منبع انرژی بادی، تابش نور خورشید است که در عرض های مختلف کره زمین، موجب تغییراتی در فشار و دمای هوا شده و باد به وجود می آید؛ به این معنا که هوا از ناحیه پر فشار سرد به ناحیه کم فشار گرم حرکت می کند و باد ایجاد می شود.
انرژی جنبشی موجود در باد می‌تواند به شکل‌های قابل‌استفاده ی انرژی، مانند انرژی مکانیکی یا برق تبدیل شود.
بشر از زمان های بسیار دور به نیروی لایزال باد پی برده بود؛ آسیاب ها، کشتی های بادی و آبکشی از چاه که از هزاران سال قبل معمول بود گویای این امر است. طبق اسناد و مدارک موجود، اولین کرجی(نوعی قایق کوچک) که با نیروی باد حرکت می کرد توسط مصریان ساخته شد و اولین آسیاب بادی با محور قائم برای آرد کردن غلات، 200 سال قبل از میلاد مسیح، توسط ایرانیان بنا گردید.
انرژی باد در مقادیر زیاد در مزارع بادی تولید و به شبکه الکتریکی متصل می شود. از توربین ها در تعداد کم معمولا فقط برای تامین برق در مناطق دور افتاده استفاده می شود.
از جمله دلایل تمایل کشورها برای افزایش ظرفیت تولید برق بادی، مزایای بسیار زیاد این روش تولید انرژی الکتریکی است چرا که انرژی بادی فراوان، تجدیدپذیر و پاک است.
از نقشه جهانی باد تخمین زده می شود که حدود 30% مساحت خشکی های کره زمین در معرض وزش باد با سرعت متوسط سالانه ی بیش از 18 کیلومتر بر ساعت در ارتفاع 10 متری از سطح زمین قرار دارد.
توسعه توربین های بادی مولد برق در دهه سال 1970 میلادی به سبب بحران انرژی سال 1973 اوپک از سر گرفته شد و در نتیجه آن، فناوری ساخت توربین های بادی به طور قابل ملاحظه ای پیشرفت کرد و هزینه برق تولید شده توسط این توربین ها کاهش یافت و البته این روند پیشرفت همچنان ادامه دارد.
توربین های مدرن امروزی بیشتر از نوع محور افقی و با سه پره می باشند. پره های این توربين ها بسیار شبیه به بال هواپیما طراحی شده و از نیروی لیفت (نیرویی که بر اثر برخورد هوا با سطوح فوقانی و تحتانی بال ایجاد و موجب بالا رفتن هواپیما یا ادامه پرواز آن می‌شود) استفاده می کنند.
میزان برق تولیدی آنها به ظرفیت توربین و محل قرارگیری آن مربوط می باشد. فعلا اغلب توربینهای بادی، قدرتی بین 1 تا 2.5 مگاوات دارند. با توجه به شرایط وزش باد و میزان برق مصرفی خانوارها، توربین های یک مگاواتی، برق مورد نیاز تقریبا 200 تا 500 خانه (خانوارها با تعداد نفرات مختلف و البته میانگین مصرف متفاوت) را تامین می کنند.
جالب است بدانیم که بزرگ ترین توربین بادی جهان از نظر توان تولیدی با حدود 8 مگاوات و ساخت کشور آلمان است؛ ارتفاع کلی این توربین 198 متر و قطر پره های آن 126 متر است؛
آلمان در تولید توربین های بادی با ظرفیت بالاتر از 3 مگاوات رتبه اول در جهان را داراست.
طبق گزارش انجمن انرژی بادی جهان (WWEA) ده کشوری که طی بیست سال اخیر بیشترین میزان نصب توربین های بادی را در جهان داشته اند عبارتند از:
آلمان، ایالات متحده آمریکا، اسپانیا، هند، چین، دانمارک، ایتالیا، فرانسه، انگلیس و پرتقال
بنا به ارزیابی سازمان ملل متحد، با یک سال کارکرد یک نیروگاه بادی 100 مگاواتی، دستاوردهای زیر حاصل می شود:
- 90 میلیون لیتر گازوئیل مصرف نمی شود.
- 250 هزار تن دی اکسیدکربن تولید نمی شود.
- 2520 هزار مترمکعب آب مصرف نمی شود.
- معادل کاشته شدن 50 میلیون اصله درخت است.
مزایای انرژی بادی
- وجود باد نیز همیشگی است و در همه جای کره‌ی زمین حضور دارد، پس اگر بتوان آن را به‌درستی مهار کرد به یک منبع انرژی بالقوه ی بی‌حد و حصر و سازگار با محیط زیست دست یافته ایم.
- استعداد نهایی انرژی بادی به عنوان یک منبع انرژی دراز مدت تقریبا دو برابر مصرف انرژی فعلی جهان تخمین زده می شود.
معایب انرژی بادی
- میزان انرژی الکتریکی توسط نیروگاه های بادی ثابت نیست و فصل به فصل، روز به روز و حتی ساعت به ساعت متغیر می باشد. از آن جایی که برای ایجاد ثبات در شبکه، میزان انرژی الکتریکی تامین شده و میزان مصرف باید در تعادل باشند، از این جهت تغییرات دائم در میزان تولید، این ضرورت را به وجود می آورد که از تعداد بیشتری نیروگاه بادی برای تولیدی متعادل تر در شبکه استفاده شود.
- محدودیت نصب مزارع بادی؛ توربین ها بایستی در دشت‌های وسیع و دریا با فاصله های استاندارد از یکدیگر نصب شوند.
- هزینه‌ی بالای زیرساخت برای انتقال انرژی از محل تولید به محل مصرف؛ بنابراین مزارع بادی باید تا حد امکان در نزدیکی شبکه ی مصرف باشد.
- هر چند نیروی باد یک منبع انرژی سالم و غیر آلاینده محیط زیست به شمار می رود، اما احداث یک مزرعه می تواند برای محیط زیست آسیب زا باشد. مثلا برای عملیات پی ریزی و استقرار برجک های پایه توربین های بادی باید گودال هایی به عمق حدود 50 متر حفر شود؛ اگر منطقه مورد نظر پوشیده از تخته سنگهای عظیم باشد، در آن صورت برای تسطیح زمین و متلاشی کردن سنگ ها از دینامیت هم استفاده می شود. بعضی وقتها حفر کردن گودال هایی چنین عمیق در دل زمین، در شرایط اکوسیستم منطقه به شدت تاثیر می گذارد و گونه های گیاهی که در آن ناحیه از این به بعد رشد می کنند کاملا متفاوت از گونه های گیاهی خواهند بود که پیش از احداث این تاسیسات در منطقه رشد می کردند. هم چنین احداث جاده به منظور دسترسی به محل توربین های بادی می تواند موجب نابودی زیستگاه های برخی از گونه های حیات وحش شود.
- کسانی که در محل های نزدیک به توربین های بادی سکونت دارند، همیشه از صدای مخصوص چرخش پره ها و صدای آزار دهنده چرخ دنده توربین ها و ژنراتورها، که آرامش آنها را برهم می زند، گلایه می کنند. توربین های بادی در سال های اخیر بسیار کم سر و صداتر از نمونه های قدیمی تر هستند. اکنون صدای پره توربین های بادی از فاصله بیش از 200 متری قابل شنیدن نیست. مهندسین بر این باورند که توربین های بادی مدرن امروزی دیگر پر سر و صدا و آزار دهنده نیستند.
اطلس بادی ایران
یکی از مهم ترین پروژه های انجام شده در زمینه انرژی بادی تهیه اطلس بادی کشور بوده است که پروژه مذکور در سازمان انرژی های تجدیدپذیر ایران صورت گرفته و به عنوان یکی از پروژه های ملی در صنعت انرژی باد محسوب می شود.
طبق اطلس بادی تهیه شده و بر اساس اطلاعات دریافتی از 60 ایستگاه و در مناطق مختلف کشور، میزان ظرفیت اسمی سایت ها در حدود 60,000 مگاوات می باشد. بر پایه پیش بینی های صورت گرفته، میزان انرژی قابل استحصال بادی کشور از لحاظ اقتصادی بالغ بر 18,000 مگاوات تخمین زده می شود که موید پتانسیل قابل توجه کشور در زمینه احداث نیروگاه های بادی و همچنین اقتصادی بودن سرمایه گذاری در صنعت انرژی بادی است.
نکته جالب این که در انجام پروژه پتانسیل سنجی بادی در ایران شرکت لامایر آلمان نیز به عنوان مشاور همکاری داشته است و بر اساس مطالعات شرکت مذکور، پتانسیل بادی قابل استحصال در کشور در حدود 100,000 مگاوات برآورد شده است که رقم بسیار قابل توجهی می باشد.
آنچه تا کنون مسلم به نظر می رسد، قرار گرفتن ایران در مسیر جریان های مهم هوایی زیر است:
- جریان مرکز فشار آسیای مرکزی در زمستان
- جریان مرکز فشار اقیانوس هند در تابستان
- جریان غربی از اقیانوس اطلس و دریای مدیترانه به خصوص در زمستان
- جریان شمال غربی در تابستان
انواع سیستم های ذخیره سازی انرژی
یکی از چالش‌های عمده در استفاده از انرژی بادی، عدم ثبات در تولید انرژی به دلیل تغییرات جوی است. به همین دلیل، توسعه سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی به عنوان یک راهکار حیاتی مطرح شده است. سیستم‌های ذخیره‌سازی می‌توانند انرژی تولیدی در زمان‌های اوج تولید را ذخیره کرده و در زمان‌های کمبود تولید به شبکه برق عرضه کنند.
از جمله این سیستم‌ها می‌توان به باتری‌ها، سیستم‌های ذخیره‌سازی با استفاده از پمپ و ذخیره‌سازی حرارتی اشاره کرد. باتری‌های لیتیوم-ion به دلیل قابلیت بالا در ذخیره‌سازی و سرعت پاسخ‌دهی مناسب، در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. همچنین فناوری‌های جدید مانند ذخیره‌سازی انرژی با استفاده از هیدروژن نیز در حال توسعه هستند که می‌توانند به تنوع و پایداری سیستم انرژی بادی کمک کنند.
نوآوری های آینده در صنعت انرژی بادی
آینده صنعت انرژی بادی با نوآوری‌های متعدد و هیجان‌انگیزی همراه است. یکی از مهم‌ترین این نوآوری‌ها، توسعه توربینهای بادی شناور است که قابلیت نصب در دریاهای عمیق را دارند. این فناوری به دلیل اینکه می‌تواند در مناطقی با بادهای قوی‌تر و پایدارتر مستقر شود، پتانسیل تولید انرژی بسیار بالایی دارد. علاوه بر این، استفاده از هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی عملکرد توربین‌ها و پیش‌بینی شرایط جوی، به بهبود کارایی سیستم‌های انرژی بادی کمک خواهد کرد. همچنین، طراحی‌های جدیدی در راستای کاهش اثرات زیست‌محیطی و افزایش هماهنگی با محیط طبیعی در حال توسعه هستند که این امر می‌تواند به پذیرش بیشتر این فناوری در جوامع مختلف کمک کند.
نتیجه گیری
در پایان، انرژی بادی به عنوان یک منبع تجدیدپذیر و پاک، نقش مهمی در کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی و تامین نیازهای انرژی جامعه ایفا می‌کند. مزایای آن شامل کاهش هزینه‌های عملیاتی و تاثیرات مثبت اجتماعی و اقتصادی است که برای کسب اطلاعات بیشتر نیز با فارسکادا تماس حاصل کنید ومی‌تواند به ایجاد فرصت‌های شغلی جدید و تقویت همبستگی اجتماعی منجر شود.
با این حال، نوسانات در تولید انرژی و هزینه‌های اولیه سرمایه‌گذاری از چالش‌های اصلی این نوع انرژی محسوب می‌شود. پیشرفت‌های فناوری در زمینه توربینهای بادی و ذخیره‌سازی انرژی می‌تواند به بهبود کارایی و قابلیت اطمینان این منابع کمک کند. در مقایسه با سایر منابع انرژی، انرژی بادی و خورشیدی به عنوان گزینه‌های پاک و پایدار، می‌توانند به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی کمک کنند و در نهایت به سوی یک آینده سبزتر و پایدارتر هدایت کنند.
به‌طور کلی، گام برداشتن به سمت پذیرش و توسعه انرژی بادی نیازمند همکاری و تلاش دسته‌جمعی از سوی جوامع، سرمایه‌گذاران و دولتمردان است تا بتوان از مزایای این منبع ارزشمند به بهترین نحو بهره‌برداری کرد.