انرژی بادی و طراحی و ساخت نیروگاه بادی

دسته بندي : فنی و مهندسی » مکانیک
فهرست

تاریخچه. 6
انرژی بادی.. 7
مزایای انرژی بادی.. 8
ناکارآمدیهای انرژی بادی.. 9
توان پتانسیل توربین.. 9
توزیع سرعت باد. 10
ضریب ظرفیت... 10
محدودیت‌های ادواری و نفوذ. 11
پیش‌بینی پذیری.. 11
جاگذاری توربین.. 12
بهره‌برداری از برق بادی.. 12
انواع کاربردتوربین‌های بادی.. 14
کاربرد غیر نیروگاهی.. 14
کاربرد نیروگاهی.. 15
آثار زیست محیطی.. 16
تاثیرات بوم شناختی.. 16
استفاده از زمین.. 17
آثار بر روی حیات وحش.... 17
نیروگاه بادی در آسمان.. 18
بزرگترین توربین بادی جهان.. 18
انرژی بادی در ایران.. 18
عوامل مهم در انتخاب محل استقرار توربین‌های بادی.. 19
بخش‌بندی.. 20
شرایط راه اندازی و تولید. 21
پره‌ها 21
پیچ کنترل.. 22
مسائل اقتصادی ماشینهای بادی.. 27
کلیاتی درباره انرژی باد. 43
تاریخچه استفاده از انرژی باد : 45
منشاء باد : 46
توزیع جهانی باد : 47
اندازه گیری پتانسیل انرژی باد. 48
قدرت باد : 49
مزایای بهره برداری از انرژی باد. 50
آینده انرژی باد در ایران : 50
پتانسیل سنجی سطحی انرژی باد. 51
بادسنجها و انواع آنها 53
پتانسیل باد درایران: 54
نقشه ها و اطلس های موجود باد: 56
انواع کاربرد توربینهای بادی.. 59
انرژی باد و محیط زیست... 62
توربین های بادی.. 66
مکانیزم پیدایش باد و انواع کاربردهای انرژی بادی.. 77
انواع توربینهای بادی.. 89
توربینهای محور افقی.. 90
توربینهای محور عمودی.. 91
توربین بادی بدون پره. 99
فواید و مضرات انرژی بادی.. 100
مکانیزم پیدایش باد و انواع کاربردهای انرژی بادی.. 104
کاربردهای توربین بادی.. 105
انواع توربینهای بادی.. 111
توربینهای محور افقی.. 112
توربینهای محور عمودی.. 112
انواع روتورهای Darrieus. 114
چرخش توربینهای بادی برپایه نیروی درگ... 115
اجزاء اصلی توربینهای بادی محور افقی.. 116
اجزای توربین بادی.. 119
داخل توربین بادی به چه صورت می باشد؟. 120
آسیاب بادی.. 124
ظهور آسیاب بادی در اروپا 124
مقایسه نیروی باد و نیروی آب.. 125
انواع توربین‌های بادی.. 125
سه نوع اصلی توربین بادی.. 125
توربین بادی با محور افقی.. 125
توربین‌های بادی امروزی.. 125
توربین بادی با محور عمودی.. 126
توربینهای بادی چگونه کار می‌کنند؟. 126
طراحی و ساخت توربین‌های بادی.. 127
اجزای مختلف یک توربین بادی مدرن با محور افقی.. 127
توربین عمودی.. 129
مزایا توربین‌های عمودی: 129
معایب توربین‌های عمودی: 129
توربین افقی.. 130
مزایای توربین افقی.. 130
توربین‌های بادی در ایران.. 131
توربین‌های بادی کوچک... 131
بیشترین توان.. 131
بزرگ‌ترین مساحت جاروب‌شده. 131
مزارع بادی و محیط زیست... 132
مرکز تجارت جهانی بحرین.. 132
برج فانوس دریایی دبی.. 134
برج رودخانه پرل در چین.. 134
انواع توربینهای بادی.. 135
ساختار توربین های بادی.. 138
توربينهاي بادي مدرن به دو شاخه اصلي مي‌شوند. 143
منابع.. 146

تاریخچه

قدیمی‌ترین روش استفاده از انرژی باد، به ایران باستان باز می‌گردد. برای نخستین بار، ایرانیان موفق شدند با استفاده از نیروی باد، دلو (دولاب) یا چرخ چاه را به گردش درآورده و از چاه‌های آب خود، آب را به سطح مزارع برسانند. احتمالاً نخستین ماشین بادی توسط ایرانیان باستان ساخته شده است و یونانیان برای خرد کردن دانه‌ها و مصریها، رومی‌ها و چینی‌ها برای قایقرانی و آبیاری از انرژی باد استفاده کرده‌اند.

در قرن ۱۳ این فناوری توسط سربازان صلیبی به اروپا برده شد و هلندیها فعالیت زیادی در توسعه دستگاههای بادی داشتند، بطوری که در اواسط قرن نوزدهم در حدوود ۹ هزاز ماشین بادی به منظورهای گوناگون مورد استفاده قرار می‌گرفته است. در زمان انقلاب صنعتی در اروپا استقاده از ماشینهای بادی رو به کاهش گذاشت. استفاده از انرژی باد در ایالات متحده از سال ۱۸۵۴ شروع شد. از این ماشینها بیشتر برای بالا کشیدن آب از چاههای آب و بعدها برای تولید الکتریسیته استفاده شد. بزرگترین ماشین بادی در زمان جنگ جهانی دوم توسط آمریکائیها ساخته شد.

در شوروی سابق در سال ۱۹۳۱ ماشینی بادی با محور افقی بکار انداختند که انتظار می‌رفت ۱۰۰ کیلو وات برق به شبکه بدهد. ارتفاع برج ۲۳ متر و قطر پره‌ها ۳۰٫۵ متر بود.

در ایران با توجه به وجود مناطق بادخیز طراحی و ساخت آسیابهای بادی از ۲۰۰ سال پیش از میلاد مسیح رایج بوده و هم اکنون نیز بستر مناسبی جهت گسترش بهره‌برداری از توربینهای بادی فراهم می‌باشد. مطالعات و محاسبات انجام شده در زمینه تخمین پتانسیل انرژی باددر ایران نشان داده‌اند که تنها در ۲۶ منطقه از کشور (شامل بیش از ۴۵ سایت مناسب) میزان ظرفیت اسمی سایتها، با در نظر گرفتن یک راندمان کلی ۳۳٪، در حدود ۶٫۵۰۰ مگاوات می‌باشد. و این در شرایطی است که ظرفیت اسمی کل نیروگاه‌های برق کشور در حال حاضر حدود 74٫۰۰۰ مگاوات می‌باشد( تا سال 1394).

در سال ۲۰۰۴ میلادی تنها ۲۵ مگاوات از ۳۳٫۰۰۰ مگاوات برق تولید شده در ایران با استفاده از انرژی بادی تولید شده بود. در سال ۲۰۰۶ میلادی سهم برق تولید شده در ایران با استفاده از انرژی بادی ۴۵ مگاوات بود (رتبه سی ام در دنیا) که به نسبت سال ۲۰۰۵ رشد چهل درصدی را نشان می‌داد. در سال ۲۰۰۸ میلادی نیروگاه بادی منجیل (در استان گیلان) و بینالود (در استان خراسان رضوی)، ظرفیت ۸۲ مگاوات برق را داشته‌اند. ظرفیت برق بادی در ایران در سال ۲۰۰۹ میلادی ۱۳۰ مگاوات ساعت بوده‌است.

ایران عضو مجمع جهانی انرژی بادی می‌باشد. ایران مبالغ زیادی را در زمینه انرژی تجدیدپذیر برق بادی، سرمایه‌گذاری کرده است. میزان یارانه‌های تخصیصی در بخش برق فسیلی حدود ۷٫۳ میلیارد یورو است که مانعی جدی بر سر راه توسعه انرژی‌های تجدید پذیر به شمار می‌رود. علی‌رغم وجود یارانه‌ها، میزان ظرفیت نصب شده برق بادی تا اوایل سال ۱۳۸۷ بالغ بر ۱۲۸ مگاوات بوده است، که تولید ۳۰۷ گیگاوات ساعت برق را طی دوره ۱۳۷۳-۸۴ را به همراه داشته است. این میزان برق تولیدی سبب صرفه جویی ۴۲۵ هزار بشکه معادل نفت در بخش نیروگاهی ایران شده و در جای خود موجب کاهش یک میلیون تن انواع آلاینده‌های زیست محیطی در فاصله ۱۳۷۳-۱۳۸۴ شده است. با استفاده از اطلاعات واقعی ماهیانه بادر در استان‌های کشور و با بهره‌گیری ازمعادله چگالی وایبول، پتانسیل قابل استفاده باد در استان‌ها محاسبه شده و در نهایت کل پتانسیل برق بادی به میزان ۳٫۶ گیگاوات تخمین زده شده است. البته محاسبات دیگر تا حد ۶ گیگاوات ظرفیت را برآورد کرده‌اند. بر اساس سیاست‌های فعلی انرژی کشور، ارزش حال خالص و نرخ بازده داخلی پروژه‌های باد در سه استان گیلان، سیستان و بلوچستان و خراسان جنوبی محاسبه شده است، که تایید کننده این واقعیت است که پروژه‌های برق بادی در این سه استان از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند. نتایج نشان می‌دهد که با حذف یارانه‌های انرژی پتانسیل فسیلی به همراه یک روش بازار محور، می‌توان ظرفیت انرژی بادی را به ۳٫۶ تا ۶ گیگاوات افزایش داد. این ظرفیت نصب شده می‌تواند سبب صرفه‌جویی حدود ۴۷ تا ۸۴ میلیون بشکه معادل نفت ۱۲۷۰۰۰ تا ۲۳۰۰۰۰ بشکه در روز در بخش نیروگاهی ایران شود.

انرژی بادی

توان بادی Wind power تبدیل انرژی باد به نوعی مفید از انرژی مانند انرژی الکتریکی (با استفاده از توربین‌های بادی)، انرژی مکانیکی (مثلاً در آسیاب‌های بادی یا پمپ‌های بادی) و یا پیش‌رانش قایق‌ها و کشتی‌ها (مثلاً در قایق‌های بادبانی) است. در آسیاب‌های بادی از انرژی باد مستقیماً برای خرد کردن دانه‌ها و یا پمپ کردن آب استفاده می‌شود.

در پایان سال ۲۰۱۰، میزان ظرفیت نامی تولید برق بادی در سراسر جهان برابر ۱۹۷ گیگاوات بود.[۱] امروزه توان بادی در دنیا ظرفیت تولید سالانه ۴۳۰ تراوات ساعت انرژی الکتریکی را دارد که این میزان، ۲٫۵٪ مصرف برق دنیاست. در ۵ سال گذشته، رشد متوسط سالانه در توان بادی دنیا ۲۷٫۶٪ بوده و انتظار می‌رود که سهم باد در تولید انرژی الکتریکی دنیا تا سال ۲۰۱۳ به ۳٫۳۵٪ و تا سال ۲۰۱۸ به ۸٪ برسد.

کشورهای دانمارک با ۲۱٪ پرتغال با ۱۸٪ اسپانیا با ۱۶٪ ایرلند با ۱۴٪ و آلمان با ۹٪از نظر درصد تولید برق بادی از کل تولید انرژی الکتریکی در جایگاه‌های نخست قرار دارند. در سال ۲۰۱۱، ۸۳ کشور در دنیا از توان بادی برای تولید برق استفاده کرده‌اند.

انرژی بادی در مقادیر زیاد در مزارع بادی تولید و به شبکه الکتریکی متصل می‌شود. از توربین‌ها در تعداد کم معمولاً فقط برای تامین برق در مناطق دور افتاده استفاده می‌شود.

باد یکی از شاخصه‌های اصلی انرژی خورشیدی و هوای متحرک است و جزء کوچکی از خورشید که از تابش خورشید که از خارج به اتمسفر می‌رسد به انرژی بادتبدیل می‌شود.

اما از جمله دلایل تمایل کشورها برای افزایش ظرفیت تولید برق بادی مزایا بسیار زیاد این روش تولید انرژی الکتریکی است چراکه انرژی بادی فراوان،تجدیدپذیر و پاک است، در همه جای دنیا وجود دارد و همچنین در مقایسه با استفاده از انرژی سوخت‌های فسیلی میزان کمتری گاز گلخانه‌ای منتشر می‌کند.

منشا باد یک موضوع پیچیده‌است. از آنجاییکه زمین بطور نامساوی به وسیله نور خورشید گرم می‌شود بنابراین در قطب‌ها انرژی گرمایی کمتری نسبت بهمناطق استوایی وجود دارد همچنین درخشکی‌ها تغییرات دما با سرعت بیشتری انجام می‌پذیرد و بنابراین خشکی‌ها زمین نسبت به دریاها زودتر گرم و زودتر سرد می‌شوند. این تفاوت دمای جهانی موجب به وجود آمدن یک سیستم جهانی تبادل حرارتی خواهد شد که از سطح زمین تا هوا کره، که مانند یک سقف مصنوعی عمل می‌کند، ادامه دارد. بیشتر انرژی که در حرکت باد وجود دارد را می‌توان در سطوح بالای جو پیدا کرد جایی که سرعت مداوم باد به بیش از ۱۶۰ کیلومتر در ساعت می‌رسد و سرانجام باد انرژی خود را در اثر اصطکاک با سطح زمین و جو از دست می‌دهد.

یک برآورد کلی اینگونه می‌گوید که ۷۲ تراوات (TW) انرژی باد بر روی زمین وجود دارد که پتانسیل تبدیل به انرژی الکتریکی را دارد و این مقدار قابل ترقی نیز هست.

مزایای انرژی بادی