پایان نامه بهره گیری از انرژی های تجدیدپذیر (احداث نیروگاه های بادی)
مقدمه
بمنظور شناخت دقيق محدوديتها، موانع وامكانات موجود در جهت استفاده از منابع انرژي دركشور، ضروري است. ميزان بهرهبرداري از پتانسيل هاي موجود انرژي و روند تحولات حامل هاي انرژيهاي تجديدپذير در كشور نيز به روش علمي و دقيق محاسبه و ارزيابي گردد.
كشور ايران از لحاظ منابع مختلف انرژي يكي از غنيترين كشورهاي جهان محسوب ميگردد، چرا كه از يك داراي منابع گسترده سوخت هاي فسيلي و تجديدناپذير نظير نفت و گاز است و از سوي ديگر داراي پتانسيل فراوان انرژي هاي تجديدپذير از جمله باد ميباشد.
با توسعه نگرشهاي زيست محيطي و راهبردهاي صرفهجويانه در بهره برداري از منابع انرژيهاي تجديدناپذير ، استفاده از انرژي باد در مقايسه با ساير منابع انرژي مطرح در بسياري از كشورهاي جهان رو به فزوني گذاشته است. استفاده از تكنولوژي توربينهاي بادي به دلايل زير ميتواند يك انتخاب مناسب در مقايسه با ساير منابع انرژي تجديدپذير باشد.
- قيمت پايين توربين هاي برق بادي در مقايسه با ديگر صور انرژي هاي نو
- كمك در جهت ايجاد اشتغال در كشور
عدم آلودگي محيط زيست دركشورهاي پيشرفته نظير آلمان، دانمارك ، آمريكا، اسپانيا و بسياري كشورهاي ديگر،توربين هاي بادي بزرگ و كوچك ساخته شده است و برنامههايي نيز جهت ادامه پژوهش ها و استفاده بيشتر از انرژي باد جهت توليد برق واحدهايي با توان چند مگاواتي مورد مطالعه ميباشد.
در ايران نيز با توجه به وجود مناطق بادخيز طراحي و ساخت آسياب هاي بادي از 2000 پيش از ميلاد مسيح رايج بوده وهم اكنون نيز بستر مناسبي جهت گسترش بهرهبرداري از توربينهاي بادي فراهم ميباشد. مولدهاي برق بادي ميتواند جايگزين مناسبي براي نيروگاه هاي گازي و بخاري باشند. مطالعات و محاسبات انجام شده در زمينه تخمين پتانسيل انرژي باد در ايران نشان دادهاند كه تنها در 26 منطقه از كشور (شامل بيش از 45 سايت مناسب) ميزان ظرفيت اسمي سايتها، با درنظرگرفتن يك راندمان كلي33% درحدود6500 مگاوات ميباشد و اين در شرايطي است كه ظرفيت اسمي كل نيروگاه هاي برق كشور، (در حال حاضر) 34000 مگاوات ميباشد. در توربينهاي بادي، انرژي جنبشي باد به انرژي مكانيكي و سپس به انرژي الكتريكي تبديل ميگردد.
استفاده فني از انرژي باد وقتي ممكن است كه متوسط سرعت باد در محدوده 5/ الي 25/ باشد پتانسيل قابل بهرهبرداري انرژي باد در جهان 100 اگاژول برآورد گرديده است كه از اين مقدار 40 مگاوات ظرفيت نصب شده تا اواخر سال 2003 ميلادي (1382 ه.ش) در جهان ميباشد.
از مزاياي استفاده از اين انرژي عدم نياز توربين بادي به سوخت، تامين بخشي از تقاضاهاي انرژي برق، كمتر بودن نسبي انرژي باد نسبت به انرژي فسيلي در بلندمدت، تنوع بخشيدن به منابع انرژي و ايجاد سيستم پايدار انرژي قدرت مانور زياد در بهرهبرداري (از چند وات تا چندين مگاوات) ، عدم نياز به آب و نداشتن آلودگي محيط زيست ميباشد. توربينهاي بادي كوچك جهت تامين برق جزيرههاي مصرف و يا مناطقي كه تامين برق شبكه سراسري برق مشكل ميباشد استفاده ميشود.
توربين هاي بادي متوسط
عموماً توليد اين توربينها بين 100250 كيلووات است. از اين توربينها جهت تامين مصارف مسكوني، تجاري، صنعتي و كشاورزي استفاده ميشود.
توربين هاي بادي بزرگ (مزارع بادي)
اين نوع توربينها معمولاًشامل چندتوربين بادي متمركز باتوان توليدي250كيلوات به بالا ميباشندكه به صورت متصل به شبكه و يا جدا از شبكه طراحي ميگردند.
انرژي باد چيست؟
انرژي باد، انرژي حاصل از هواي متحرك ميباشد. هنگاميكه تابش خورشيد بطور نامساوي به سطوح ناهموار زمين ميرسد سبب ايجاد تغييرات دما و فشار ميگردد و در اثر اين تغييرات باد بوجود مي آيد. همچنين اتمسفر كره زمين بدليل حركت وضعي زمين، گرما را از مناطق گرمسيري به مناطق قطبي انتقال ميدهد كه اين امر نيز باعث بوجود آمدن باد ميگردد.جريان اقيانوسي نيز بصورت مشابه عمل نموده و عامل 30% انتقال حرارت کل درجهان ميباشد.در مقياس جهاني اين جريانات اتمسفري بصورت يك عامل قوي جهت انتقال حرارت و گرما عمل مينمايند.دوران كره زمين نيز ميتواند در برقراري الگوهاي نيمه دائم جريانات سياره اي در اتمسفر، انرژي مضاعف ايجاد نمايد.
شکل1- یک توربین بادی
تاريخچه استفاده از انرژي باد
بشر از زمانهاي بسيار دور انرژي باد را به شيوه هاي مختلف بكار گرفته است. در قرن هفدهم ميلاد، مردم هلند طرح پايه آسيابهاي بادي را بهبود دادند. همين امر باعث شدتا اين كشور در زمره غنيترين و صنعتي ترين كشورهاي اروپا قرار گيرد.برخي ازكشورها آسيابهاي بادي را براي آسياب گندم و ذرت، پمپ كردن آب و قطع درختان استفاده كرده اند. در آغاز قرن بيستم اولين توربين هاي بادي سريع و مدرن ساخته شد. امروزه فعالترين كشورها در اين زمينه آلمان، ايتاليا، آمريكا، دانمارك و هند مي باشند.
برخی مزاياي استفاده از انرژي باد
- عدم نياز توربين هاي بادي به سوخت كه در نتيجه از ميزان مصرف سوخت هاي فسيلي مي كاهد.
- رايگان بودن انرژي باد
- كمتر بودن نسبي قيمت انرژي حاصل از باد در بلندمدت
- ايجاد اشتغال
- نداشتن آلودگي زيست محيطي
انرژي باد و توربين هاي بادي
بهره برداري از انرژي باد توسط توربينهاي بادي تفكر بسيار قديمي ميباشد. مثلاً سيستمهاي اوليه انرژي باد در چين باستان و خاور نزديك زمانهاي طولاني بكار گرفته ميشدند. يك دوره نيز در قرن پانزدهم كه فعاليتهاي اقتصادي در اروپاي غربي افزايش پيدا كرد از توربينهاي بادي جهت تأمين نيروي مكانيكي براي پمپاژ آب و آسياب غلات استفاده ميكردند. امروزه گستره فعاليتها وكاربرد توربينهاي بادي طيف وسيعي از صنايع را تحت پوشش قرار ميدهد مثلاً براي پمپاژ آب يا شارژ باتري از اين توربينها استفاده ميشود.
انواع توربين هاي بادي و مكانيسم كار آنها
توربين هاي بادي با محور چرخش عمودي
اين توربينها ازدو بخش اصلي تشكيل شده اند: يك ميله اصلي كه رو به باد قرار مي گيرد و ميله هاي عمودي ديگر كه عمود بر جهت باد كار گذاشته ميشوند. اين توربينها شامل قطعاتي با اشكال گوناگون بوده كه باد را در خود جمع كرده و باعث چرخش محور اصلي مي گردد. ساخت اين توربينها بسيار ساده بوده و همچنين بازده پايين نيز دارند. عمده ترين توربين هاي بادي محور عمودي عبارتند (ساوينيوس داريوس، صفحه اي و كاسه اي). در اين نوع توربينها دريك طرف توربين، باد بيشتر از طرف ديگر جذب مي شود و باعث ميگردد كه سيستم لنگر پيدا كرده و بچرخد. يكي از مزاياي اين سيستم وابسته نبودن آن به جهت وزش بادمي باشد.
شکل2- توربین بادی با محور چرخش عمودی
توربين هاي بادي با محور چرخش افقي
اين توربينها نسبت به مدل محور عمودي رايج تر بوده همچنين از لحاظ تكنولوژيك پيچيده تر وگرانتر نيز مي باشند. ساخت آنها مشكلتر از نوع محور عمودي بوده ولي راندمان بسيار بالايي دارند. در سرعتهاي پايين نيز توانايي توليد انرژي الكتريكي را داشته و توانايي تنظيم جهت در مسير وزش باد را نيز دارند. اين توربينها 3 يا در مواردي 2 پره ميباشند كه روي يك برج بلند نصب ميشوند. اين پره ها همواره درجهت وزش باد قرار مي گيرند.
شکل3- توربین بادی با محور چرخش افقی
مكانيسم كار توربين هاي بادي و اجزا آن
مراحل كار يك توربين كاملاً عكس مراحل كار پنكه مي باشد. در پنكه انرژي الكتريسيته به انرژي مكانيكي تبديل شده و باعث چرخيدن پره مي شود. درتوربين هاي بادي چرخش پره ها انرژي جنبشي باد رابه انرژي مكانيكي تبديل كرده، سپس الكتريسيته توليد ميگردد.باد به پره هابرخورد ميكند وآنها را ميچرخاند. چرخش پره ها باعث چرخش محور اصلي ميشود و اين محور به يك ژنراتور برق متصل ميباشد. چرخش اين ژنراتور، برق متناوب توليد مي نمايد.
انواع كاربرد توربين هاي بادي
کاربردهای غیر نیروگاهی
- تأمين آب آشاميدني حيوانات در مناطق دور افتاده
- آبياري در مقياس كم
- آبكشي از عمق كم جهت پرورش آبزيان
- تأمين آب مصرفي خانگي
- كاربرد توربين هاي بادي كوچك بعنوان توليد كننده برق
- شارژ باتري
كاربردهاي نيروگاهي
- نيروگاههاي بادي منفرد جهت تأمين انرژي الكتريكي واحدهاي مسكوني،تجاري،صنعتي و يا كشاورزي
- مزارع برق بادي جهت تأمين بخشي از تقاضاي انرژي برق شبكه
روند تحولات تكنولوژي انرژي باد در سال هاي اخير
بزرگترين شركتهاي سازنده توربين بادي جهان در حال حاضر شركت وستاس،شركت انركون و شركت NEG مايكون هستند كه بترتيب 3/23، 6/14 و 4/12% از بازار جهان را در اختيار دارند.برخي اطلاعات كه از بررسي بازارتكنولوژي باددرآلمان بعنوان پيشتازصنعت بادجهان بدست آمده بيانگرروندتحولات در سالهاي اخير در اين صنعت ميباشد و لذا توجه به آنها در پيشبيني آينده سودمندخواهد بود:
- در بازار توربينهاي بادي 58 مدل توربين وجود دارد كه از اين 58 مدل فقط 4 مدل آن بدون گيربكس هستند كه روي سايزهاي متوسط و بزرگ آزمايش شدهاند. اما 54 مدل ديگر (شامل سايز هاي متوسط، بزرگ و خيلي بزرگ) هنوز از گيربكس استفاده ميكنند. بنابراين توربينهاي بدون گيربكس هنوز در ابتداي راه هستند و وضعيت آنها پس از سالها تجربه و بهره برداري روشن خواهد شد.
- اغلب توربينهاي بزرگ ازنوع پيچ كنترل هستند، يعني هرچه توربينها بزرگتر شوند از تعداد مدلهاي استال كنترل كاسته و به مدلهاي پيچ كنترل افزوده ميشود. در توربينهاي خيلي بزرگ اصلاً سيستم استال كنترل وجودندارد. قابل ذكراست كه پرههاي استال كنترل بزرگتروسنگين تر از انواع پيچ كنترل ميباشند.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.