۲۰۰۶ ظرفیت ژنراتورهای بادی در سراسر جهان ۷۴۲۲۳ مگاوات بود. اگرچه هم اکنون بیش از ۱ درصد مصرف برق جهان از این طریق تولید می‌شود، انرژی بادی تقریباً ۲۰ درصد برق مصرفی در دانمارک، ۹ درصد در اسپانیا و ۷ درصد در آلمان را تأمین می‌کند.

جدیدترین روش استفاده از نیروی باد تولید انرژی الکتریکی به وسیله تبدیل حرکت دورانی تیغه‌های توربین به جریان برق توسط ژنراتور الکتریکی است. در آسیاب‌های بادی (فناوری بسیار قدیمی) انرژی باد برای چرخش ماشین‌آلات مکانیکی به منظور انجام کار فیزیکی مانند خردکردن گندم یا پمپاژ آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نیروی باد در مزارع بادی بزرگ برای تأمین برق شبکه سراسری همچنین برای ساکنین روستاها یا مکان‌های جدا از شبکه سراسری در مقیاس کوچکتر استفاده می‌شود. در صورتی که از انرژی بادی برای تولید برق بجای سوخت‌های فسیلی استفاده می‌شود انرژی بادی دارای مزیت‌های زیادی است. این مزیت‌ها عبارتند از مقدار فراوان، تجدیدپذیر بودن، گستردگی تولید، تمیزبودن و کاهش دهنده گازهای سمی و گازهای گلخانه‌ای در فضا.

انرژی باد حدود ۵۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از انرژی زیست توده (بیومس) در جهان وجود دارد. اغلب انرژی بادی در ارتفاعات که سرعت مداوم باد بیش از ۱۶۰ کیلومتر در ساعت است وجود دارد. بالاخره انرژی بادی از طریق اصطکاک در سطح کره زمین و آتمسفر به حرارت تبدیل می‌شود. زمین به طور غیر یکنواخت در اثر نور خورشید گرم می‌شود و در قطب‌های شمال و جنوب انرژی خورشیدی کمتری دریافت می‌کند و در ناحیه استوائی انرژی خورشیدی بیشتری جذب می‌کند. همچنین زمین خشک سریع‌تر از دریا گرم و خنک می‌شود. اختلاف حرارت باعث ایجاد سیستم جابجائی جوی می‌شود و هوای سطح زمین را به طبقه فوقانی جو (از ۱۱ کیلومتر به بالا) انتقال می‌دهد.

 

تغییرپذیری باد و قدرت توربین

با وزیدن باد در پره‌های توربین و اعمال نیروی گردنده به رتور (قسمت گردنده) از نیروی باد می‌توان استفاده کرد. مقدار قدرت انتقال با تراکم هوا نسبت مستقیم دارد.

قدرت یا نیروی باد توسط معادله زیر بدست می‌آید.

P برحسب وات، آلفا مقدار ثابت راندمان، P تراکم هوا بر حسب کیلوگرم در متر مکعب، r شعاع توربین بادی برحسب متر و v سرعت هوا برحسب متر در ثانیه است. جریان توده هوا که از طریق توربین بادی حرکت می‌کند با سرعت و تراکم باد تغییر می‌کند. به عنوان مثال در یک روز خنک با درجه حرارت ۱۵ درجه سانتی‌گراد در سطح دریا، تراکم هوا ۲۲۵/۱ کیلوگرم در متر مکعب است. نسیمی با سرعت ۸ متر در ثانیه از روتوری با شعاع ۱۰۰ تقریباً ۷۷۰۰۰ کیلوگرم هوا را در هر ثانیه از طریق توربین حرکت می‌دهد. نیروی برق حاصل از نسیم فوق‌الذکر حدود ۵/۲ مگاوات خواهد بود.

از آنجائی که سرعت باد ثابت نیست تولید انرژی سالیانه یک ژنراتور بادی هرگز به اندازه ظرفیت اسمی آن نیست. نسبت بهره‌وری واقعی آن در طول سال به حداکثر تئوری آن عامل ظرفیت نامیده می‌شود. یک ژنراتور بادی که در جای مناسب نصب شده باشد از عامل ظرفیتی معادل حدود ۳۵ درصد برخوردار خواهد بود. این درصد با عوامل ظرفیت ۹۰ درصد برای نیروگاههای اتمی و ۷۰ درصد برای نیروگاههای ذغال سنگی و ۳۰ درصد برای سایر نیروگاههای فسیلی مقایسه می‌شود. وقتی که نیروگاههای بادی را با نیروگاههای فسیلی مقایسه می‌کنیم متوجه می‌شویم که از نیروگاه بادی ۱۰۰۰ کیلوواتی انتظار می‌رود در طول یک سال تقریباً معادل ۵۰۰ کیلووات برق (از نیروگاه ذغال سنگی) تولید شود. اگرچه بازده کوتاه مدت (ساعت یا روز) نیروگاه بادی کاملاً قابل پیش‌بینی نیست، بازده انرژی سالیانه آن فقط چند درصد متغیر است.

 

تعیین محل توربین‌های بادی

به عنوان یک قانون کلی ژنراتورهای بادی جائی که سرعت باد زیاد است (۱۶ کیلومتر در ساعت یا ۵/۴ متر در ثانیه یا بیشتر). معمولاً محل اجرای نیروگاه بادی براساس اطلس باد تعیین می‌شود. واضح است هواشناسی در تعیین محل پارک‌های (نیروگاههای) بادی نقش مهمی ایفا می‌کند. اطلاعات هواشناسی باد معمولاً برای تعیین محل دقیق یک طرح بزرگ نیروگاه بادی کافی نیست. داده‌های مخصوص هواشناسی محلی برای تعیین پتانسیل محل اجرا بسیار لازم است. محل ایده‌آل برای یک نیروگاه بادی بایستی دارای جریان تقریباً ثابت و غیرمتلاطم باد در سراسر سال بوده و فاقد تلاطم‌های شدید و ناگهانی در طول سال باشد.

مهم‌ترین مرحله در توسعه نیروگاه بادی جمع‌آوری اطلاعات سرعت و مسیر دقیق باد و سایر پارامترها است.

به منظور جمع‌آوری اطلاعات مربوط به باد یک برج هواشناسی در محل مورد نظر با تجهیزات اندازه‌گیری که در ارتفاعات مختلف بر روی آن نصب می‌شود لازم است. کلیه برج‌های هواشناسی برای تعیین سرعت باد و جهت باد مجهز به بادسنج و بادنما هستند. بطور کلی ارتفاع برج‌های هواشناسی از ۳۰ تا ۶۰ متر است. بعضی از برج‌های هواشناسی بسیار بلندتر و دائمی هستند مانند برج هواشناسی Obninsk (ابنینسک) در روسیه که ۳۱۵ متر ارتفاع دارد.

برج‌های هواشناسی که برای تعیین امکان‌پذیری محل مزرعه‌های بادی استفاده می‌شوند از سازه‌های فولادی لوله‌ای ساخته می‌شوند و به مدت یک تا دو سال آنها را به حال خود رها می‌کنند تا در این مدت اطلاعات لازم را جمع‌آوری کنند و سپس آنها را پیاده می‌کنند. اطلاعات جمع‌آوری شده به سرور (Server) منتقل می‌شود. این اطلاعات در آنجا ذخیره و سپس تجزیه و تحلیل می‌شود.

باد در ارتفاعات بالاتر به دلیل اصطکاک کمتر با سطح زمین و دریا و چسبناکی کمتر هوا سرعت بیشتری دارد. در نزدیکی سطح زمین به دلیل وجود پستی بلندی در سطح زمین و موانعی مانند درخت و ساختمان سرعت باد کمتر است.

در مزارع یا پارک‌های بادی تعداد زیادی توربین نصب شده است. از آنجائی که هر توربین مقداری از انرژی باد را دریافت می‌کند رعایت فاصله کافی بین توربین‌ها برای جلوگیری از اتلاف انرژی بسیار حائز اهمیت است.

ژنراتورها، توربین بادی محدودیت بهره‌برداری در حداقل درجه حرارت دارند که کاربرد آنها را در مناطق سردسیر محدود می‌کند (۲۰- درجه). توربین‌های بادی بایستی از جمع‌شدن یخ در اطراف آنها محافظت شود، در غیر اینصورت ممکن است به بادسنج آن آسیب وارد شود. بعضی از سازندگان توربین‌های بادی، توربین‌هائی را که مجهز به دستگاه گرم‌کننده داخلی هستند با روغن متفاوت و آلیاژهای مختلف تولید کرده‌اند که می‌توان آنها را در نقاط سردسیر با درجات پائین‌تر نصب کرد.

توربین‌هائی که در ارتفاعات و مناطق کوهستانی نصب می‌شوند عموماً سه کیلومتر یا بیشتر از نزدیک‌ترین منطقه ساحلی فاصله دارند. در این صورت سرعت باد در ارتفاعات بیشتر است، و سرعت‌های بیشتر باد باعث می‌شود انرژی الکتریکی بیشتری تولید شود. درمورد محل انتخاب توربین‌ها بایستی بسیار دقت کرد چون یک تفاوت کوچک (مثلاً ۳۰ متر) می‌تواند بازدهی توربین را دوبرابر کند. بادهای محلی را می‌توان برای مدت یکسال یا بیشتر به وسیله بادسنج و نقشه‌های دقیق باد قبل از اینکه ژنراتورها نصب شوند با دقت کنترل کرد.

برای نصب و تعیین محل توربین‌های بادی در نیروگاههای بادی با مقیاس کوچک‌تر در مکان‌هائی که تهیه و جمع‌آوری اطلاعات بسیار گران تمام می‌شود یا بسیار وقت‌گیر است، روش عادی برای پیدا کردن جای دقیق‌ توربین شناسائی درختان است که در اثر وزش دائم باد کج شده‌اند. روشی دیگر استفاده از نقشه سرعت باد یا دریافت اطلاعات از ایستگاه هواشناسی محل است، اگرچه این روش‌ها از قابلیت اطمینان کمتری برخوردار هستند.

 

نصب توربین‌ها نزدیک ساحل:

نصب توربین‌ها درآب و نزدیک ساحل در منطقه قرار می‌گیرند که در روی زمین در فاصله ۳ کیلومتری خط ساحلی و در آب در فاصله ۱۰ کیلومتری زمین نصب می‌شوند.

سرعت باد در این مکان از مشخصه‌های سرعت باد در دو ناحیه دریا و ساحل دریا برخوردار می‌شود.

 

نصب توربین‌ها دور از ساحل:

محل نصب توربین‌ها در این شرایط عموماً حدود ۱۰ کیلومتر یا بیشتر از خشکی فاصله دارد. توربین‌های بادی نصب شده در این مکان کمتر از توربین‌های نصب شده در روی خشکی مزاحم هستند چون از فاصله دور صدای آنها کمتر به گوش می‌رسد. از آنجائی که ناهمواری‌های سطح آب مخصوصاً در ناحیه عمیق‌تر بسیار کمتر از پستی و بلندی‌های روی زمین است میانگین سرعت باد در منطقه باز آب به مراتب بیشتر از میانگین سرعت آن در خشکی است. عوامل ظرفیت در این نقطه از دریا بسیار بیشتر از محل نصب توربین‌های بادی در ساحل و نزدیک ساحل است بنابراین می‌توان برای توربین‌های بادی در این منطقه از برج‌های کوتاه‌تری استفاده کرد.

 

توربین‌های هوائی (معلق در هوا)

توربین‌های بادی ممکن است در ارتفاع زیاد جائی که سرعت باد بسیار زیاد است قرار گیرند. یک شرکت در انتاریو کانادا به نام مگن پاور (Magenn Power) سعی می‌کند توربین‌های هوائی را که با گاز هلیوم در هوا معلق هستند بصورت تجاری تولید کند. یک پروژه ایتالیائی به نام کایت گن (Kitegen) به آدرس (http://www.treehugger.com/files/2005/12/ecablogitmassi.php) از یک نمونه توربین بادی با محور عمودی استفاده می‌کند. این پروژه یک برنامه ابتکاری است (هنوز در دست ساخت می‌باشد) که شامل یک مزرعه بادی با یک محور عمودی است و برای بهره‌گیری از بادهای ارتفاعات زیاد از تعدادی کایت (بادبادک) بنام ژنراتورهای بادی کایت (KWG) یا kitegen استفاده می‌کند. در این پروژه مسئولین اجرای آن ادعا می‌کنند که کلیه مسائل استاتیکی و دینامیکی که مانع افزایش نیروی قابل دریافت از طریق ژنراتورهای توربین بادی با محور افقی می‌شد از بین می‌رود.

تعداد بسیار زیادی توربین بادی با ظرفیت کل ۷۴۲۲۳ مگاوات اکنون در جهان در حال بهره‌برداری است که ۶۵ درصد از این مقدار متعلق به اروپا است. میانگین یک مگاوات نیروی باد معادل میانگین مصرف ۱۶۰ خانوار آمریکایی است. نیروی باد سریع‌ترین روش در حال رشد تولید برق در سال‌های اخیر است و بین سال‌های ۱۹۹۵ تا ۲۰۰۵ ظرفیت تولید برق از طریق انرژی باد در جهان چهار برابر شده است.

 

کل ظرفیت نصب شده نیروگاههای بادی به مگاوات

رتبه کشور       سال ۲۰۰۵        سال ۲۰۰۶        اخیراً

۱ آلمان            ۱۸۴۱۵                 ۲۰۶۲۲            ۲۱۲۸۳

۲ اسپانیا          ۱۰۰۲۸                 ۱۱۶۱۵          ۱۲۸۰۱

۳ آمریکا           ۹۱۴۹                   ۱۱۶۰۳          ۱۲۶۳۴

۴ هند              ۴۴۳۰                   ۶۲۷۰            ۷۱۱۳

۵ دانمارک        ۳۱۳۶                    ۳۱۴۰

۶ چین            ۱۲۶۰                    ۲۶۰۴            ۲۹۵۶

۷ ایتالیا            ۱۷۱۸                  ۲۱۲۳

۸ انگلستان       ۱۳۳۲                   ۱۹۶۳               ۲۱۸۶

۹ پرتغال           ۱۰۲۲                   ۱۷۱۶             ۱۸۷۴

۱۰ فرانسه          ۷۵۷                   ۱۵۶۷

۱۱ هلند           ۱۲۱۹                  ۱۵۶۰

۱۲ کانادا         ۶۸۳                      ۱۴۵۹              ۱۵۸۸

۱۳ ژاپن         ۱۰۶۱                      ۱۳۹۴

۱۴ اطریش        ۸۱۹                     ۹۶۵

۱۵ استرالیا        ۷۰۸                     ۸۱۷

۱۶ یونان            ۵۷۳                    ۷۴۶                ۷۵۳

۱۷ ایرلند             ۴۹۶                   ۷۴۵                ۸۶۶

۱۸ سوئد            ۵۱۰                   ۵۷۲

۱۹ نروژ                ۲۶۷                  ۳۱۴

۲۰ برزیل               ۲۹                   ۲۳۷

۲۱ مصر                ۱۴۵                 ۲۳۰                ۵۸۰

۲۲ بلژیک               ۱۶۷                ۱۹۳

۲۳ تایوان               ۱۰۴                 ۱۸۸

۲۴ کره جنوبی         ۹۸                  ۱۷۳

۲۵ نیوزلند               ۱۶۹                ۱۷۱

۲۶ لهستان            ۸۳                  ۱۵۳                 ۲۱۶

۲۷ مراکش               ۶۴                 ۱۲۴

۲۸ مکزیک                ۳                   ۸۸

۲۹ فنلاند                ۸۲                    ۸۶

۳۰ اکراین                 ۷۷                  ۸۶

۳۱ کستاریکا              ۷۱                  ۷۴

۳۲ مجارستان            ۱۸                     ۶۱

۳۳ لیتوانی                  ۶                    ۵۵

۳۴ ترکیه                  ۲۰                    ۵۱

۳۵ جمهوری چک         ۲۸                     ۵۰

۳۶ ایران                   ۲۳                     ۴۸

۳۷ بقیه اروپا             ۱۲۹                   ۱۶۳

۳۸ بقیه آمریکا           ۱۰۹                     ۱۰۹

۳۹ بقیه آسیا              ۳۸                     ۳۸

۴۰ بقیه‌آفریقاوخاورمیانه    ۳۱                   ۳۱

۴۱ بقیه اقیانوسیه          ۱۲                   ۱۲

۸۱ درصد تاسیسات نیروگاههای بادی در آمریکا و اروپا است، ولی سهم پنج کشور بالای فهرست مذکور از نظر تاسیسات جدید از ۷۱ درصد در سال ۲۰۰۴ تا ۵۵ درصد در سال ۲۰۰۵ می‌باشد. سازمان انرژی بادی جهان انتظار دارد ۱۶۰ گیگاوات تا سال ۲۰۱۰ و ۹/۷۳ گیگاوات در پایان سال ۲۰۰۶ با نرخ رشد بیش از ۲۱ درصد در سال ظرفیت نصب شده نیروگاه بادی در سراسر جهان وجود داشته باشد.

کشورهای آلمان،‌اسپانیا، آمریکا، هند و دانمارک برای تولید برق بیشترین مبلغ سرمایه‌گذاری را در زمینه توسعه انرژی بادی اختصاص داده‌اند. دانمارک در ساخت و استفاده از توربین‌های بادی بسیار تسلط دارد به طوریکه در دهه ۱۹۷۰ بخش عمده برق خود را از طریق نیروگاه بادی تامین کرد. کشور دانمارک بیش از ۲۰ درصد برق مصرفی خود را از انرژی بادی تامین می‌کند و از نظر تولید برق پنجمین کشور جهان به شمار می‌رود. کشورهای دانمارک و آلمان بزرگ‌ترین صادرکننده توربین‌های بزرگ (۶۶/۰ تا ۵ مگاوات) هستند. باد یک درصد از کل تولید برق را در سطح جهان (۲۰۰۵) به خود اختصاص داده است. آلمان با تولید کننده برجسته برق از طریق انرژی باد ۲۸ درصد کل ظرفیت برق در جهان در سال ۲۰۰۶ (۳/۷ درصد برق آلمان) را به خود اختصاص داده است. هدف این کشور این است که تا سال ۲۰۱۰، انرژی تجدیدپذیر ۵/۱۲ درصد نیازهای برق خود را تأمین کند. می‌توان پیش‌بینی کرد که کشور آلمان حتی زودتر از تاریخ مذکور به هدف خود برسد. کشور مذکور ۱۸۶۰۰ توربین بادی در اختیار دارد که اغلب در شمال آن نصب شده است.

اسپانیا و آمریکا از نظر ظرفیت نصب در مقام بعدی قرار می‌گیرند. در سال ۲۰۰۵، دولت اسپانیا برنامه ملی جدیدی را برای ظرفیت نیروگاه بادی نصب شده به مقدار ۲۰۰۰۰ مگاوات تا سال ۲۰۱۲ تصویب کرد. طبق گزارش سازمان انرژی بادی آمریکا، انرژی بادی ۴/۰ درصد برق (۶/۱ میلیون خانوار) کل آمریکا را در سال ۱۹۹۹ تولید کرد. در سال ۲۰۰۵ دو کشور آلمان و اسپانیا از نیروگاههای بادی بیشتر از نیروگاههای برق آبی، برق تولید کردند. مطالعات سازمان انرژی آمریکا نتیجه‌گیری کرده است از پنجاه ایالت فقط سه ایالت توانسته‌اند از طریق انرژی بادی برق کافی برای همه مردم تولید کنند. رشد نیروگاههای بادی در آمریکا در سال ۲۰۰۶ را تا ۵۰ درصد تخمین زده‌اند و ظرفیت نصب آن به ۱۱۶۰۳ مگاوات رسید. در سال‌های اخیر آمریکا از هر کشور دیگری انرژی بادی بیشتری را به شبکه برق خود اضافه کرده است و این ظرفیت به نظر می‌رسد در سال ۲۰۰۷ حدود ۳ گیگاوات (۳۰۰۰ مگاوات) رشد داشته باشد. ایالت تگزاس اولین تولیدکننده برق از طریق انرژی باد است و از این لحاظ از کالیفرنیا سبقت گرفته است. در سال ۲۰۰۷ تگزاس انتظار دارد ۲ گیگاوات به ظرفیت کنونی خود اضافه کند و ظرفیت کل برق از طریق انرژی بادی خود را به ۵/۴ گیگاوات افزایش دهد. آیوا (Iowa) و مینسوتا (Minnesota) به نظر می‌رسد ظرفیت انرژی بادی خود را به ۱ گیگاوات تا پایان سال ۲۰۰۷ افزایش دهند. تولید برق از طریق انرژی باد در آمریکا از فوریه ۲۰۰۶ تا فوریه ۲۰۰۷ به ۳۱ درصد رسید.

هندوستان با ظرفیت تولید برق از طریق انرژی باد ۶۲۷۰ مگاوات در سال ۲۰۰۶ چهارمین کشور جهان به شمار می‌رود. انرژی بادی ۳ درصد از کل تولید برق هندوستان را تشکیل می‌دهد. کنفرانس جهانی انرژی باد در دهلی‌نو نوامبر ۲۰۰۶ صنایع انرژی بادی هندوستان را تشویق کرده و انگیزه‌های جدیدی را به این زمینه اختصاص داده است. مزرعه بادی در نزدیکی Muppandal هندوستان برای یک روستای فقیر ایجاد شغل کرده است. کارخانه Suzlon Energy هندی یکی از بزرگترین کارخانجات توربین بادی‌سازی جهان است.

در دسامبر ۲۰۰۳ جنرال الکتریک بزرگ‌ترین توربین‌های بادی نصب شده دور از ساحل دریا را در ایرلند نصب کرد، و برای توسعه اینگونه تأسیسات درساحل غربی این کشور برنامه‌هائی از جمله استفاده از توربین‌های شناور در دست اقدام دارد.

در ۱۵، آگوست ۲۰۰۵، چین اعلام کرد یک مزرعه بادی ۱۰۰۰ مگاواتی در هبی Hebei که در سال ۲۰۲۰ به بهره‌برداری می‌رسد خواهد ساخت. طبق گزارش دریافتی کشور چین برای تولید ۲۰۰۰۰ مگاوات تولید برق از طریق منابع انرژی تجدیدپذیر تا سال ۲۰۲۰ هدف‌گذاری کرده است و اعلام می‌کند برق از طریق انرژی باد می‌تواند تا ۲۵۳۰۰۰ مگاوات در این کشور تولید شود.

پیرو کنفرانس جهانی انرژی بادی در نوامبر ۲۰۰۴ که توسط کشور چین و سازمان جهانی انرژی بادی برگزار شد، قانون انرژی تجدیدپذیر چین پذیرفته و تصویب شد. در اواخر سال ۲۰۰۵، دولت چین هدف انرژی بادی در سال ۲۰۲۰ را از ۲۰ گیگاوات به ۳۰ گیگاوات افزایش داد.

مکزیک اخیراً پروژه تولید برق از طریق انرژی باد به نام Venta II را به عنوان اقدام مهمی در جهت کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی شروع کرده است. این پروژه ۸۸ مگاواتی که در نوع خود در مکزیک اولین پروژه است ۱۳ درصد نیازهای برقی ایالت Oaxaca را تأمین خواهد کرد و تا سال ۲۰۱۲ ظرفیتی معادل ۳۵۰۰ مگاوات خواهد داشت. بازار در حال رشد دیگر کشور برزیل است که از ۱۴۳ گیگاوات پتانسیل انرژی بادی جهت تولید برق برخوردار می‌باشد. دولت فدرال به منظور ساخت نیروگاه با ظرفیت تولید ۳۳۰۰ مگاوات انرژی تجدیدپذیر که ۱۴۲۲ مگاوات آن از طریق انرژی بادی تأمین می‌شود برای سال ۲۰۰۸ برنامه تشویقی تدارک دیده است.

این برنامه در جهت تولید ۱۰ درصد نیروی برق برزیل از طریق منابع تجدیدپذیر تهیه شده است. برزیل در سال ۲۰۰۴، ۳۲۰ تراوات ساعت برق تولید کرد. کشور فرانسه اخیراً از ظرفیت ۱۲۵۰۰ مگاوات نیروگاه نصب شده تا سال ۲۰۱۰ خبر داد. کشور کانادا از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۶ نزدیک به ۷ سال رشد سریع ظرفیت انرژی بادی را با افزایش ظرفیت نصب شده ۱۳۷ مگاوات به ۱۴۵۱ مگاوات با نرخ رشد ۳۸ درصد تجربه کرد.

 

نیروگاههای بادی کوچک

نیروگاههای بادی کوچک که حدود ۱۰۰ کیلووات یا کمتر ظرفیت دارند معمولاً به منظور تأمین برق مصرفی خانه، مزرعه و حرفه‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرند. مردم به منظور کاهش یا حذف صورت حساب‌های برق و اجتناب از پرداخت هزینه‌های غیرقابل پیش‌بینی گاز طبیعی این سیستم‌ها را خریداری می‌کنند. توربین‌های بادی برای تولید برق خانگی به صورت ذخیره باطری در نقاط دوردست سالها مورد استفاده قرار گرفته است ولی در آمریکا مصرف‌کنندگان ترجیح می‌دهند برای مصرف برق خانگی خود توربین‌های یک تا ۱۰ کیلووات را که با بیش از یک کیلووات ظرفیت اکنون در چندین کشور جهان و کلیه ایالت‌های آمریکا موجود است را مورد استفاده قرار دهند.

در مناطق شهری یا جائیکه دسترسی به مقدار زیاد و قابل پیش‌بینی انرژی بادی کار مشکلی است برای بهره‌برداری از لوازم برقی کوچک و کم مصرف می‌توان از سیستم‌های کوچک‌تر استفاده کرد. برق تولیدی از توربین‌های بادی کوچک که بر روی پشت‌بام خانه‌ها نصب می‌شوند می‌تواند مسائل توزیع برق را تا حدی حل کند. برق مصرفی تجهیزاتی نظیر پارک متر یا ورودی‌های شبکه اینترنت ممکن است توسط یک توربین بادی که باطری کوچکی را شارژ می‌کند تأمین شود.

در حالیکه توربین‌ بادی کوچک را می‌توان روی بام‌ خانه‌ها با موفقیت نصب کرد ولی چندین موضوع ذاتی در مورد نصب این توربین‌ها وجود دارد: آیا بام خانه یا ساختمان می‌تواند وزن توربین را تحمل کند، تا چه اندازه ساختمان می‌تواند ارتعاشات رتور توربین را تحمل کند. توربین‌های کوچک مخصوص مناطق مسکونی در بازار وجود دارند. این توربین‌ها هر کدام حدود ۷ فوت (۲ متر) تا ۲۵ فوت قطر دارند و حدود ۹۰۰ تا ۱۰۰۰۰ وات برق تولید می‌کنند. بعضی از این توربین‌ها بسیار سبک وزن هستند یعنی حدود ۱۶ کیلوگرم طراحی می‌شوند و در مقابل باد به سرعت عمل می‌کنند و نصب آنها به راحتی نصب آنتن تلویزیون است گفته می‌شود صدای این نوع توربین‌ها حتی از فاصله چند فوت زیر آنها به گوش نمی‌رسد.

سازمان انرژی بادی چندین مورد مطالعه درمورد بازار توربین‌های بادی کوچک را در آمریکا و سایر کشورها فاش کرده است که نشان دهنده این واقعیت است که آمریکا در حال پیشرفت در صنعت نیروگاههای بادی کوچک است. براساس اعلام یک سازمان دیگر یعنی سازمان جهانی انرژی بادی تخمین تعداد کل و ظرفیت کل توربین‌های بادی کوچک کار مشکلی است ولی در کشور چین به تنهایی ۳۰۰۰۰۰ توربین بادی کوچک وجود دارد که در حال بهره‌برداری هستند.

مدل شایع در بازار مخصوصاً در آمریکا نوع پروانه‌ای شکل با محور افقی است که مشابه توربین‌های بزرگ مزارع بادی می‌باشد. مدل دیگر محور عمودی دارد و در شکل‌های مختلف می توان آنرا طراحی کرد. پیشرفت‌های اخیر در توربین‌های بادی که برای استفاده در خانه‌ها می‌توان نام برد به قرار زیر هستند:

- توربین با محور عمودی آئروتکچر

- طرح انرژی بادی آئروویرنومت آرکیتکچرال (Aero Vironnent Architectural)

- طرح آسیاب بادی

- توربین بادی خانگی سویفت (Swift)

- توربین بادی موتورویو میکرو (Motorwav Micro)

 

رشد و روند هزینه

ارقام شورای انرژی بادی جهانی (GWEC) نشان می‌دهد که در سال ۲۰۰۶ افزایش ظرفیت نصب‌شده‌ معادل ۱۵۱۹۷ مگاوات است. در سال ۲۰۰۶ ظرفیت کل انرژی بادی نصب شده ۷۴۲۲۳ مگاوات و ظرفیت کل آن در سال ۲۰۰۵ به میزان ۵۹۰۹۱ مگاوات ثبت شده است. با وجود موانعی که برای توربین‌های بادی وجود داشت،‌بازار انرژی بادی با نرخ ۳۲% افزایش پس از سال ۲۰۰۵ به رشد خود ادامه داد که در این سال رشد آن به ۴۱ درصد رسید.

از نظر ارزش اقتصادی بخش انرژی بادی با ارزش تجهیزات نصب شده جدید تولید در سال ۲۰۰۶ حدود ۱۸ میلیارد یورو یا ۲۳ میلیارد دلار یکی از ایفاگران مهم نقش در بازار انرژی شده است.

کشورهائی که از بالاترین ظرفیت نصب برخوردار هستند عبارتند از آلمان با ظرفیت ۲۰۶۲۱ مگاوات، اسپانیا با ظرفیت ۱۱۶۱۵ مگاوات، آمریکا با ظرفیت ۱۱۶۰۳ مگاوات،‌هند با ظرفیت ۶۲۷۰ مگاوات و دانمارک با ظرفیت ۳۱۳۶ مگاوات. سیزده کشور در سراسر جهان اکنون بیش از ۱۰۰۰ مگاوات ظرفیت بادی دارند. براساس ظرفیت نصب شده در سال ۲۰۰۶، آمریکا از بالاترین ظرفیت یعنی ۲۴۵۴ مگاوات برخوردار است و پس از آن آلمان، هند، اسپانیا، چین و فرانسه به ترتیب دارای ظرفیت‌های ۲۲۳۳ مگاوات، ۱۸۴۰ ، ۱۵۸۷، ۱۳۴۷ و ۸۱۰ مگاوات هستند. در سال ۲۰۰۴ هزینه انرژی بادی یک پنجم دهه ۱۹۸۰ بود و بعضی افراد انتظار ادامه سیر نزولی برای هزینه توربین‌های بزرگ‌تر با ظرفیت بیشتر را داشتند. بهرحال هزینه تأسیسات در سال‌های ۲۰۰۵ و ۲۰۰۶ افزایش یافته است و طبق برآورد گروه بازرگانی صنایع انرژی بادی آمریکا میانگین هزینه هر کیلووات ۱۶۰۰ دلار است که با ۱۲۰۰ دلار برای هر کیلووات چند سال قبل قابل مقایسه است.

اغلب روش‌های مهم تولید برق سرمایه‌بر هستند یعنی آنها در آغاز اجرای پروژه به سرمایه‌گذاری کلان نیاز دارند و برای ادامه به هزینه کمتری احتیاج دارند (هزینه‌های سوخت و نگهداری)، این شرایط درمورد تولید برق از طریق انرژی باد و برق آبی کاملاً صادق است و هزینه‌های سوخت آنها نزدیک به صفر بوده و هزینه نگهداری آنها بسیار ناچیز است.

 

ذخیره انرژی

یک روش احتمالی افزایش مقدار انرژی بادی قابل استفاده در یک سیستم برق استفاده از سیستم‌های ذخیره انرژی بادی است. انرژی بادی مازاد بر مصرف را می‌توان به شکل قابل استفاده یعنی سیستم برقآبی تلمبه ذخیره‌ای ذخیره کرد. تعداد زیادی از فناوری‌های متفاوت برای ذخیره‌کردن برق از جمله فناوری‌های بالاست هوا و باطری وجود دارد. برای شبکه‌های بزرگ انرژی روش تلمبه ذخیره‌ای هیدروالکتریک در مقیاس بزرگ اجرا شده است. اغلب فناوری‌های ذخیره برق از نظر تجاری در مقیاس زیاد هم اکنون به اثبات نرسیده است و اغلب به اعتبارات زیست محیطی دولت و یارانه انرژی تجدیدپذیر وابسته هستند. روشی که هم اکنون در مزارع بادی آزمایش می‌شوند استفاده از باطری‌های قابل شارژ است.

 

اکولوژی (شناخت محیط زیست) و آلودگی تولید گاز Co2 و آلودگی محیط زیست

گفته می‌شود انرژی بادی به دلیل اینکه طبیعت قطع وصل دارد و لازم است به وسیله نیروگاههای فسیلی حمایت شود باعث کاهش آلودگی هوا و کاهش گاز Co2 نمی‌شود. توربین‌های بادی جانشین ظرفیت تولید برق نیروگاههای فسیلی نمی‌شوند ولی انرژی بادی می‌تواند باعث کاهش مصرف سوخت فسیلی و بنابراین کاهش گاز CO2 شود. برای تولید برق از طریق انرژی بادی هیچگونه سوختی مصرف نمی‌شود و تولید گاز آلوده کننده با تولید برق از طریق انرژی بادی ارتباط مستقیم ندارد. بهرحال برای ساخت نیروگاههای بادی بایستی از سایر منابع استفاده شود. تولید برق از انرژی بادی ممکن است از طریق سایر تأسیسات تولید در آلودگی هوا تأثیر غیر مستقیم داشته باشد و ممکن است در راندمان تأسیساتی که برای ایجاد تعادل در عرضه و تقاضا مورد استفاده قرار می‌گیرند تأثیرگذار باشند مخصوصاً در صورتی که این تأسیسات سوخت‌های فسیلی مصرف کنند.

براساس مطالعه شبکه سراسری برق ایرلند اعلام شد که تولید برق از طریق باد باعث کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی می‌شود. بنابراین باعث کاهش آلودگی هوا و کاهش گاز CO2 از ۵۹/۰ تن در هر مگاوات ساعت به ۳۳/۰ تن در مگاوات ساعت خواهد شد. نیروی باد یک منبع تجدیدپذیر است یعنی استفاده از آن باعث تخلیه کردن ذخیره سوخت‌های فسیلی نمی‌شود. باد همچنین یک منبع انرژی تمیز است و بهره‌برداری از آن باعث تولید دی‌اکسیدکربن، دی اکسید گوگرد، جیوه یا سایر مواد آلوده‌کننده هوا نمی‌شود.

تولید نیروی برق فقط بخشی (حدود ۳۹ درصد در آمریکا) از استفاده از انرژی یک کشور را تشکیل می‌دهد بنابراین نیروی باد اثرات منفی استفاده از انرژی را تخفیف می‌دهد. از آنجائیکه باد می‌تواند برای تولید برق جایگزین سوخت شود نیروی باد می‌تواند باعث کاهش گرمای کره زمین شود.

توربین‌های بادی ممکن است باعث کشتن پرندگان شود و نیروگاههای فسیلی نیز از طریق تغییر آب وهوا، باران اسیدی و آلودگی محیط زیست در حیات جانداران اثرات زیان باری دارند. برخلاف نیروگاههای فسیلی یا هسته‌ای که برای خنک کردن تأسیسات حجم زیادی از آب را در سیستم خود به چرخش درمی‌آورند و باعث تبخیر آن می‌شوند توربین‌های بادی برای تولید برق نیازی به آب ندارند.

 

تأثیر نیروگاههای بادی در حیات وحش

مطالعات مربوط به توربین‌های نصب شده در ساحل یا نزدیک ساحل دریا نشان می‌دهد که تعداد پرندگانی که در اثر توربین‌های بادی کشته می‌شوند در مقایسه با تعدادی که در نتیجه سایر فعالیت‌های انسان‌ها کشته می‌شوند مانند ترافیک، شکار، خطوط انتقال برق و ساختمان‌های مرتفع و مخصوصاً اثرات زیست محیطی استفاده از منابع تولید (برق) آلوده‌کننده، قابل اغماض است. مثلاً در انگلستان که صدها توربین بادی وجود دارد برای هر توربین در سال یک پرنده کشته می‌شود و ۱۰ میلیون پرنده در سال در اثر برخورد با اتومبیل کشته می‌شوند. در آمریکا در اثر برخورد با توربین‌های بادی نصب شده در ساحل یا نزدیکی ساحل ۷۰ هزار پرنده در سال کشته می‌شوند که این تعداد را با ۵۷ میلیون پرنده که در اثر برخورد با اتومبیل کشته می‌شوند می‌توان مقایسه کرد. جامعه سلطنتی حمایت از پرندگان انگلستان (RSPB) نتیجه‌گیری کرد که شواهدی موجود است که نشان می‌دهد مزارع بادی که بطور صحیح تعیین محل شده‌اند برای پرندگان خطرناک نیستند. این جامعه از مزرعه‌های بادی و سایر روش‌های تولید انرژی تجدیدپذیر حمایت می‌کند.

بعضی از توربین‌های بادی ساحلی و نزدیک ساحل باعث کشته شدن پرندگان می‌شوند. در مطالعات اخیر برای تعیین محل نصب توربین‌های بادی الگوهای مسیر شناخته شد. پرواز پرندگان مورد توجه قرار می‌گیرد، ولی بعضی از مسیرهای مهاجرت پرندگان مخصوصاً پرندگانی که هنگام شب پرواز می‌کنند ناشناخته هستند. مطالعات انجام شده توسط کمیسیون انرژی کالیفرنیا در سال ۲۰۰۴ نشان داد که توربین‌های ساحلی سالیانه بین ۱۷۶۶ و ۴۷۲۱ پرنده را کشته است. مطالعات انجام شده از طریق رادار در شرق آمریکا درمورد توربین‌های ساحلی و نزدیک به ساحل نشان داده است که پرندگان آوازخوان مهاجر در مجاورت تیغه‌های توربین‌های بادی مدرن بزرگ در حال پرواز هستند. طبق گزارش جامعه سلطنتی محافظت از پرندگان در بریتانیا، مزرعه‌های بادی ساحلی و نزدیک ساحل در نروژ عقاب‌های دریائی را از بین برده است. جامعه مذکور اعلام کرد پره‌های توربین‌ها بادی در طول مدت ۱۰ ماه تعداد ۹ پرنده را کشت. کشور نروژ مهمترین مکان عقاب‌های دم سفید است. تعداد خفاش‌های کشته شده در تأسیسات توربین‌های بادی ساحلی و نزدیک ساحل حتی کارکنان صنایع محلی را دچار مشکل کرده است. طبق مطالعات انجام شده در سال ۲۰۰۴ حدود ۲۲۰۰ خفاش به وسیله ۶۳ توربین ساحلی در دو محل در شرق آمریکا در طول مدت شش هفته کشته شدند. این مطالعات نشان می‌‌دهد بعضی از پروژه‌های ساحلی و نزدیک ساحل مخصوصاً برای خفاش‌ها بسیار خطرناک است و در این مورد تحقیقات بیشتر لازم است.

در صورتی که تعداد مزرعه‌های بادی دور از ساحل در عمق آب افزایش یابد این سوال مطرح می‌شود که آیا صدای اقیانوس به دلیل حرکت مکانیکی توربین‌های بادی و سایر ارتعاشات از طریق برج‌های ساخته شده درون آب در حدی است که بتواند پستانداران دریائی را آزار دهد؟ آزمایش‌های انجام شده در دانمارک درمورد تأسیسات کم عمق نشان داد این موضوع فقط تا چندصد متر حائز اهمیت است. بهرحال صدای تزریق شده در قسمت عمیق‌تر احتمالاً در جانوران بزرگ‌تر مانند وال (نهنگ) که از فرکانس‌های پائین‌تر استفاده می‌‌کنند تأثیرگذار خواهد بود.

درمورد امنیت نیروگاههای بادی سازمان انرژی بادی بریتانیا اعلام کرد: انرژی بادی ایمن‌ترین فناوری‌های انرژی است و از بهداشت و ایمنی زیاد برخوردار است. در مدت بیش از ۲۰ سال تجربه بهره‌برداری و بیش از ۵۰۰۰۰ دستگاه نصب شده در سراسر جهان در اثر عملکرد و بهره‌برداری از توربین‌های بادی هیچکس آسیب ندیده است.

برای طراحی و بهره برداری از پروژه‌های انرژی بادی همچنین همکاری نزدیک صنایع با هیات‌های قانون‌گذاری در کشورهائی که انرژی بادی در حال پیشرفت می‌باشد استاندارد مهمی تعیین شده است.

تجربه‌های ثبت شده نشان می‌دهد که توربین‌های نصب شده در ساحل یا نزدیکی ساحل با ایجاد صدا و از نظر دید باعث مقاومت مردم در برابر ساخت این نیروگاه‌ها شده است. نصب این توربین‌ها دور از ساحل (۱۰ کیلومتر یا بیشتر) درون دریا این مسئله را حل خواهد کرد، ولی هزینه ساخت مزرعه‌های بادی درون دریا و دور از ساحل بیشتر است و در بسیاری موارد انتقال برق به ساحل مشکلاتی به همراه دارد.

بعضی از ساکنین نزدیک به توربین‌های بادی ساحلی یا نزدیک ساحل از سایه این توربین‌ها در منطقه مسکونی خود شکایت دارند. برای اجتناب از این مسئله، هنگام تعیین محل توربین‌های بادی ساحلی و نزدیک ساحل اقدامات لازم به عمل خواهد آمد.

برج‌های بادی بزرگ در ساحل و نزدیکی ساحل به چراغ‌های اخطار برای هواپیما احتیاج دارند. این چراغ‌ها در هنگام شب آلودگی نور به وجود می‌آورد که باعث آزار مردم و آسیب زدن به اکوسیستم خواهد شد. سازمان FAA برای این منظور در بعضی نقاط حدودی را تعیین می‌کند.

اقدامات به عمل آمده در جهت پیشرفت در طراحی پره‌ها و سایر تجهیزات توربین باعث بی‌صداشدن توربین‌های مدرن شده است تا حدی که زیر آنها می‌توان به راحتی صحبت کرد.

 

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.