توربین بادی

2020/09/03

توربین بادی دریایی با جکت

توربین بادی و انواع آن

توربین بادی (Wind Turbine) به سازه ای گفته می شود که انرژی باد را به برق تبدیل می کند. انرژی باد یک از اصلی ترین منابع انرژی تجدید پذیر است که در ایران پتانسیل های فوق العاده ای دارد. در گذشته و به ویژه در ایران باستان، از انرژی باد برای آسیاب و آبیاری استفاده شده است. شکل زیر بقایای یک نمونه آسیاب بادی را در افغانستان کنونی نشان می دهد.

آسیاب بادی باستانی در افغانستان با محور چرخش عمودی

توربین بادی دریایی

توربین بادی دریایی یا فراساحلی(Offshore Wind Turbine) به توربینی گفته می شود که از انرژی باد روی سطح آزاد آب مانند اقیانوس ها، دریاها و یا دریاچه ها استفاده کند. اروپا پیشگام این نوع نیروگاه های بادی بوده است. اولین نیروگاه بادی دریایی در سال ۱۹۹۱ در دانمارک نصب شد. میانگین ظرفیت یک توربین بادی دریایی در اروپا ۳ مگاوات بود که انتظار می رود که این مقدار تا ۵ مگاوات برسد. بزرگ ترین نیروگاه بادی دریایی در Hornsea انگلیس در سال ۲۰۲۰ تاسیس شد که ظرفیت تولید برق ۱۲۱۸ مگاوات دارد. رتبه های بعدی نیز متعلق به انگلیس(Walney) با ظرفیت ۶۶۰ مگاوات است. نبرد بر سر ساخت بزرگ ترین توربین بادی نیز بین تولید کننده های چینی، آلمانی و آمریکایی هر ساله شدت بیشتری می یابد که شرکت زیمنس فعلا پیروز این میدان است.

توربین بادی دریایی

مزایا نیروگاه بادی دریایی

به علت دوری از ساحل مشکلی برای ساکنین شهرها ایجاد نمی کند و به چشم انداز طبیعت آسیب نمی رسانند.
نیروگاه بادی دریایی به علت سرعت باد بیشتر در مناطق دریایی، امکان تولید بیشتر برق را دارد.
باد های دریایی موانعی مانند کوه ها که می توانند سرعت باد را کاهش دهند ندارند.

معایب نیروگاه بادی دریایی

عیب اصلی ان ها هزینه بالای نصب این توربین ها در بستر دریایی است.
نیروگاه بادی دریایی مستعد آسیب به خاطر طوفان ها و باد های شدید دریایی هستند که ممکن است هزینه های تعمیر و نگهداری را افزایش دهد.
نیروگاه بادی دریایی که در نزدیکی ساحل(کمتر از ۴۰ کیلومتر) هستند مشکلاتی را برای ساکنین، قایق رانان و ماهیگیران ممکن است ایجاد کند.

فیلم نیروگاه بادی دریایی Walney

انواع توربین بادی دریایی

توربین های بادی دریایی را می توان بر اساس پی(Foundation) به دو دسته ثابت و شناور(Floating) تقسیم کرد. پی ثابت در آب های کم عمق تا حدوداً ۵۰ متر، مانند توربین بادی ساحلی استفاده می شود. پی توربین ها ممکن است یک پایه، سه پایه یا به صورت Jacket باشد. جکت هایی که در صنعت نفت استفاده می شود در عمق بستر ۲۰ تا ۸۰ متری از سطح دریا می تواند برای توربین بادی استفاده شود. برای عمق های بیش از ۸۰ متر استفاده از پی ثابت از لحاظ فنی غیر ممکن است و دیگر اقتصادی نخواهد بود. از این رو توربین بادی شناور نیاز است که به کف دریا متصل باشد. در سال ۲۰۰۹ اولین توربین بادی دریایی شناور در مقیاس واقعی در دریای شمالی نروژ نصب شد. در این میان انواع فناوری ها، توربین های بادی نیمه شناور نیز اقبال عمومی یافته اند.

انواع فونداسون توربین های بادی دریایی

چشم اندازه توربین بادی شناور

امروزه توربین های بادی دریایی شناور به تعداد خیلی کم نصب شده است اما چشم انداز بزرگ تری برای ان تصور می شود. برای مثال چین می خواهد تا سال ۲۰۳۰ یک گیگاوات از این فناوری نصب کند. انجمن انرژی باد ژاپن بیان کرده است که تا سال ۲۰۵۰ مقدار ۱۸ گیگاوات توربین بادی شناور در این کشور نصب می شود. کره جنوبی ۱٫۳ میلیارد دلار برای گسترش این فناوری تا سال ۲۰۲۲ سرمایه گذاری خواهد کرد.

توربین بادی شناور نیمه غوطه ور WindFloat Atlantic

توربین های بادی شناور نیمه غوطه ور WindFloat Atlantic

توربین بادی ساحلی

توربین بادی ساحلی (Onshore Wind Turbine) به توربینی گفته می شود که بر روی زمین نصب شده باشند. معمولا برای این توربین ها مکان هایی با ساکنین کمتر انتخاب می شود. این مناطق ممکن است شامل کوه ها، دره ها، دشت ها و فلات ها باشد.

اولین توربین بادی

اولین توربین بادی که برای تولید برق استفاده شد، در سال ۱۸۸۷ در گلاسکو اسکاتلند ساخته شد. این توربین به وسیله James Blyth با ارتفاع برج ۱۰ متر با بادبان های پارچه ای برای شارژ باتری ساخته شد تا روشنایی کلبه خود را تامین کند. بعد از ان در سال ۱۸۸۸ در کلیولند اوهایو امریکا توربین بادی با قطر روتور ۱۷ متر بر روی برج ۱۸ متری قرار گرفته بود که می توانست با ۱۴۴ پره خود، توان ۱۲ کیلووات تولید کند.

بزرگ ترین نیروگاه بادی دنیا با نام Gansu در کشور چین تاسیس شد که تا سال ۲۰۲۰ ظرفیت تولید برق خود را به ۲۰ گیگاوات می رسد. بعد از آن نیروگاه بادی Shepherds با ۸۴۵ مگاوات در ایالت اورگان آمریکا قرار گرفته است.

توربین بادی ۶۶۰ کیلووات گروه راه نو

مزایای توربین بادی ساحلی

هزینه نیروگاه های بادی ساحلی نسبتا ارزان است که اجازه می دهد نیروگاه های بزرگ تاسیس شوند.
فاصله کم میان مصرف کننده ها و توربین بادی، باعث افت ولتاژ کمتر روی کابل می شود.
نصب توربین بادی ساحلی بسیار سریع است و مقیاس نصب ان در حدود ماه است.

معایب نیروگاه های بادی ساحلی

یک از مسائل توربین بادی ساحلی این است که به نظر بعضی از مردم چشم انداز طبیعت را خراب می کند.
توربین های بادی ساحلی در تمام سال به خاطر سرعت کم باد روی خشکی ها، برق تولید نمی کنند.
صدای توربین بادی می تواند برای مناطق مسکونی مانند صدای ماشین چمن زنی، آلودگی صوتی ایجاد کند.
حمل و نقل اجزای توربین بادی برای نصب در محل، در توربین های های بادی ساحلی به علت طول زیاد سخت تر است.

همان طور که در شکل زیر مشاهده می شود، حمل پره های با طول زیاد در جاده ها با چالش های همراه است.

حمل و نقل توربین بادی ساحلی

توربین بادی آف گرید

به طور معمول توربین بادی در یک نیروگاه، توان تولید خود را به داخل شبکه سراسری تزریق می کنند که به ان توربین های آن گرید (On-grid) نیز می گویند. در کشور ما ایران شبکه سراسری به همه شهر ها و روستا ها کشیده شده است و همه از نعمت برق برخوردارند. اما در بسیار از کشور های همسایه ایران، مانند عراق و افغانستان یا شبکه برق وجود ندارد یا شبکه پایدار نیست. در این شرایط مصرف کننده های برق، خود می توانند برق مور نیاز را تولید کند. این روش تولید برق، دور از شبکه سراسری یا آف گرید (Off-grid wind Turbine) نامیده می شود. در نتیجه توربین های بادی دور از شبکه سراسری یا آف گرید در مناطقی موضوعیت پیدا می کنند که شبکه سراسری امکان پاسخ گویی ندارد و یا هزینه ان بسیار بالاست. کاربردی بودن توربین بادی آف گرید به میانگین سالیانه سرعت باد بستگی دارد که باید در آن منطقه حداقل ۴ متر بر ثانیه باشد.

کاربرد توربین بادی کوچک

امروزه کاربردهای متداول توربین بادی کوچک شامل کاربردهای مسکونی تجاری و صنعتی، استفاده در قایق های ماهیگیری و دریانوردی، مزارع و روستاهای دور افتاده، پمپاژ آب و تصفیه آب، نظارت از راه دور، ایستگاه های مخابراتی و ایستگاه های دریایی می باشد. علیرغم تمایل بازار برای استفاده از سیستم باد کوچک در شبکه و محیط شهری، برنامه های دور از شبکه همچنان نقش مهمی در مناطق دور افتاده کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه دارند. بیش از ۸۰٪ تولید کنندگان توربین بادی کوچک برای برنامه های آف گرید تولید می کنند. در چین، که میلیون ها خانوار هنوز فاقد برق هستند، واحدهای آف گرید بیش از ۸۵ درصد بازار را تشکیل می دهند.