تولید برق از انرژی باد چگونه است؟

باد یکی از پاک ترین و در دسترس ترین منابع انرژی تجدیدپذیر است که توانایی تامین نیاز برق میلیون ها خانه در سراسر جهان را دارد. تولید برق از انرژی بادی نه تنها به کاهش آلودگی محیط زیست کمک می کند، بلکه راهکاری اقتصادی برای مصرف کنندگان و صنایع فراهم می آورد. در این مقاله از سه ستاره سمنان (تولید کننده لوله برق upvc) به طور جامع توضیح می دهیم که چگونه از انرژی باد برق تولید می شود و این فرآیند چه مراحل و اجزایی دارد.

انرژی باد چیست و چگونه به برق تبدیل می شود؟

انرژی باد در واقع از حرکت هوا به وجود می آید. اما این حرکت از کجا می آید؟ خورشید نقش اصلی را دارد. وقتی خورشید به زمین می تابد، همه ی قسمت های زمین به یک اندازه گرم نمی شوند. مثلاً سطح دریاها، کوه ها، بیابان ها و جنگل ها هر کدام گرما را به شکل متفاوتی جذب می کنند. در نتیجه، دمای هوا در مناطق مختلف فرق می کند.

هوای گرم سبک تر است و به سمت بالا می رود، در حالی که هوای سردتر سنگین تر بوده و پایین می آید تا جای آن را بگیرد. همین جابه جایی هوا باعث ایجاد باد می شود. هرچه اختلاف دما و فشار بین دو ناحیه بیشتر باشد، باد با سرعت بیشتری می وزد.

به بیان ساده تر، خورشید زمین را ناهمگون گرم می کند، این گرمایش نابرابر باعث اختلاف فشار می شود و هوا برای برقراری تعادل از ناحیه ی پرفشار به سمت ناحیه ی کم فشار حرکت می کند. این حرکت همان چیزی است که ما به آن «باد» می گوییم. انرژی ای که در این حرکت نهفته است را می توان با توربین های بادی به برق تبدیل کرد، که یکی از مهم ترین روش های تولید انرژی پاک و تجدیدپذیر در جهان به شمار می آید.

روش تولید برق با باد بر پایه تبدیل انرژی جنبشی به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی است. توربین های بادی این وظیفه را بر عهده دارند. زمانی که باد به پره های توربین برخورد می کند، نیروی آیرودینامیکی ایجاد شده باعث چرخش پره ها می شود. این حرکت چرخشی از طریق یک محور به ژنراتور منتقل می گردد و ژنراتور با استفاده از القای الکترومغناطیسی، انرژی مکانیکی را به برق تبدیل می کند. تولید برق با انرژی باد روشی کاملاً پاک و بدون انتشار گازهای گلخانه ای است.

اجزا اصلی یک توربین بادی

هر توربین بادی از چندین جزء کلیدی تشکیل شده که هر کدام نقش مهمی در تولید برق با توربین بادی ایفا می کنند:

پره های روتور – Blades

پره ها مهم ترین بخش توربین هستند که انرژی جنبشی باد را دریافت می کنند. معمولاً توربین های بادی دارای سه پره هستند که به شکل آیرودینامیکی طراحی شده اند. طول پره ها بسته به ظرفیت توربین متفاوت است و در توربین های مدرن می تواند تا ۱۵۰ متر نیز برسد.

برج – Tower

برج وظیفه نگهداری و بلند کردن روتور و ناسل به ارتفاع مناسب را دارد. هرچه برج بلندتر باشد، به بادهای قوی تر و پایدارتری دسترسی دارد. ارتفاع برج ها معمولاً بین ۸۰ تا ۴۰۰ متر متغیر است.

ناسل – Nacelle

ناسل محفظه ای است که در بالای برج قرار دارد و اجزای اصلی مکانیکی و الکتریکی توربین را در خود جای داده است، از جمله گیربکس، ژنراتور، سیستم کنترل و سیستم ترمز.

گیربکس – Gearbox

این جزء وظیفه افزایش سرعت چرخش دارد. پره های توربین معمولاً با سرعت حدود ۲۸ دور در دقیقه می چرخند، اما ژنراتور برای تولید برق نیاز به سرعت بالاتری دارد. گیربکس این تبدیل سرعت را انجام می دهد.

ژنراتور – Generator

ژنراتور قلب توربین بادی است که انرژی مکانیکی چرخشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. بیشتر توربین ها از ژنراتورهای آسنکرون استفاده می کنند.

سیستم کنترل

این سیستم جهت پره ها را متناسب با جهت باد تنظیم می کند و عملکرد توربین را در شرایط مختلف بادی بهینه می سازد. همچنین در صورت وزش بادهای بسیار شدید، توربین را متوقف می کند تا از آسیب جلوگیری شود.

مراحل تولید برق از باد

نحوه تولید برق با باد شامل مراحل زیر است:

مرحله اول – دریافت انرژی باد

وقتی باد با سرعت کافی (معمولاً حداقل ۳ تا ۴ متر بر ثانیه) می وزد، به پره های توربین برخورد می کند. شکل آیرودینامیکی پره ها باعث ایجاد نیرویی می شود که پره ها را به حرکت درمی آورد.

مرحله دوم – چرخش پره ها

پره ها شروع به چرخش می کنند و این حرکت چرخشی به محور روتور منتقل می شود. سرعت چرخش پره ها بسته به سرعت باد متغیر است اما معمولاً بین ۱۵ تا ۳۰ دور در دقیقه است.

مرحله سوم – افزایش سرعت چرخش

محور روتور به گیربکس متصل است که سرعت چرخش آهسته پره ها را به سرعت بالاتری تبدیل می کند. این افزایش سرعت ضروری است زیرا ژنراتور برای تولید برق با بازده مناسب نیاز به سرعت دورانی بالا دارد.

مرحله چهارم – تولید برق

محور سریع الدوران به ژنراتور متصل است. ژنراتور با استفاده از اصول القای الکترومغناطیسی، حرکت چرخشی را به جریان الکتریکی تبدیل می کند. این برق معمولاً به صورت جریان متناوب تولید می شود.

مرحله پنجم – انتقال برق

برق تولید شده از طریق کابل هایی که در داخل برج توربین قرار دارند، به پایین منتقل می شود. سپس از طریق ترانسفورماتورها ولتاژ آن افزایش یافته و به شبکه برق سراسری متصل می گردد تا به مصرف کنندگان برسد.

تولید برق از طریق باد یک فرایند مداوم است که تا زمانی که سرعت باد در محدوده مناسب باشد، ادامه می یابد. توربین های مدرن مجهز به سیستم های هوشمند هستند که به طور خودکار جهت پره ها را برای بهره برداری بهینه از باد تنظیم می کنند.

مزایا استفاده از انرژی باد برای تولید برق

استفاده از انرژی باد برای تولید برق مزایای متعددی دارد:

پاک و بدون آلودگی: تولید برق از انرژی بادی هیچ گاز گلخانه ای یا آلاینده منتشر نمی کند. برخلاف نیروگاه های فسیلی، این روش به آلودگی هوا، آب یا خاک کمک نمی کند.

تجدیدپذیر و پایدار: باد یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که هرگز تمام نمی شود. تا زمانی که خورشید می تابد و جو زمین وجود دارد، باد نیز وجود خواهد داشت.

مقرون به صرفه: هزینه تولید برق از باد در مقایسه با بسیاری از منابع دیگر کمتر است. پس از نصب اولیه، هزینه سوخت صفر است زیرا باد رایگان در دسترس است. بر اساس برخی تحقیقات، برق تولیدی از باد به ازای هر کیلووات ساعت تقریباً نصف قیمت برق اتمی است.

بازگشت سریع انرژی: یک توربین بادی در عرض ۳ تا ۶ ماه، تمام انرژی صرف شده در طول عمر خود (از ساخت تا بازیابی) را تولید و جبران می کند.

ایجاد فرصت های شغلی: صنعت انرژی بادی نیاز به نیروی انسانی متخصص برای طراحی، ساخت، نصب و نگهداری دارد که باعث ایجاد مشاغل می شود.

قابلیت نصب در مناطق مختلف: توربین های بادی را می توان هم در خشکی (مزارع بادی) و هم در دریا (توربین های دریایی) نصب کرد. همچنین در مناطق دورافتاده و روستایی که دسترسی به شبکه برق دشوار است، می توان از آن ها استفاده کرد.

بهره برداری از زمین: در مزارع بادی، فضای بین توربین ها می تواند برای کشاورزی یا دامداری استفاده شود، بنابراین زمین به طور کامل از دسترس خارج نمی شود.

معایب استفاده از انرژی باد برای تولید برق

با وجود مزایای فراوان، آیا از انرژی باد برای تولید برق استفاده می شود بدون چالش است؟ خیر، این روش معایبی نیز دارد:

ناپایداری تولید: سرعت باد همیشه ثابت نیست و در طول روز و فصل های مختلف تغییر می کند. این موضوع باعث می شود تولید برق قابل پیش بینی دقیق نباشد. تأسیساتی که از برق بادی استفاده می کنند باید از ژنراتورهای پشتیبان یا سیستم های ذخیره سازی انرژی برای مواقعی که تولید پایین است، بهره ببرند.

هزینه اولیه بالا: نصب توربین های بادی، به ویژه نمونه های دریایی، نیاز به سرمایه گذاری اولیه قابل توجهی دارد. هزینه برج های بلند، پره های بزرگ، ژنراتورها و زیرساخت های انتقال برق می تواند بالا باشد.

محدودیت مکانی: همه مناطق برای نصب توربین بادی مناسب نیستند. تولید برق با استفاده از انرژی باد نیاز به مناطقی دارد که سرعت باد به طور میانگین بالای ۵ متر بر ثانیه باشد. ارزیابی پتانسیل بادی یک منطقه نیاز به مطالعات طولانی مدت دارد.

تأثیر بر حیات وحش: پره های در حال چرخش توربین ها می توانند برای پرندگان و خفاش ها خطرناک باشند. گزارش هایی از تصادم پرندگان با پره ها وجود دارد که نگرانی های زیست محیطی ایجاد کرده است.

آلودگی صوتی و بصری: توربین های بادی به ویژه در نزدیکی مناطق مسکونی ممکن است صدای ناخوشایندی تولید کنند. همچنین برخی افراد حضور توربین های بلند را از نظر بصری ناخوشایند می دانند.

نیاز به سیستم های پشتیبان: به دلیل ماهیت متغیر باد، سیستم های تولید برق نیاز به منابع پشتیبان دارند تا در زمان های کم بادی، تأمین برق متوقف نشود.

هزینه نگهداری: اگرچه هزینه سوخت ندارد، اما توربین های بادی نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارند. تعویض قطعات فرسوده، روانکاری و بازرسی های دوره ای هزینه برند، به ویژه برای توربین های دریایی که دسترسی به آن ها دشوارتر است.

جمع بندی

از انرژی باد چگونه برق تولید می شود؟ پاسخ این سؤال در فرآیند ساده ای خلاصه می شود: باد به پره های توربین برخورد کرده، آن ها را به چرخش درمی آورد، این حرکت چرخشی از طریق گیربکس به ژنراتور منتقل شده و سرانجام برق تولید می گردد.

تولید برق از انرژی بادی یکی از بهترین راهکارها برای تامین انرژی پاک و پایدار است. با وجود چالش هایی مانند ناپایداری تولید و هزینه های اولیه، مزایای انکارناپذیر آن شامل پاکیزگی، تجدیدپذیری و مقرون به صرفه بودن، باعث شده که بسیاری از کشورها به سمت گسترش این فناوری حرکت کنند.

سوالات متداول