توربین بادی چگونه برق تولید میکند؟

توربین بادی  (به لاتین Wind Turbine) ماشینی است که انرژی جنبشی باد را به الکتریسیته تبدیل می کند. بسته به تکنولوژی، پره های توربین بادی با سرعت ثابت یا متغیری بین 13 تا 20 دور در دقیقه می چرخند. سرعت روتور با سرعت باد برای دستیابی به راندمان بالاتر متفاوت است. توربین های بادی را می توان به صورت ترکیبی به صورت خوشه ای استفاده کرد که به آن مزرعه بادی می گویند و توسط شرکت های بزرگ برای تامین انرژی پشتیبان استفاده می شود. علاوه بر تولید برق همانطور که در بالا ذکر شد، همچنین می توان از این انرژی برای آسیاب کردن دانه ها، پمپ کردن آب، شارژ کردن باتری ها و … استفاده نمود. توربین بادی به طور کلی وسیله ای است که انرژی حاصل از باد را به برق تبدیل می کند و به روش های مختلف ساخته می شود.

توربین بادی چیست؟

توربین بادی یکی از وسایل پرکاربردی است که انرژی باد را با کمک ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. علاوه بر این، توربین های بادی برای مصارف مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند و نام های مختلفی دارند. مثلا پمپ بادی وسیله ای مشابه توربین است که برای آسیاب گندم مورد استفاده قرار می گیرد. اجزای اصلی توربین بادی شامل برج، تیغه ها و روتر و پوشش محافظ است. توربین بادی در دو نوع با محور افقی و عمودی تولید می شود و بسته به اندازه آن کاربردهای متفاوتی دارد. به عنوان مثال، از توربین های بادی کوچک برای شارژ باتری ها یا تامین نیروی کمکی قایق های بادبانی استفاده می شود.

اما توربین های بادی بزرگ که توسط ژنراتورهای دوار برق تولید می کنند، منبع انرژی الکتریکی محسوب می شوند و در بسیاری از کشورها مورد استفاده قرار می گیرند. مثلا یک مزرعه بادی در کشور آمریکا وجود دارد که توربین های بادی متوسطی دارد که هرکدام حدود 1000 کیلو وات توان تولید می کنند.  این انرژی برای 500 خانه کافی است و به صورت سالم و ارزان تولید می شود.

توربین بادی چگونه کار می کند؟

انرژی مکانیکی باد پره های توربین را به حرکت در می آورد. انرژی جنبشی پره های توربین توسط شفت به ژنراتور انتقال می یابد. در نهایت انرژی انتقال یافته به ژنراتور به برق تبدیل می شود. توربین های بادی به طور خودکار توسط بادسنج به مناسب ترین روش برای استفاده از انرژی موجود در محیط قرار می گیرند. برخلاف تصور رایج که باد از پهلو به پره ها برخورد می کند و باعث حرکت آنها می شود، باد از جلو یا عقب (بسته به نوع توربین) به صورت عمودی به پره ها برخورد می کند. طراحی پره های توربین به گونه ای است که سرعت هوا در پایین و بالای پره ها متفاوت است. تفاوت سرعت عبور هوا بین دو سر تیغه باعث ایجاد اختلاف فشار بین دو سر تیغه می شود. این اختلاف فشار باعث حرکت چرخشی و چرخش پره های توربین می شود. به این ترتیب انرژی مکانیکی باد به سیستم منتقل می شود.

هر چه سرعت باد بیشتر باشد، تیغه ها سریعتر حرکت کرده و روتر را می چرخانند. توجه داشته باشید که وقتی سرعت باد زیاد است، پره‌های توربین نیمی از چرخ را می‌چرخانند و سرعت سیستم به همان نسبت کاهش می‌یابد. در این صورت از ولتاژ بالا و خرابی سیستم جلوگیری می شود. روتور یک واحد سه پره است که در مرکز توربین قرار دارد. این چرخ دنده شفت متصل به گیربکس را به آرامی می چرخاند. روتر سرعت چرخش را از 12 تا 1600 دور در دقیقه افزایش می دهد.

جعبه دنده نیروی خود را از طریق یک شفت پرسرعت متصل به ژنراتور منتقل می کند. با یک ژنراتور، انرژی مکانیکی به الکتریسیته تبدیل می شود. انرژی الکتریکی توسط کابل ها به پایین منتقل می شود. برق تولید شده از طریق خط زیرزمینی به یک ایستگاه فرعی منتقل می شود. ولتاژ برق تولید شده در ایستگاه فرعی برای استفاده تنظیم می شود.

مزایای توربین بادی چیست؟

انرژی باد دارای مزایای بسیاری است که توضیح می دهد چرا یکی از سریع ترین منابع انرژی در حال رشد در دنیا است. برخی از مزایای این انرژی در زیر مورد بحث قرار گرفته است.

1. توربین های بادی مشاغل پردرآمد را فراهم می کنند

به عنوان مثال، صنعت بادی ایالات متحده بیش از 130000 نفر را در تمام 60 ایالت استخدام می کند و این تعداد همچنان در حال رشد است. با توجه به اداره آمار کار ایالات متحده، تکنسین های تعمیر و نگهداری توربین های بادی دومین شغل در حال رشد در دهه گذشته هستند. صنعت انرژی بادی این پتانسیل را دارد که تا سال 2060 از صدها هزار شغل اضافی پشتیبانی کند و فرصت های شغلی را از تولیدکنندگان توربین تا مدیران دارایی فراهم کند.

2. نیروی باد یک منبع انرژی پاک و تجدیدپذیر است

توربین های بادی انرژی باد را با استفاده از نیروی مکانیکی برای چرخاندن یک ژنراتور و تولید برق مهار می کنند. باد نه تنها منبعی فراوان و تمام نشدنی است، بلکه برق را بدون سوزاندن سوخت یا آلودگی هوا نیز تامین می کند و به کاهش وابستگی ما به سوخت های فسیلی کمک می کند. این انرژی به جلوگیری از انتشار 329 میلیون تن دی اکسید کربن در سال، معادل 71 میلیون خودرو کمک می کند که همراه با سایر انتشارات جوی، باعث باران اسیدی، مه دود و گازهای گلخانه ای می شود.

منظور از انرژی پاک چیست؟

3. نیروی باد به نفع جوامع محلی است

پروژه های انرژی بادی هر ساله حدود 1.9 میلیارد دلار مالیات و اجاره زمین به ایالت ها و محلات وارد می کند. جوامعی که انرژی بادی را توسعه می دهند می توانند از درآمد اضافی برای تأمین مالی مدارس، کاهش بار مالیاتی بر صاحبان خانه و رسیدگی به پروژه های زیرساختی محلی استفاده کنند.

4. مقرون به صرفه بودن توربین بادی

توربین‌های بادی در مقیاس زمینی، یکی از ارزان ترین منابع انرژی امروزی را ارائه می دهند. علاوه بر این، رقابت پذیری هزینه انرژی بادی با پیشرفت علم و فناوری انرژی بادی رو به بهبود است.