تحقیقات نشان میدهد که اگر دیاکسیدکربن و دیگر گازهای گلخانهای کاهش نیابند، گرمایش جهانی در طول قرن بیستویکم بهاندازه ۱.۵ الی ۲ درجه سانتیگراد افزایش خواهد یافت. با محدودکردن انتشار گاز دیاکسیدکربن از سوختهای فسیلی و استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی، میتوان به کاهش گرمایش جهانی کمک کرد. انرژی بادی به هر گونه انرژی مکانیکی تولیدشده از باد و دیگر جریانهای طبیعی هوا گفته میشود.
ساخت مزارع انرژی بادی به علت نیازهای خاص آنها مانند وزن قابل توجه توربینهای بادی و استحکام لازم برای اطمینان از پایداری طولانیمدت محل آنها ممکن است دشوار باشد. پس چگونه میتوان مراحل ساختوساز این مزارع را با گذاشتن کمترین تأثیر روی محیطزیست مدیریت کرد و به بهترین نتایج در بلندمدت دست یافت؟ در این مطلب، توضیح میدهیم که مزایا و معایب انرژی بادی چیست و در پایان، به این سؤال پاسخ میدهیم.
تاریخچه استفاده از انرژی باد
تاریخچه استفاده از انرژی بادی، به هزاران سال قبل بازمیگردد. افراد در ۵۰۰۰ سال قبل از میلاد، با کمک انرژی باد، قایقها را در امتداد رودخانه نیل به حرکت درمیآوردند. از طرفی در ۲۰۰ سال قبل از میلاد، ایرانیان با استفاده از آسیابهای بادی، غلات را آسیاب میکردند.
انرژی بادی بهتدریج در تمام نقاط جهان، گسترش پیدا کرد؛ بهطوریکه در قرن ۱۱، استفاده از آن برای تولید مواد غذایی مرسوم شد. افراد درگذشته، از این انرژی برای پمپکردن آب و قطعکردن درختان استفاده میکردند؛ اما از آغاز قرن ۲۰ تاکنون، بسیاری از کشورهای پیشرفته، برای تولید برق نیز از این انرژی بهرهمند میشوند.
اجزاء اصلی توربین های بادی
قطعاً برای ساخت توربینهای بادی، از قطعات بسیار زیادی استفاده میشود؛ اما اصلیترین اجزای این توربینها، شامل موارد زیر هستند:
- فونداسیون: توربین، وزن و ابعاد بسیار بزرگی دارد؛ از همین رو برای حفاظت از آن روی زمین، باید سازه بتنی سنگین و محکمی ساخته شود
- برج: جنس برج معمولاً از فولاد است و سه بخش مختلف دارد. ارتفاع این قطعه بر اساس قطر دایرهای پرهها در هنگام چرخش تعیین میشود. همچنین درون آن، کابلهای برق برای اتصال ناسل به ترانسفورماتورها روی زمین وجود دارد
- ناسل: ناسل قطعه مهم در توربین است که جعبهدنده و ژنراتور در آن قرار دارد. درواقع وظیفه ناسل این است که قطعات اصلی تولید انرژی بادی (مثل جعبهدنده، ژنراتور، ترمز و سیستم کنترل) را در خود جای دهد؛ در بالای برج نصب میشود و توانایی چرخش ۳۶۰ درجه برای تنظیم در برابر جهت وزش باد را دارد.
- روتور و هاب: پرههای توربین به روتور وصل میشوند. در واقع با چرخش روتور، انرژی بادی به انرژی مکانیکی تبدیل میشود. از طرفی هاب، بخشی از روتور است که پرهها را به یکدیگر متصل میکند
- پرهها: پرهها دارای طول متوسط ۵۲ متر هستند و در بالای توربین قرار دارند. با وزش باد، فشار هوا در یک سمت پرهها کمتر و قسمت دیگر، بیشتر میشود؛ از همین رو نیروی بالابر و پسا به وجود میآید و در نهایت، روتور شروع به چرخش میکند
توربینهای باد چه مزیتهایی دارند؟
بدون توربینهای بادی، امکان بهرهگیری از انرژی بادی برای تولید برق وجود نخواهد داشت؛ اما این توربینها برای استفاده از انرژی بادی، مزیتهای دیگری دارند که در ادامه چند مورد از آنها را معرفی میکنیم:
- توربینهای باد، فضای زیادی را اشغال نمیکنند و دامنه حرکت پرههای آنها، بهصورت عمودی است
- نحوه محافظت و نگهداری از توربین بادی، خیلی آسان است؛ چرا که معمولاً کمتر آسیب میبینند و ممکن است که سالها نیاز به تعمیر پیدا نکنند
- حتی زمانی که عمر مفید توربینها تمام شود، باز هم امکان بازیابی آنها به حالت اولیه وجود دارد؛ از همین رو صرفه اقتصادی نصب توربین زیاد است
مزایای استفاده از انرژی بادی
مزایای استفاده از این انرژی عبارتاند از:
- این انرژی برخلاف گاز و نفت تمیز و تجدیدپذیر است: این انرژی باعث انتشار گازهای گلخانهای نمیشود و توربینهای بادی به هیچ نوع سوخت فسیلی نیاز ندارند. همچنین این انرژی برخلاف سوختهای فسیلی تجدیدناپذیر هرگز تمام نمیشود
- این انرژی میتواند شغلهای بسیاری را ایجاد کند: حدود ۱۰۰ هزار کارگر در این صنعت در آمریکا کار میکنند و انتظار میرود حدود ۶۰۰ هزار کارگر جدید در سالهای آینده به این تعداد اضافه شوند
- این انرژی دارای هزینههای عملیاتی کمی است: نصب توربینهای بادی ممکن است به هزینه قابل توجهی نیاز داشته باشد؛ ولی، پس از راهاندازی، هزینههای عملیاتی کمی دارند، سوخت آنها (باد) رایگان است و به تعمیر و نگهداری زیادی نیاز ندارند
- توربینها به فضای کمی نیاز دارند: مزارع بادی بسیار بزرگ هستند؛ ولی، توربینها و تجهیزات دیگر به فضای کمی نیاز دارند؛ بنابراین، اغلب از این مزارع میتوان برای اهداف دیگر مانند کشاورزی استفاده کرد
معایب استفاده از انرژی بادی
معایب استفاده از این انرژی عبارتاند از:
- تولید این انرژی در هر زمانی امکانپذیر نیست: اثربخشی توربین در تولید برق به آبوهوا بستگی دارد؛ بنابراین، تخمینزدن میزان دقیق برق تولیدی توربین دشوار است. اگر سرعت باد بسیار کم باشد، پرههای توربین نخواهند چرخید؛ بنابراین، این انرژی ممکن است همیشه در زمان اوج تقاضا برای برق در دسترس نباشد
- این انرژی باعث آلودگی صوتی و بصری میشود: توربینها به علت چرخش پرههای خود میتوانند سروصدای بسیاری را ایجاد کنند. همچنین ازآنجاییکه بسیار بلند هستند، اغلب منظره کوهها، دریاچهها و اقیانوسها را مختل میکنند
- توربینها میتوانند تأثیراتی منفی روی محیط اطراف خود بگذارند: ازآنجاییکه پرههای توربینها بسیار بزرگ هستند و با سرعت بالایی میچرخند، میتوانند پرندهها و خفاشها را بکشند. همچنین مزارع بادی میتوانند زیستگاههای گونههای محلی را مختل کنند
- توربین ممکن است دورافتاده باشد: اگر توربینها از شهرها یا هر جایی که به الکتریسیته نیاز دارد، دور باشند، به خطوط بسیار طولانی برای انتقال انرژی نیاز است. ایجاد این زیرساخت برای تولید موفقیتآمیز برق ضروری است
انرژی باد و اثرات آن بر محیط زیست
انرژی باد، کمترین آسیب را به محیطزیست وارد میکند؛ چرا که باد انرژی پاک است و در هنگام تولید برق، گازهای گلخانهای مختلف از جمله دیاکسیدکربن ایجاد نمیکند. همچنین قبل از احداث نیروگاههای بادی، باید گواهینامههای مختلفی ارائه شود که بر اساس آنها، هیچگونه آسیبی به گیاهان و جانوران وارد نشود. همچنین توربینهای باد معمولاً در کوهها، تپهها یا دریا نصب میشوند؛ اما وجود آنها، اختلال کمی ایجاد میکند چون تحقیقات نشان دادهاند توربینها در برخی موارد بر پرندگان یا محیط اطراف تأثیر دارند.
انرژی باد چه ارتباطی با انرژی خورشید دارد؟
انرژی باد و انرژی خورشید، هر دو برای تولید برق استفاده میشوند. انرژی بادی، با کمک انرژی جنبشی، برق تولید میکند. از طرفی انرژی خورشیدی، با کمک تابش اشعه خورشید، تولید برق را انجام میدهد. هر کدام از این مدل انرژیهای تجدیدپذیر، مزایا و معایب مختلفی دارند و کاربرد آنها متناسب با مکان، تغییر میکند. برای استفاده از انرژی باد یا خورشید، باید به عوامل مختلفی مانند آبوهوا، بودجه، نوع فضا و الگوهای مصرف انرژی توجه کنید.
انرژی بادی در کجاها بیشترین بازدهی را دارد و چرا؟
درست است که باد تقریباً در تمامی نقاط وجود دارد؛ اما در تمامی مکانها نمیتوان توربینهای بادی را نصب کرد. بهترین مکان برای استفاده از انرژی باد، در مناطق بادخیز است. ویژگیهای مهم مکانهای مناسب برای نصب توربین، شامل موارد زیر است:
- میانگین سرعت باد، سالانه حداقل ۹ متر بر ثانیه در ساعت برای توربینهای کوچک و ۱۳ متر بر ثانیه برای توربینهای بزرگ باشد
- قلهها، تپههای گرد و صاف، دشتهای باز و دریاها بیشترین بازدهی را در انرژی بادی دارند
هزینه انرژی بادی و عوامل موثر بر آن
نصب و راهاندازی نیروگاه بادی، هزینه اولیه زیادی دارد؛ اما هزینه آن معمولاً پس از گذشت سالهای مختلف، جبران میشود. هزینههای انرژی بادی، به دو دسته هزینه توربین و نصب تقسیمبندی میشوند. البته هزینه انرژی باد، به عوامل زیر بستگی دارد:
- هرچه مساحت پروژه بیشتر باشد، نیاز به توربین بیشتری وجود دارد؛ از همین رو هزینه آن افزایش پیدا میکند
- اندازه توربینها، در میانگین هزینهها تأثیر میگذارند
- هزینههای تعمیر و نگهداری پروژهها، متفاوت هستند
آینده انرژی باد در ایران چگونه خواهد بود؟
کشور ایران سرشار از انواع انرژیهای تجدیدپذیر از جمله انرژی باد است. از طرفی باوجود آلودگیهای ناشی از سوختهای فسیلی و تأثیرات مخرب آنها بر زندگی انسانها و جانوران، انرژی بادی جایگزین مناسبی برای گازهای مخرب است.
از طرفی استفاده از این انرژی، سبب صرفهجویی در فرآوردههای نفتی کشور ایران میشود؛ بنابراین قطعاً استفاده از انرژی باد در سالهای آینده، رشد بیشتری پیدا میکند.
انرژی بادی تجدید پذیر است یا تجدید ناپذیر؟
انرژی باد، نوعی منبع تجدیدپذیر است؛ چرا که در هیچ زمانی تمام نمیشود و به طور مداوم ادامه دارد. این انرژی بهراحتی میتواند نیاز جهانی انسانها به برق را برطرف کند و مانع از آسیبهای مختلف به انسانها، گیاهان و جانوران شود.
مطالعه بیشتر: کاربرد ژئوگریدها در ساخت مزرعه خورشیدی
انرژی بادی چه کاربردی دارد؟
برخی از کاربردهای این انرژی که ممکن است شما را شگفتزده کنند، عبارتاند از:
- تولید الکتریسیته: متداولترین کاربرد این انرژی محسوب میشود
- برای حملونقل: انسانها از هزاران سال پیش از این انرژی برای قایقرانی استفاده میکنند. حتی کشتیهای مدرن نیز با استفاده از این انرژی میتوانند مصرف سوخت خود را در سفرهای طولانی به میزان ۳۰% کاهش دهند
- برای ورزشهای بادی: در ورزشهایی مانند موجسواری، قایقرانی، موجسواری با کایت و کایت بردینگ از انرژی بادی استفاده میشود
- برای تولید غذا: پیش از انقلاب صنعتی، از آسیبهای بادی برای آسیابکردن غلات استفاده میشد. با معرفی الکتریسیته و موتورها، دیگر نیازی به چنین ساختارهایی نبود
- برای پمپاژ آب: در گذشته، از پمپ بادی برای پمپاژ آب استفاده میشد. پمپهای بادی مشابه آسیبهای بادی سنتی بودند و همانند این ساختارها پس از معرفی الکتریسیته و موتورها دیگر کاربردی نداشتند
توربین بادی چیست و چگونه کار می کند؟
توربین بادی دستگاهی است که از انرژی بادی برای تولید الکتریسیته استفاده میکند. نحوه عملکرد این دستگاه را میتوان به چند مرحله تقسیمبندی کرد که عبارتاند از:
- برداشت انرژی باد با برخورد باد به پرههای توربین: توجه کنید که پرهها در محدوده خاصی از سرعت باد کار میکنند
- چرخیدن روتور بهدور محور: در این مرحله، باد باعث میشود که پرههای روتور بهدور محور خود بچرخند و این حرکت دورانی به ژنراتور منتقل میشود
- تولید انرژی: در این مرحله، ژنراتور انرژی مکانیکی حرکت دورانی را به الکتریسیته تبدیل میکند
- کنترل و جهتدهی: توربین دارای سیستم کنترلی است که جهت حرکت روتور را برای حداکثرسازی کارایی مشخص میکند. حسگرها همواره سرعت باد و جهت آن را بررسی میکنند و سیستم کنترل جهت حرکت روتور را برای بهینهسازی جذب انرژی تغییر میدهد
- تبدیل و توزیع الکتریسیته: الکتریسیته تولیدشده توسط توربین معمولا جریان متناوب است. در این مرحله، ترانسفورماتور ولتاژ را افزایش میدهد تا به سطح لازم برای شبکه برق برسد. سپس الکتریسیته از طریق کابلها از توربین به ایستگاه ترانسفورماتور منتقل میشود و سپس از این ایستگاه توزیع میشود
معرفی انواع توربینهای بادی
در انتخاب نوع توربین بادی باید به عواملی مانند سرعت باد در محل، هدف از نصب و ملاحظات اقتصادی توجه کرد. برخی از انواع توربینهای بادی عبارتاند از:
- توربین با محور افقی: این توربین که متداولترین و پرکاربردترین نوع محسوب میشود، دارای ۳ پره یا بیش از ۳ پره است که بهدور محور افقی عمود بر باد میچرخند. پرهها به هاب (بخش مرکزی) متصل هستند. خود هاب نیز به ژنراتور و گیربکس متصل است. مهمترین عملکرد گیربکس، افزایش سرعت چرخش روتور برای تولید الکتریسیته است. این توربین باعث تبدیل مؤثر انرژی جنبشی باد به الکتریسیته میشود و به تولید انرژی بادی پایدار کمک میکند
- توربین با محور عمودی: روتور این توربین بهدور محور عمودی میچرخد و پرههای آن شکلی مشابه مارپیچ یا تخممرغ دارند. این توربین به علت ساختار ساده و توانایی انطباق با بادهای مختلف، گزینه مناسبی برای فضاهای محدود مانند محیطهای شهری یا شلوغ محسوب میشود. این نوع توربینها هنوز در مرحله توسعه قرار دارند؛ ولی، میتوانند نقشی حیاتی در غلبه بر چالشها و تکامل فناوری بادی ایفا کنند
- توربین بدون پره: این نوع توربین با نام توربین بدون پره با محور عمودی نیز شناخته میشود. برداشت انرژی باد در این توربین از طریق اصول آیرودینامیکی جایگزین مانند استفاده از استوانههای عمودی یا ساختارهای مارپیچ انجام میشود. هدف از طراحی این توربین، افزایش کارایی و کاهش آلودگی بصری مرتبط با ساختارهای سنتی است
- توربینهای بادی میکرو و کوچک: این توربینها به کاربران اجازه میدهند منبع انرژی خود را انتخاب و الکتریسیته را بهصورت غیرمتمرکز تولید کنند. اگر این نوع توربینها در محیطهای شهری یا تجاری نصب شوند، میتوانند تولید محلی انرژیهای تجدیدپذیر را آسانتر کنند و وابستگی به منابع متعارف را کاهش دهند
کاربرد ژئوسنتتیک ها در انرژی بادی
مزارع بادی به خاکی محکم برای تحمل وزن توربینهای سنگین نیاز دارند. به خاطر داشته باشید که منظور ما فقط خاک محل نصب توربین نیست و خاک راههای دسترسی منتهی به محل نصب نیز باید مناسب باشد تا توربین با موفقیت به مقصد حمل شود. وزن هر بخش از توربین حدود ۵۵ تن و وزن هر توربین حدود ۳۰۰ تن است. همچنین برای نصب هر توربین به حدود ۵۰ کامیون بتن و آرماتور فولادی نیاز است. این موارد فشار قابل توجهی را به راههای دسترسی وارد میکنند.
ژئوسنتتیک میتواند راهحل مناسبی برای تقویت لایههای نرم خاک باشد. به عبارت دیگر، ترکیبی از ژئوتکستایل و ژئوگرید اغلب میتواند نتیجه مثبتی را ایجاد کند. ژئوسنتتیکها مقرونبهصرفه هستند، نصب آنها آسان است و طول عمر بالایی دارند. آنها میتوانند وزنهای سنگینی را بدون نیاز به آسفالتکردن جادههای موقت تحمل کنند.
خاک محل نصب توربینهای غولپیکر نیز باید همانند راههای دسترسی محکم باشد تا بتواند وزن و چرخش مداوم آنها را تحمل کند. اگر پی توربین روی خاکی محکم و پایدار ساخته نشود، ممکن است نشست کند، توربین را از تراز خود خارج کند یا حتی آن را واژگون کند و پیامدهای جبرانناپذیری را به دنبال داشته باشد. خوشبختانه مشکلات ژئوتکنیکی خاک محل نصب توربین را میتوان با استفاده از ترکیبی از افزایش اندازه پی بتنی و ژئوسنتتیک حل کرد.
ژئوسنتتیکها ممکن است همیشه تنها راهحل نباشند؛ ولی، اغلب از آنها همراه با روشهای دیگر برای دستیابی به نتایجی مطلوب استفاده میشود.
جمعبندی
امروزه تولید نیروی الکتریسیته یکی از متداولترین کاربردهای انرژی بادی محسوب میشود. این انرژی تجدیدناپذیر و تمیز است، میتواند شغلهای بسیاری را ایجاد کند و دارای هزینههای عملیاتی کمی است. البته این انرژی معایبی مانند ایجاد آلودگیهای صوتی و بصری و اختلال در زیستگاههای گونههای محلی نیز دارد.
ژئوگرید اغلب راهحل مناسبی را برای ساخت مزارع بادی در خاکهای نرم و چالشانگیز ارائه میدهد. با استفاده از آن میتوان ضخامت لایه دانهای لازم برای راههای دسترسی را کاهش داد و در هزینه و زمان ساخت صرفهجویی کرد. اگر به دنبال خرید ژئوسنتتیک برای تقویت لایههای نرم خاک برای نصب توربینهای بادی هستید، با شمارههای درجشده در سایت فرنام بسپار تماس بگیرید تا کارشناسان شما را راهنمایی کنند. فرنام بسپار یکی از برترین شرکتهای تولیدکننده محصولات ژئوسنتتیک در ایران به شمار میرود.
