توربین بادی چیست چگونه برق تولید می کند؟

توربین بادی چیست؟

توربین بادی چیست؟ برای استفاده و کنترل نیروی باد به تجهیزاتی نیاز است که به آن توربین بادی ( به انگلیسی Wind Turbine) گفته می شود. توربین ها وسیله هایی هستند که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. نیروی باد باعث چرخش پره های توربین شده و آن ها را به حرکت در می آورد، این نیروی حاصل از چرخش پره ها توسط شفت به ژنراتور منتقل شده و در ژنراتور به برق تبدیل می شود.

توربین های بادی را می توان به صورت ترکیبی در فرم خوشه ای استفاده کرد که اصطلاحا به آن “مزرعه باد” گفته می شود و توسط شرکت های بزرگ برای تامین انرژی پشتیبان مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر تولید انرژی الکتریکی که به آن اشاره شد، از این انرژی می توان برای آسیاب کردن دانه ها، پمپ کردن آب، شارژ کردن باتری ها و … استفاده کرد.

مقاله پیشنهادی: باتری سیستم های خورشیدی

نحوه کاربردهای کار توربین بادی

عملکرد یک توربین بادی را می توان با مراحل زیر توضیح داد:

• جهت گیری خودکار

توربین های بادی به طور خودکار با استفاده از داده های ثبت شده توسط پره توربین و بادسنج که در نوک آن نصب شده اند جهت استفاده حداکثری از انرژی جنبشی باد، موقعیت یابی و جهت گیری می شوند. گهواره موتور دورِ تاج ​​که در انتهای برج قرار دارد می چرخد.

• چرخش پره های توربین

باد زمانی باعث چرخش پره های توربین می شود که با سرعت حدود ۳٫۵ متر بر ثانیه بوزد. همچنین باد با سرعت ۱۱ متر بر ثانیه باعث چرخش حداکثری توربین ها می شود. هنگامی که وزش باد شدید باشد (۲۵ متر بر ثانیه)، پره های توربین نیم چرخ می زنند و به تبع آن توربین های بادی کند می شود تا از ولتاژ زیاد جلوگیری کند.

• جعبه دنده

روتور یک واحد سه تیغه ای بوده که در وسط توربین کار گذاشته شده و یک محور آهسته متصل به جعبه دنده یا گیربکس را می چرخاند و سرعت چرخش را از ۱۳ تا ۱۵۰۰ دور در دقیقه افزایش می دهد.

• تولید نیرو

جعبه دنده انرژی خود را از طریق یک محور سریع متصل به ژنراتور که برق تولید می کند انتقال می دهد.

• تخلیه یا برون ریزی

انرژی تولید شده از داخل برج به پایه جریان می یابد و از آنجا انرژی از یک خط زیرزمینی به ایستگاه فرعی جریان می یابد که ولتاژ آن به منظور تزریق انرژی به شبکه الکتریکی و توزیع آن در نقاط مصرف افزایش می یابد.

• مونیتورینگ یا نظارت

به منظور شناسایی و برطرف کردن هرگونه حوادث، کلیه عملکردهای مهم توربین های بادی از مرکز کنترل و ایستگاه فرعی، نظارت و مدیریت می شود.

اجزای اصلی یک توربین بادی

1- بخش دوار یا روتور (Rotor)

روتورهمان بخش دواری است که پره‌ها به آن وصل میشوند و دوران می‌کنند. پره‌ها، هاب، دماغه و یاتاقان‌های پره، روتور را تشکیل می‌دهند. روتور توربین‌های بادی با محور افقی، عمود بر جهت باد دوران می‌کند.

در حالیکه جهت دوران روتور توربین‌های بادی با محور عمودی، هم جهت با وزش باد است. روتور توربین‌های افقی توسط یک برج در ارتفاع مناسبی نسبت به زمین قرار می گیرد و همچنین برای قرار گرفتن در جهت باد و کنترل سرعت آن از سیستمی پیشرفته استفاده میکنند. برای گردش توربین‌های بادی مدرن از جعبه دنده‌ی سیاره ای استفاده می‌شود.

2- بستر یا ناسل (Nacelle)

ناسل توربین بادی شامل پوشش خارجی مجموعه توربین، شاسی و سیستم دوران حول محور برج است که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد. ناسل ها می توانند بسیار بزرگ باشند.

3- پره یا ایرفویل (Aerofoil)

وظیفه پره گرفتن انرژی جنبشی باد و تولید بیشترین گشتاور ممکن از آن است. تحقیقات بسیاری روی هندسه پره‌ها انجام شده و در حال انجام است. تعداد پره‌ها در توربین‌های بادی متغیر است (معمولاً دو یا سه پره)، پهنای پره (یا کورد) نیز، بسته به شرایط مختلف محیطی و طراحی توربین متفاوت است.

ممکن است پره در امتداد محور طولی تاب داشته باشد. برای کنترل توربین‌های بادی و حفظ امنیت آن‌ها در باد‌های بسیار سریع و طوفان‌ها، توربین‌های بادی مدرن قابلیت چرخاندن پره‌ها حول محور خودشان را دارا هستند. به این ترتیب می‌توان توانایی ایجاد کم‌ترین نیروی ممکن و پایین آوردن سرعت دوران روتور را فراهم کرد.

4- برج یا پایه (Tower)

با توجه به سایز توربین و شرایط طراحی، از انواع متفاوتی از برج‌ها استفاده می‌شود. برج‌های استوانه‌ای بتنی، فولادی و کامپوزیتی از متداول ترین برج ها هستند. همچنین از برج‌های مشبک، سازه‌های فولادی و ستون‌های مهار شده توسط کابل نیز به عنوان پایه استفاده می‌شود.

ارتفاع برج معمولاً بین یک تا یک و نیم برابر قطر روتور در نظر گرفته می شود. انتخاب نوع برج وابسته به شرایط مختلف است. همچنین استحکام برج فاکتور مهمی در دینامیک سازه توربین باد محسوب می شود زیرا احتمال همسان شدن ارتعاشات بین برج و روتور که منجر به خطر رزونانس می گردد وجود دارد.

5- سیستم انتقال قدرت (Transmission)

این سیستم توسط یک گیربکس پیشرفته محور با گشتاور بالا و سرعت کم (سمت روتور) را به محور پر سرعت (سمت ژنراتور) متصل می‌کند. وظیفه گیربکس افزایش سرعت نامی روتور از یک مقدار کم (چند ده دور در دقیقه) به یک مقدار بالا (در حد چند صد یا چند هزار دور در دقیقه) که مناسب برای تحریک یک ژنراتور استاندارد است، می‌باشد. معمولا از دو نوع گیربکس در توربین‌های استفاده میشود: گیربکس‌های با شفت‌های موازی و گیربکس‌های سیاره‌ای.

علاوه بر این سیستم انتقال قدرت، سرعت محور ورودی به ژنراتور را کنترل می‌کند تا مانع خرابی ژنراتور شود. برای توربین‌های سایز متوسط به بالا (بزرگتر از KW ۵٠٠) مزیت وزن و اندازه در گیربکس‌های سیاره‌ای نسبت به گیربکس‌های با شفت موازی کاملاً بارزتر است. بعضی از توربین‌ها از یک طرح خاص برای ژنراتور استفاده می کنند (ژنراتور با تعداد قطب بالا) که در آن نیازی به استفاده از گیربکس نمی‌باشد.

6- مولد برق یا ژنراتور (Power Generator)

در ژنراتور گشتاور مکانیکی به توان الکتریکی تبدیل می‌شود. انواع مختلف ژنراتور های DC, AC و القایی در توربین‌های بادی استفاده می‌شود.

انواع توربین های بادی

توربین های بادی مدرن در ۲ گروه اساسی توربین بادی با محور افقی با توربین بادی با محور عمودی قرار می گیرند:

1- توربین بادی با محور افقی

نوع رایج توربین های بادی بوده که رو به باد قرار دارند و همان چیزی است که بسیاری از افراد هنگام فکر کردن به توربین های بادی تصور می کنند. به طور معمول آنها دارای سه تیغه بوده و با حرکت محوری پره های توربین در بالای برج، خلاف جهت باد کار می کنند.

مزایا:

• امکان دسترسی به بادهای قوی در برج های بلند
• امکان به کارگیری آنها در سواحل و دریاها
• بازدهی بالا

معایب:

• کار نکردن در ارتفاع پایین
• مشکل بودن انتقال سازه ها
• سخت بودن نصب و راه اندازی
• پرهزینه بودن تعمیر و نگهداری
• ایجاد آلودگی صوتی

2- توربین بادی با محور عمودی

دو مدل مختلف از این نوع توربین ها وجود دارد:

1.  Darrieus  یا سبک تخم مرغی که نام آن را یک مخترع فرانسوی گذاشته است.
2.  Savnoius  که مثل آسیاب آبی کار می کند.

این نوع توربین ها همه کاره هستند، بدین معنی که برای بهره برداری از باد نیازی به تنظیم ندارند.

 مزایا:

• نصب آنها در پشت بام منازل
• عملکرد مناسب زمانِ وزیدن بادهای نامنظم
• نصب نزدیک زمین
• ایمنی و ارزان بودن
• تعمیر و نگهداری آسان

 معایب:

• کمتر بودن بازدهی نسبت به توربین های محور افقی
• سخت بودن نصب شان در برج های بلند
• فرسایش سازه های این نوع توربین ها به علت وزیدن بادهای نامنظم

 اندازه توربین های بادی

1- توربین بادی در مقیاس بهره وری (Tility scale wind turbine)

این توربین های بادی در مقیاس بهره وری از ۱۰۰ کیلووات تا چندین مگاوات متغیر هستند و در کارخانه تولیدات توربین با همدیگر گروه بندی می شوند.

2- توربین بادی دریایی (Offshore wind turbine)

توربین های بادی دریایی بسیار عظیم الجثه می باشند. آنها مشکلات و چالش های حمل و نقل مشابه تأسیسات بادی مستقر در زمین را ندارند زیرا اجزای بزرگ آنها را می توان با کشتی انتقال داد. این توربین ها می توانند از بادهای قدرتمند اقیانوسی انرژی زیادی تولید کنند.

3- توربین بادی کوچک (Single small wind turbine)

توربین های بادی کوچک زیر ۱۰۰ کیلووات انرژی الکتریسیته تولید می کنند و معمولاً برای کاربردهای مسکونی، کشاورزی، تجاری و صنعتی کوچک استفاده می شوند. این سیستم ها، سیستم های بادی هیبریدی نامیده می شوند و به طور معمول در مکان های از راه دور و خارج از شبکه (جایی که اتصال به شبکه کنترل در دسترس نباشد) مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع توربین ها را می توان در سیستم های انرژی ترکیبی با دیگر منابع انرژی توزیع شده مانند میکروشبکه های تولید شده توسط دیزل ژنراتورها، باتری ها و فتوولتائیک ها استفاده کرد.

4- توربین بادی توزیع شده (Distributed wind turbine)

وقتی توربین هایی با اندازه های مختلف در مکان یا نزدیک به مکانی که انرژی آنها مورد استفاده قرار می گیرد نصب شوند؛ به آنها توربین های بادی توزیع شده گفته می شود.

کاربرد توربین های بادی چیست؟

کاربرد توربین های بادی به دو بخش کاربرد نیروگاهی و کاربرد غیر نیروگاهی تقسیم می شود:

کاربردهای غیر نیرو گاهی

• پمپاژ آب

پمپ های بادی آبکش جهت تأمین آب آشامیدنی حیوانات در مناطق دور افتاده_آبیاری دراندازه کم_ آبکشی از عمق کم جهت پرورش آبزیان_تأمین آب مصرفی خانگی

• کاربرد توربین های کوچک در جهت تامین برق برای مجتمع­های مسکونی
  

اصلی ترین کاربردهای غیر نیروگاهی توربین های برق بادی، تامین برق جزیره های مصرف میباشد. جزیره مصرف محل یا منطقه ای است که تامین مصرف آن از طریق شبکه سراسری برق بسیار مشکل و غیر متطقی می باشد.

تا چند سال پیش تامین برق این نقاط بسیار سخت و از طریق مولدهای کوچک دیزلی تامین می شد. امروزه از توربینهای بادی کوچک تا قدرت 10 کیلو وات برای تامین برق مورد نیاز این مناطق استفاده می شود.

یک توربین بادی در مقیاس کوچک با نصب بسیار آسان و سریع حتی بر روی قایق حتی بر روی قایق ها و اتوبوس ها بدون هیچگونه هزینه ای برق مورد نیاز این مناطق را تامین می کند و قیمت این توربینها نسبت به مجموع قیمت موتور برق و هزینه سوخت آن اقتصادی نیز می باشد.

این توربینها معمولاً به همراه باتری های ذخیره کننده انرژی بکار برده می شوند و می توانند با سایر منابع مانندفتوولتائیک یا ژنراتور های دیزلی بصورت ترکیبی مورد بهره برداری قرار گیرند.

• شارژ باتری

برای این کار بیشتر توربینهای بادی با قیمت ارزان و متوسط که روتورهایی با قطر 3 متر دارند استفاده می شود این نوع بهره برداری عموماً توربینهای بادی کوچک جهت مصارف خانگی را شامل می شوند. نمونه کاربرد چنین توربینهایی شامل تامین انرژی دستگاههای کمک ناوبری دریایی و مخابرات می شود.

باتری توربین بادی

مشاهده سریع

باتری یو پی اس سپاهان باتری مدل اوربیتال ژل 100 آمپر

6,839,000 تومان – 8,339,000 تومان

مشاهده سریع

باتری یو پی اس سپاهان باتری مدل اوربیتال ژل 65 آمپر

5,687,000 تومان – 6,662,000 تومان

مشاهده سریع

باتری یو پی اس سپاهان باتری مدل اوربیتال ژل 42 آمپر

3,871,000 تومان – 4,501,000 تومان

مشاهده سریع

باتری 200 آمپر ساعت یو پی اس صبا

10,318,000 تومان – 13,318,000 تومان

مشاهده سریع

باتری 155 آمپر ساعت یو پی اس صبا

8,297,000 تومان – 10,622,000 تومان

مشاهده سریع

باتری 4.5 آمپر ساعت یو پی اس صبا

354,000 تومان – 422,000 تومان

مشاهده سریع

باتری 100 آمپر ساعت یو پی اس صبا

5,310,000 تومان – 6,810,000 تومان

مشاهده سریع

باتری 65 آمپر ساعت یو پی اس صبا

3,656,000 تومان – 4,631,000 تومان

مشاهده سریع

باتری 28 آمپر ساعت یو پی اس صبا

1,692,000 تومان – 2,112,000 تومان

مشاهده سریع

باتری 42 آمپر ساعت یو پی اس صبا

2,826,000 تومان – 3,456,000 تومان

مشاهده سریع

باتری 18 آمپر ساعت یو پی اس صبا

1,005,000 تومان – 1,275,000 تومان

مشاهده سریع

باتری 7.5 آمپر ساعت یو پی اس صبا

520,000 تومان – 633,000 تومان

کاربردهای نیروگاهی توربین باد

کاربردهای نیروگاهی از انرژی باد از نوع متصل به شبکه برق بوده که عبارتند از:

• نیروگاههای بادی منفرد جهت تأمین انرژی الکتریکی واحدهای مسکونی، تجاری، صنعتی و یا کشاورزی
• مزارع برق بادی جهت تأمین بخشی از تقاضای انرژی برق شبکه

مزایا و معایب توربین های بادی چیست؟

مزایا:

1. کاهش اثرات مخرب زیست محیطی
2. عدم انتشار هیچ یک از گازهای گلخانه ای
3. ممانعت از آلودگی ناشی از حمل ونقل
4. تولید برق بدون استفاده از آب (کاهش انرژی ناشی از خشکسالی) و جلوگیری از آلودگی آب
5. تولید برق در کل ساعات شبانه روز در مناطق بادخیز
6. ترکیب با پنل های خورشیدی در مکان های آفتابی و بادی
7. قابلیت نصب تجاری یا خانگی
8.  جاگیر نبودن توربین های بادی
9. صرفه جویی در هزینه برق و مقرون به صرفه بودن
10. عدم نیاز به سوخت و کاهش مصرف سوختهای فسیلی

معایب:

1. تأثیر روی اکوسیستم منطقه به علت کندن گودال های عمیق در زمین
2. تغییر کاربری زمین با گونه های گیاهی متفاوت بعد از احداث تأسیسات در منطقه
3. نابودی باتلاق ها و زیستگاه های حیات وحش به علت احداث جاده برای دسترسی به محل نصب
4. مشکل دفع و بازیافت پره های توربین
5.  آلودگی صوتی حاصل از پره های توربین
6. مرگ پرندگان و حشرات بوسیله پره های توربین

صرفه اقتصادی استفاده از توربین های بادی

امروزه با رشد روز افزون مصرف انرژي استفاده از سوخت هاي فسيلي در نيروگاه ها جهت توليد انرژي الكتريكي رو به افزايش است. با توجه به توليد آلاينده هاي زيست محيطي توسط نيروگاه ها و نياز روز افزون به انرژي الكتريكي ضرورت توليد انرژي الكتريكي با روش هاي نوين وبدون توليد آلاينده هاي زيست محيطي بيشتر مد نظر مديريت كلان توليد انرژي قرار ميگيرد.

يكي از گونه هاي انرژي كه جهت توليد نيروي الكتريسيته مورد استفاده قرار مي گيرد انرژي بادي است.   با توجه به اينكه انرژي بادي جزء انرژي هاي تجديد پذير مي باشد و تبديل آن به انرژي الكتريكي با راندمان بالا و استهلاك پايين صورت مي پذيرد در نتيجه استفاده از انرژي بادي جهت توليد انرژي الكتريكي مقرون به صرفه مي باشد.

با توجه به این که در این مقاله از کیان باتری متوجه شدید توربین بادی چیست؟ می توانید نظرات و سوالات خود را در فرم مربوطه زیر برای خوانندگان این مطلب در میان بگذارید.