توربین های بادی چگونه کار می‌ کنند؟

wind turbines

تاریخ انتشار:

1400/12/18

عملکرد توربین های بادی چگونه است؟

توربین‌ های بادی ابزارهایی برای استفاده از انرژی باد هستند. انسان‌ها از دیرباز تاکنون از جریان باد یا انرژی حرکتی برای اهداف بسیاری مانند: قایقرانی، پرواز بادبادک و تولید برق استفاده کرده‌اند. اصطلاحات «انرژی باد» و «نیروی باد» هر دو فرآیندی را توصیف می‌کنند که طی آن از باد برای تولید انرژی مکانیکی یا انرژی برق استفاده می‌شود. از این انرژی مکانیکی(باد) می‌توان برای کارهای خاص (مانند آسیاب گندم یا پمپاژ آب) استفاده کرد. علاوه بر آن با استفاده از یک ژنراتور می‌توان این انرژی مکانیکی را به انرژی برق تبدیل کرد.

شاید باور نکنید اما باد نیز، شکلی از انرژی خورشیدی است که توسط ترکیبی از سه رویداد همزمان ایجاد می‌شود! این سه رویداد عبارتند از:

گرم شدن ناهموار جو توسط خورشید، بی نظمی سطح زمین و چرخش زمین

الگوهای جریان و سرعت باد در سراسر سطح زمین بسیار متفاوت است و توسط توده‌های آبی، پوشش گیاهی و تفاوت در سطح زمین تغییر می‌کنند. 

wind turbines

نحوه کار توربین های بادی

توربین‌ های بادی به جای استفاده از انرژی برق برای تولید باد (مانند کاری که یک فن انجام می‌دهد) از انرژی باد برای تولید برق استفاده می‌کنند. باد پره‌های پروانه را به دور روتور می‌چرخاند. سپس، چرخش روتور منجر به چرخاندن ژنراتور و در نهایت تولید برق می‌شود.

یک توربین بادی انرژی باد را با استفاده از نیروی آیرودینامیکی پره‌های روتور که مانند بال هواپیما یا تیغه روتور هلیکوپتر عمل می‌کنند به الکتریسیته تبدیل می‌کند. هنگامی‌ که باد در سراسر تیغه جریان دارد، فشار هوا در یک طرف تیغه کاهش می‌یابد. اختلاف فشار هوا در دو طرف تیغه هم باعث بالارفتن یک تیغه(نیروی بالابر) و پایین رفتن تیغه دیگر(نیروی درگ) می‌شود. نیروی بالابر قوی تر از درگ است و این باعث چرخش روتور می‌شود. روتور مستقیماً (اگر یک توربین محرک مستقیم باشد) یا از طریق یک شفت و یک سری چرخ دنده (گیربکس) به ژنراتور متصل می‌شود. ژنراتور به افزایش سرعت چرخش روتور کمک می‌کند. در نهایت این تبدیل نیروی آیرودینامیکی به چرخش ژنراتور باعث ایجاد انرژی برق می‌شود.

انواع توربین های بادی

اکثر توربین های بادی به دو نوع اصلی تقسیم شوند:

توربین‌های بادی محور افقی

توربین های بادی محور افقی همان چیزی هستند که بسیاری از مردم هنگام فکر کردن به توربین های بادی در ذهن خود تصور کنند.

معمولاً، آنها سه پره دارند و “در جهت باد” عمل می‌کنند، به طوری که توربین در بالای برج می‌چرخد ​​تا پره‌ها به سمت باد قرار گیرند.

توربین های بادی محور عمودی

توربین های بادی محور عمودی در انواع مختلفی از جمله مدل Darrieus به سبک تخم مرغ کوب که به نام مخترع فرانسوی آن نامگذاری شده است، وجود دارد.

این توربین‌ها همه جهته هستند، به این معنی که برای کار کردن، به تنظیم شدت و قرار گرفتن به سمت باد ندارند.

توربین‌های بادی را می‌توان در خشکی یا حجم‌های بزرگ آبی مانند اقیانوس‌ها و دریاچه‌ها ساخت. وزارت انرژی ایالات متحده در حال حاضر پروژه‌هایی را برای تسهیل استقرار توربین‌ های بادی فراساحلی در آب‌های ایالات متحده در دست اجرا دارد.

توربین های بادی مدرن را می‌توان بر اساس محل نصب و نحوه اتصال آن‌ها به شبکه دسته بندی کرد:

باد مستقر در زمین

اندازه توربین های بادی زمینی از 100 کیلووات تا چند مگاوات متغیر است.

توربین‌های بادی بزرگ‌تر، مقرون به صرفه‌تر هستند و با هم در نیروگاه‌های بادی دسته‌بندی می‌شوند که نیروی عمده‌ای را برای شبکه برق تامین می‌کنند.

باد فراساحلی

توربین های بادی فراساحلی معمولاً عظیم و بلندتر از مجسمه آزادی هستند. حمل و نقل این توربین‌ها با تاسیسات بادی مستقر در زمین بسیار متفاوت است و چالش‌های خاص خود را دارد. به علت اندازه بزرگ اجزای  توربین، می‌توان به جای حمل و نقل جاده‌ای با استفاده از کشتی‌ آن‌ها را حمل کرد.

این توربین‌ها بادهای قدرتمند اقیانوس را جذب کرده و مقادیر زیادی انرژی تولید می‌کنند.

باد توزیع شده

هنگامی که توربین های بادی با هر اندازه ای در نزدیکی مصرف‌کننده برق، یا در محل یا نزدیک محلی که انرژی تولید شده در آن استفاده شود نصب شوند، به آن‌ها “باد توزیع شده” گفته می‌شود.

بسیاری از توربین‌های مورد استفاده در کاربردهای پراکنده، توربین های بادی کوچک هستند. توربین‌های بادی کوچک منفرد – زیر 100 کیلووات – معمولاً برای کاربردهای مسکونی، کشاورزی و تجاری و صنعتی کوچک استفاده می‌شوند.

از توربین‌های بادی کوچک می‌توان در سیستم‌های انرژی هیبریدی با سایر منابع انرژی توزیع‌شده، مانند ریزشبکه‌هایی که توسط ژنراتورهای دیزلی، باتری‌ها و فتوولتائیک‌ها تغذیه می‌شوند، استفاده کرد.

این سیستم‌ها سیستم‌های باد هیبریدی نامیده می‌شوند و معمولاً در مکان‌های دورافتاده و خارج از شبکه (جایی که اتصال به شبکه برق در دسترس نیست) استفاده می‌شوند و در کاربردهای متصل به شبکه برای انعطاف‌پذیری بیشتر به کار می‌روند.

منبع: energy.gov

About the Author

0 0 رای ها
Article Rating
اشتراک در
اطلاع از
guest
0 Comments
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها

You may also like these