انرژي‌هاي نوين، انرژي بادي
بنابه شواهد تاريخي، اولين آسيبهاي بادي در پارس حدود ۲۰۰ پيش از ميلاد شروع به چرخش کردند. در آن زمان زندگي با الان تفاوت زيادي داشت. نعل اسب يک اختراع بود و اولين محاسبه‌ي محيط زمين تازه انجام شده بود. ولي اگر در گوگل آسياب بادي (Windmill) را جستجو کنيد. نتيجه را تا تاريخ امروز برايتان مي‌آورد. با ميليون‌ها لينک مواجه مي‌شويد. اين براي فناوري ۲۲۰۰ ساله چندان هم بد نيست.
|
ايران، آسيابهاي بادي نشتيفان
|
قرن ۱۴ اولين آسيابهاي بادي
|
طراحي و دستگاه‌هاي آنها عوض شده ولي حرکت با استفاده از باد همچنان همان است که بود. آسيابهاي اوليه براي پمپ کردن آب و خرد کردن دانه ها به کار مي‌رفت. امروزه مردم از آنها انرژي الکتريکي (برق) توليد مي‌کنند. ولي بجاي آسياب بادي نام آن توربينهاي بادي است. آب داغ و خرد کننده دانه هاي قهوه و غيره از برق توليدي انرژي باد کار مي‌کنند.
انرژي باد جذاب است چون تجديدپذير است. کافيست در يک مزرعه باشد و از باد استفاده مي‌کند ولي با آن استخراج معدن انجام نمي‌شود. کايت‌هايي که سرگرمي بچه‌ها و يا بزرگسالان هستند، از انرژي باد استفاده مي‌کنند. امروزه هدف از آسياب بادي گرفتن انرژي و تبديل آن به انرژي الکتريکي براي انجام کار است. توربينهاي بادي، که بيشترين توجه را اين روزها به خود جلب کرده‌اند انرژي الکتريکي را براي خانه‌ها و کارهاي اقتصادي فراهم مي‌کنند.
|
ولي توربينهاي بايد چه عملکردي دارند؟
|
پره‌ها انرژي جنبشي باد را مي‌گيرند، و بنا به فُرم پره‌ها، درست مثل باد به حرکت درمي‌آيند. انرژي جنبشي به مکانيکي تبديل ميشود. برخلاف کايت، پره‌هاي آسياب در يک مکان ثابت هستند و حول نقطه ثابتي مي‌چرخند. انتهاي ثابت آنها به ميله يا محوري بزرگ متصل است که مي‌چرخد. انرژي مکانيکي به الکتريکي تبديل ميشود. اين انرژي از چرخش محور مولد برق را راه مي‌اندازد و برق توليد ميشود. الکتريسيته از خطوط نيرو به شبکه برق شهري و غيرشهري مي‌رسد. در سال ۲۰۰۸ توربين هاي بادي ۱.۲۶ درصد کُل مولدهاي برق را در ايالات متحده را سهميم بودند. اين مقدار در جهان به طور کلي ۱.۵ درصد است. بسياري از مردم دوست دارند انرژي بادي نقش بيشتري داشته باشد، چراکه منبعي تميز از انرژي است. با اين حال توربينهاي بادي همچنان حدود ۲۰ تا ۳۵ درصد بازدهي دارند. اگر کار دانشمندان را دنبال کنيم که سعي در افزايش اين سهم دارند، بزودي شاهد نقش بيشتري از انرژي بادي خواهيم بود.
سال ۲۰۳۰ براي انرژي بادي بسيار مهم است؛ چراکه دپارتمان انرژي ايالات متحده و بقيه‌ي بخش‌هاي مرتبط توليد برق خود را به ۲۰ درصد مقدار کنوني افزايش مي‌دهد و ۸۰ درصد مابقي از انرژي‌هاي ديگر تأمين ميشود. از ۱.۲۶ تا ۲۰ درصد فاصله‌ي زيادي است و اين دپارتمان بنا را بر رسيدن به هدف خود گذاشته و از بادگيرهاي جديدي استفاده خواهد کرد که به مرور تا آن سال به کار گرفته مي‌شوند. اين بادگيرها DOE1.5 نام گذاري شده‌اند که از ۱.۵ مگاوات برق توليدي آنها مي‌آيد. اين ميزان، برق۴۵۰ خانه را تأمين مي‌کند. کلورادو در محل آزمايشگاه انرژي‌هاي نوين چند نمونه ازآنها نصب شده‌اند. شايد بادگيرهاي در حال بهره برداري اين مجموعه جزو بزرگترين و رکوردارترين نباشند، ولي سهم خود دارند. دانشمندان اين آزمايشگاه همه نوع تحقيقي براي کاهش هزينه و بالابردن تأثير توربينهاي بايد دارند. بخش‌هايي که دانشمندان در آن قسمت‌ها مشغولند، عبارتند از:
پره‌ها: پره‌هاي بلند توربينهاي بادي را وادار مي‌کنند تا انرژي بيشتري بگيرند. درحالي که نمونه‌هاي کوتاه‌تر انرژي کمتري دريافت مي‌کنند. ولي از يک حدي اين پره‌ها نمي‌توانند بزرگتر باشند چراکه سنگين مي‌شوند، و از شکل اصلي خارج مي‌شوند.کليد اصلي براي ساختن پره‌هاي مؤثر و طول و قدرت بهينه‌ي حاصل از ماده‌اي بهتر است. (براي مثال، با تقسيم يک ماده‌ي سنگين به دو ماده‌ي سنگين‌تر، برگه‌هاي سنگين‌تر) مواد جديد و روش‌هاي درست کردن آنها اين امکان را به دانشمندان مي‌دهد که نوعي جديد از پره‌ها بسازند، و DOE1.5 نمونه‌ي آزمايشي مناسبي خواهد بود.
در عکس فوق وضعيت حمل و نقل پره‌هاي غولپيکر توربين بايد را مي‌بينيد، که اين نمونه يکي از بزرگترين پره‌هاي موجود است. حرکت تريلي بايد در ساعت‌هاي کم تردد باشد. (عکس Jim Green)
کنترل‌ها: هميشه باد بيشتر بهتر است. درست؟ خب، هميشه هم اينطور نيست. تصور کنيد پره‌هاي سبُکي داريد که وسط يک طوفان هستند. اگر هيج راهي براي کُند کردن چرخش آنها نباشد، سريع‌تر و سريع‌تر خواهند چرخيد. براي اينکه از کنترل خارج شدن آنها جلوگيري کنيم، و دکل‌ها در بادهاي شديد تخريب نشوند، بايد از يک سيستم ايمني در مقابل اين شرايط برخوردار باشند. وجه مثبت قضيه اين است که توربين‌ها در شرايط حدي که برايشان تعريف شده خوب کار مي‌کنند، که ارتباط به طراحي آنها دارد. ولي سرعت باد در حال تغيير دائمي است. براي بالا بردن تأثير دکل‌ها بايد گستره‌ي سرعتي برايشان تعريف شود. هرگز دکل‌ها نمي‌توانند با کجيِ پره‌ها و ديگر مشخصه‌هاي کنترل سرعت چرخش سازگار باشند، ولي جاي زيادي براي توسعه‌ي اين حوزه از کارهاي پژوهشي وجود دارد. DOE1.5 نمونه‌اي اوليه براي پژوهش هستند، پس هنوز ابزار زيادي براي توليد لازم است که نتيجه‌ي خروجي برق آنها مطلوب باشد. توربين هم بايد نقشي را در توليد انرژي بازي کند، به اين معني که برق اضافي را به شبکه‌ي محلي برق بفرستد. نصب دکل و توربين بادي، نشانه‌اي خوب از پتانسيل توربينهاي بادي در توليد انرژي با گستره‌ي وسيع‌تر و درصد سهم بالاتر دارد. بايد از نحوه‌ي گررفتن انرژي چيزهي زيادي ياد بگيريم که يقيناً تا مدتها دانشمندان DOE1.5 به خود مشغول خواهد کرد.