انرژی باد چگونه کار میکند؟
اساس انرژی باد در مهار انرژی باد از طریق یک توربین بادی، نسخه مدرن آسیابهای بادی قدیمی، نهفته است.
هنگامی که باد با شدت کافی میوزد، نیروی آن پرههایی را حرکت میدهد که یک روتور را فعال میکنند
که درون یک ساختار محفظهای به نام ناسل قرار دارد.
حرکت روتور سپس به یک گیربکس منتقل میشود که چرخش آن را تسریع میکند و آن را به آلترناتور منتقل میکند، که وظیفه تبدیل انرژی مکانیکی به برق را بر عهده دارد. در طول کل فرآیند، یک سیستم کنترل، تمام اجزای ناسل را بررسی میکند و از عملکرد روان عملیات اطمینان حاصل میکند.
هنگامی که جریان الکتریکی تولید میشود، از طریق یک کابل برق به یک ترانسفورماتور منتقل میشود که تمام انرژی تولید شده از هر توربین جداگانه مزرعه بادی را جمعآوری کرده و متعاقباً به شبکه برق ارسال میکند.
توربین بادی چیست؟
توربین بادی، یا ژنراتور بادی یا مولد توربین بادی، دستگاهی است که انرژی جنبشی باد (یک منبع طبیعی و تجدیدپذیر) را به برق تبدیل میکند.
در حالی که یک ونتیلاتور یا پنکه از برق برای تولید باد استفاده میکند، یک توربین بادی برعکس عمل میکند: باد را برای تولید برق مهار میکند.
و هرچه توربین بلندتر باشد، باد قویتر است، زیرا موانع کمتری در مسیر آن وجود دارد.
پرههای توربین، که مانند پروانههای هواپیما یا هلیکوپتر هستند، از نیروی آیرودینامیکی باد برای چرخاندن روتور استفاده میکنند که یک ژنراتور را میچرخاند. این فرآیند برق تولید میکند که معمولاً به شبکه برق تزریق میشود.
توربینهای بادی که برق را به شبکه برق منتقل میکنند، یا در خشکی (ساحلی) یا در دریا (فراساحلی) مستقر هستند.
مجموعه توربینهای بادی به عنوان مزارع بادی شناخته میشوند.
در سال 2022، انرژی باد 7.33٪ از تولید برق در سراسر جهان را تشکیل میداد.
این رقم هر ساله در حال افزایش است.
محبوبیت روزافزون انرژی باد به این دلیل است که برخلاف برق تولید شده از سوختهای فسیلی، آلودگی ایجاد نمیکند.
انواع توربین بادی
دو نوع اساسی توربین بادی وجود دارد: محور افقی و محور عمودی.
۱. توربینهای بادی محور افقی
توربینهای بادی محور افقی (HAWT) رایجترین و کارآمدترین نوع توربین بادی هستند.
آنها معمولاً سه پره دارند و در جهت باد کار میکنند، به این معنی که پرهها رو به باد هستند. این به این دلیل است که سر HAWT به لطف سیستم انحراف میتواند بچرخد. (به نحوه کار توربین بادی مراجعه کنید)
اجزای اصلی (مانند ژنراتور) در بالای توربین قرار دارند.
۲. توربینهای بادی محور عمودی
همانطور که از نامشان پیداست، توربینهای بادی محور عمودی (VAWT) دارای یک شفت روتور عمودی هستند و ظاهر آنها با HAWT سنتی بسیار متفاوت است. توربینهای بادی عمودی (VAWT) همه جهته هستند و بنابراین نیازی به تنظیم جهت باد ندارند: این ویژگی میتواند در مکانهایی که جهت باد بسیار متغیر است، یک مزیت محسوب شود. با این حال، آنها نسبتاً نادر هستند زیرا از نظر مقاومت هوا کارایی کمتری دارند. اجزای اصلی در پایه توربین قرار دارند.
اجزای اصلی توربین بادی چیست؟
فونداسیون
این یک بلوک سازهای بزرگ و سنگین بتنی در زمین است که کل توربین و نیروهای وارد بر آن را پشتیبانی میکند. در توربینهای فراساحلی، فونداسیون در زیر آب قرار دارد.
برج
این برج معمولاً از فولاد ساخته میشود، اگرچه چوب (که عموماً برای محیط زیست کمتر مضر تلقی میشود) نیز میتواند مورد استفاده قرار گیرد. برج معمولاً سه بخش دارد و در محل مونتاژ میشود. ارتفاع آن متفاوت است، اما عموماً برابر با قطر دایرهای است که پرهها هنگام چرخش ایجاد میکنند. برج همچنین شامل کابلهای برق است که ناسل را به ترانسفورماتور روی زمین متصل میکند.
ناسل
ناسل در بالای برج قرار دارد و میتواند بسته به جهت باد، 360 درجه حول محور خود بچرخد. نام آن از بخشی از بال هواپیما که موتورهای جت را در خود جای داده است، گرفته شده است. این قسمت عناصر مکانیکی کلیدی: جعبه دنده و ژنراتور را در خود جای داده است.
روتور و هاب
روتورهایی با دو پره ارزانتر و سریعتر از روتورهای سه پره هستند، اما آنها همچنین پر سر و صداتر هستند و میلرزند. همانند پروانههای هواپیما، هاب، دماغهای است که به سمت جلو و در مرکز قرار دارد: پرهها به آن متصل هستند و به نوبه خود به قطعات مکانیکی در محفظه احتراق که در پشت آن قرار دارد، متصل است.
پرهها
این پرهها در بالای توربین قرار دارند. طول متوسط آنها ۱۷۰ فوت (۵۲ متر) است. باد باعث میشود که فشار هوا در یک طرف پره کاهش یابد و اختلاف آن با طرف دیگر، نیروی بالابر و نیروی پسا ایجاد میکند: وقتی نیروی بالابر قویتر از نیروی پسا باشد، روتور میچرخد.
آسیابهای بادی چگونه ساخته میشوند؟
فرآیند ساخت پیچیده است و نیاز به هماهنگی و دقت دارد. اجزای مختلف تولید و سپس به محل مورد نظر منتقل میشوند. ابتدا، برج باید مونتاژ شود، پس از آن محفظه احتراق و محتویات آن روی آن قرار میگیرد و سپس پرهها نصب میشوند. در نهایت، جعبه ابزار و سیستم برق نصب میشوند.
یک توربین بادی چگونه کار میکند؟
فرآیند کار بسیار ساده است. روتور توسط باد فعال میشود. چرخش آن به یک شفت ورودی منتقل میشود که یک ژنراتور الکتریکی را تغذیه میکند. این سیستم که به اصطلاح yaw نامیده میشود، امکان قرارگیری ناسل را بر اساس جهت باد فراهم میکند. روتور فقط زمانی شروع به کار میکند که سرعت باد بیشتر از 10 کیلومتر در ساعت باشد، در حالی که توربین بادی به دلایل ایمنی در سرعتهای بالای 90 کیلومتر در ساعت خاموش میشود.
اساساً، انرژی جنبشی باد توسط روتور به انرژی مکانیکی تبدیل میشود. یک جعبه دنده، چرخشهای آهسته پرهها (بین 18 تا 25 در دقیقه) را به چرخشهای سریعتر (تا 1800 در دقیقه) تبدیل میکند که میتواند ژنراتور الکتریکی را تغذیه کند. ژنراتور الکتریکی، انرژی مکانیکی را به برق تبدیل میکند. یک ترانسفورماتور، برق را از یک مدار به مدار دیگر (در این مورد شبکه برق) منتقل میکند و ویژگیهای آن را تغییر میدهد. سیستمهای کنترل مختلفی روی ناسل قرار دارند تا به طور مداوم پارامترهای عملیاتی توربین بادی را رصد کنند و در نتیجه انرژی تجدیدپذیر را به طور ایمن تولید کرده و راندمان مزرعه بادی را به حداکثر برسانند.
