
سیستمهای بادی
نرژی باد یکی از انواع اصلی انرژی های تجدید پذیر می باشد که از دیر باز ذهن بشر را به خود معطوف کرده است، به طوری که وی همواره به فکر کاربرد این انرژی در صنعت بوده است. بشر از انرژی باد برای به حرکت در آوردن قایقها، کشتیهای بادبانی و آسیابهای بادی استفاده می کرده است. در کشور ما قابلیتها و پتانسیل های مناسبی جهت نصب و راه اندازی توربین های برق بادی وجود دارد که با توجه به توجیه پذیری آن و تحقیقات، مطالعات و سرمایه گذاریهای صورت گرفته، چشم انداز روشنی را فراروی سیاست گذاران بخش انرژی کشور قرار داده است.
یکی از مهمترین پروژه های انجام شده در زمینه انرژی باد، تهیه اطلس بادی کشور بوده است که پروژه مذکور در سازمان انرژیهای تجدیدپذیر و بهرهوری برق ایران انجام شده و به عنوان یکی از پروژه های ملی در صنعت انرژی باد محسوب می گردد.
توربینهای بادی، انرژی جنبشی باد را به توان مکانیکی تبدیل مینمایند، این توان مکانیکی از طریق شفت به ژنراتور انتقال پیدا کرده و در نهایت انرژی الکتریکی تولید میشود. توربینهای بادی بر اساس یک اصل ساده کار میکنند. انرژی باد، دو یا سه پرهای را که به دور روتور توربین بادی قرار گرفتهاند را بچرخش درمیآورد. روتور به یک شفت مرکزی متصل میباشد که با چرخش آن ژنراتور نیز به چرخش درآمده و الکتریسیته تولید میشود. توربینهای بادی بر روی برجهای بلندی نصب شدهاند تا بیشترین انرژی ممکن را دریافت کنند. بلندی این برجها به ۳۰ تا ۴۰ متر بالاتر از سطح زمین میرسند.
پس از شروع انقلاب صنعتی و اختراع ماشین آلات صنعتی، فعالیتهای کشاورزی و صنعتی رواج بیشتری پیدا کرد و در نتیجه سوختهای فسیلی بیش از اندازه مورد استفاده قرار گرفتند. این امر سبب افزایش گازهای گلخانهای نظیر کربن دی اکسید در جو و گرمایش جهانی شد که در حال حاضر این پدیده به یکی از مشکلات حائز اهمیت جامعه بشری تبدیل شده است.
امروزه برای کاهش استفاده از سوختهای فسیلی به استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر روی آورده شده است. یکی از منابع تجدیدپذیر که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است، منبع باد است.
از انرژی باد به وسیله توربین بادی میتوان برق تولید نمود. با به چرخش در آمدن توربین بادی، انرژی توسط توربین به ژنراتور انتقال یافته و باعث به چرخش درآمدن آن و در نتیجه تولید برق AC می شود. برق تولیدی حاصل از توربین بادی معروف به AC کثیف میباشد. زیرا، با توجه به نوسان در وزش باد، برق تولید شده در توربین بادی از نظر فرکانس و ولتاژ برای استفاده نامناسب است. برای حل این مشکل، برق تولیدی توربین بادی به برق DC تبدیل میشود. این عمل توسط کنترلر بادی انجام میپذیرد.
از طرفی برق مورد نیاز مصرف در ایران معمولاً به صورت برق AC، (۲۳۰)۲۲۰ولت و ۵۰ هرتز تک فاز یا (۴۰۰) ۳۸۰ ولت ۵۰ هرتز سه فاز میباشد. بنابراین، برای استفاده از انرژی بادی به صورت برق مصرفی مناسب، باید از تجهیزاتی از جمله توربین بادی، کنترلر بادی و … استفاده شود که به مجموعه این تجهیزات سیستم بادی گفته میشود.
سیستمهای بادی به دو صورت مستقل از شبکه (Off-Grid) و یا متصل به شبکه (On-Grid) نصب میشوند.
سیستمهای تولید برق مستقل از شبکه (Off-Grid)، به منظور استفاده در مناطق بدون دسترسی به شبکه برق رسانی طراحی شدهاند. سیستمهای بادی مستقل از شبکه به وسیله توربین باد، انرژی بادی را به برق تبدیل میکند. از طرفی شدت وزش باد و در نتیجه انرژی ورودی به سیستم بادی نیز ثابت نیست. به همین علت، انرژی بادی را برای مواقع کمبود انرژی باد، به صورت DC در باتری ذخیره میگردد.
اگرچه ولتاژ DC برای مصرف کنندههای DC قابل استفاده است؛ اما، مصرف کنندهها عمدتاً با ولتاژ ۲۲۰ ولت ۵۰ هرتز تک فاز کار میکنند. تبدیل برق DC به برق AC، توسط اینورتر انجام میگیرد اینورتر مورد استفاده در سیستمهای Off-Grid، باید از نوع مستقل از شبکه باشند.
در صورت بروز هر گونه مشکل در نحوه اتصال کابلها، امکان اتصال کوتاه، عبور جریان زیاد، سوختن کابلها و… وجود دارد که منجر به آتش سوزی یا آسیب رسیدن به قطعات خواهد شد. برای جلوگیری از این حوادث، سر راه کابلهای اصلی فیوز قرار داده میشود. هنگام عبور جریان بیش از اندازه از کابل، فیوز مدار را قطع کرده و مانع از آسیب دیدگی قطعات و کابلها خواهد شد.
انواع توربینهای بادی:
اگرچه طراحی های مختلفی برای توربین بادی موجود می باشد ولی به طور عمده به دو دسته کلی بر اساس جهت محور چرخش تقسیم بندی می شوند:
الف- توربینهای بادی با محور چرخش عمودی
توربینهای بادی با محور عمودی نظیر (ساوینوس ، داریوس ، صفحه ای، کاسه ای… ) از ۲ بخش اصلی تشکیل شده اند. یک میله اصلی که رو به باد قرار می گیرد و میله های عمودی دیگری که عمود بر جهت باد کار گذاشته می شوند. این توربین شامل قطعاتی با اشکال گوناگون بوده که باد را در خود جمع کرده و باعث چرخش محور اصلی می گردد. ساخت این نوع توربین بسیار ساده است، ولی بازده پایینی دارد. در این نوع توربینها یک طرف توربین، باد را بیشتر از طرف دیگر جذب می کند و باعث می شود سیستم لنگر پیدا کرده و بچرخد. نتیجه این نوع طراحی این است که سرعت چرخش سیستم دقیقاً با سرعت باد برابر بوده و در مناطقی که سرعت باد کم است، چندان کار آمد نیست. یکی از مزایای آن وابسته نبودن سیستم به جهت وزش باد می باشد.
ب- توربینهای بادی با محور چرخش افقی
این نوع توربین ها نسبت به مدل با محور عمودی رایج تر می باشند، توربینهای بادی با محور افقی پیچیدهتر و گران تر از نوع قبلی هستند و ساخت آنها هم مشکلتر است ولی راندمان بسیار بالایی دارند. در همه سرعتها حتی سرعتهای پایین باد کار می کنند و در انواع پیشرفته تر میتوان جهت آنها را با جهت وزش باد تنظیم کرد. نمای ظاهری این توربینها ۳ یا در مواردی ۲ پره است که روی یک پایه بلند نصب شده اند. این پره ها همواره درجهت وزش باد قرار میگیرند.
اجزاء اصلی توربینهای بادی محور افقی