بهره‌گیری انسان از سوخت های فسیلی و منابع انرژی تجدید ناپذیر سبب بروز خسارت های سنگینی در محیط زیست طبیعی شده است. ازآنجایی‌که جهان تکنولوژی امروز به‌سوی انرژی‌های نو با منابع سوختی تجدید پذیر گام برمی‌دارد، توربین‌های بادی به یکی از منابع تأمین انرژی بسیار کارآمدی مبدل شده‌اند. در ادامه با ترنجی همراه باشید.
انجمن بین‌المللی انرژی (IEA) اعلام کرد که ظرفیت تولید انرژی‌های پاک توسط منابع انرژی تجدید پذیر در جهان به حد قابل‌توجهی رسیده که این موضوع تأثیر مثبتی بر کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی از جمله زغال‌سنگ گذاشته است. فرایندهای مهار انرژی باد که به‌عنوان یکی از منابع تجدید پذیر شناخته می‌شود، سبب شده تا در چند سال اخیر، مراحل طراحی و ساخت توربین‌های بادی تحت‌الشعاع تغییرات فراوانی قرار گیرد.
مهندسان تکنولوژی با بهره‌گیری از معیارهای جدیدی در طراحی این توربین‌ها موفق شدند تا علاوه بر افزایش کارایی و بهبود عملکرد آن‌ها، خطرات ناشی از این توربین‌های بادی برای پرندگان را کاهش دهند. جالب است بدانید در طراحی جدید برخی توربین‌های بادی توسط مهندسان طراح، توربین‌ها قادرند حتی در روزهای آرام و بدون ورزش باد نیز برق تولید کنند!
سؤال چالش برانگیزی که ذهن تمام دانشمندان تکنولوژی را به خود درگیر کرده این است که چگونه می‌توان به‌وسیله یک توربین بادی در شرایطی که ورزش بادی وجود ندارد، انرژی الکتریسیته تولید کرد؟ این سؤال سبب شد تا اقدامات اولیه‌ای برای راه‌اندازی پروژه AG & GE انجام پذیرد. هدف این پروژه تولید نسل جدید توربین‌های بادی است که این توربین‌ها ترکیبی از ژنراتورها، توربین‌های سنتی و ژنراتورهای باد – آبی است. توربین‌های هیبریدی با عملکرد باد – آبی نخستین توربین‌هایی هستند که می‌توانند بدون وجود باد و جریان‌های هوایی به تولید انرژی و نیروی الکتریکی بپردازند.
این توربین‌های هیبریدی که در جنگل‌های سوابی و فرانکونی المان قرار دارند در فاز اول خود، ظرفیتی معادل با ۱۳٫۶ مگاوات خواهند داشت که طبق برنامه، سال آینده وارد شبکه الکتریکی کشور آلمان خواهند شد. فاز دوم این پروژه در سال ۲۰۱۸ با اضافه شدن یک منبع هیدرو الکتریک (برق – آبی) تکمیل خواهد شد. این پروژه درنهایت قادر خواهد بود تا با ظرفیت ۱۶ مگاواتی خود به یک منبع تولید انرژی بسیار ارزشمند مبدل شود.
همان‌طور که میدانید اکثر پروژه‌های تولید الکتریسیته توسط توربین‌های بادی در سطح زمین اجرا می‌شوند و اغلب این توربین‌های بادی در بخش‌های مختلط زمین و یا در دریاها نصب و راه‌اندازی می‌شوند. برخی از نوآوری‌های عرصه توربین‌های بادی سبب شده تا نسل جدیدی از توربین‌ها با نام توربین‌های هوابرد ظاهر شوند. این توربین‌ها برخلاف سایر نمونه‌های زمینی، از طریق گاز هلیوم و به‌صورت شناور در اسمان راه‌اندازی می‌شوند. علت اصلی موفقیت این پروژه، وجود جریان‌های هوایی و تندبادهایی است که در ارتفاعات زیاد از سطح زمین وجود دارند. شهر فیربنکس آلاسکا نخستین منطقه‌ای بود که پذیرای این توربین‌های شناور شد.
توربین شناور و هوابرد BAT که توسط محققین دانشگاه MIT طراحی و ساخته‌شده است، توسط گاز هلیوم پر شده و می‌تواند همانند یک بالن هوایی تا ارتفاع ۱،۰۰۰ فوتی (۳۰۵ متر) از سطح زمین بالا رود. در این ارتفاع سرعت جریان‌های باد ۵ تا ۸ برابر شدیدتر از سطح زمین است. آزمایش‌هایی که طی ۱۸ ماه بر روی توربین هوابرد BAT صورت گرفت نشان داد که عملکرد این توربین به طرز شگفت‌انگیزی موفقیت‌آمیز است. این توربین به لطف ارتفاع زیادی که از سطح زمین می‌گیرد، می‌تواند علاوه بر تولید نیروی الکتریکی به یک تقویت‌کننده سیگنال Wi-Fi و شبکه تلفن همراه مبدل شود.
امنیت پرندگان در حال پرواز و جلوگیری از برخورد آن‌ها با پره‌های توربین‌ها سبب شده تا چالش جدیدی پیش روی مهندسان طراح توربین‌های بادی قرار گیرد. مهندسان موفق شدند تا با طراحی و تولید توربین‌های جدیدی که فاقد هرگونه پره یا عنصر چرخنده هستند، آمار تلفات و صدمات ناشی از برخورد پرندگان به این توربین‌ها را به‌طور چشمگیری کاهش دهند.
انرژی تولیدشده توسط ژنراتورهای توربین‌ها حاصل گردش جریان هوا درون پره‌های داخلی این نوع توربین‌های بدون پره است. این توربین‌های بادی فاقد هرگونه پره بوده و به‌اندازه قابل‌توجهی نازک و بلند هستند به‌طوری‌که تعداد زیادی از آن‌ها می‌توانند در فضایی که تنها یک توربین پره دار اشغال می‌کند نصب شوند. تولیدکنندگان این توربین‌های بادی بدون پره اظهار کردند که هزینه تولید این توربین‌ها تا ۵۳ درصد و هزینه نگه‌داری آن‌ها تا ۸۰ درصد کمتر از توربین‌های سنتی است. همچنین این توربین‌های بادی مقدار بسیار کمتری از کربن را هنگام تولید انرژی از خود خارج می‌سازند.
آتسوشی شیمیزو (Atsushi Shimizu) اولین توربین گردبادی جهان را خلق کرد. او با ساخت چنین توربین قدرتمندی نشان داد که می‌تواند انرژی موجود در طوفان‌ها و گردبادهای سهمگین کشور خود ژاپن را به برق تبدیل کند. او معتقد است اگر بتوان انرژی ذخیره‌شده در گردبادها را مهار کرد، نیروی الکتریکی و انرژی موردنیاز کشور برای ۵۰ سال تأمین خواهد شد.
توربین بادی شیمیزو به نحوی طراحی‌شده که می‌تواند در برابر طوفان‌های قدرتمند پایداری خود را حفظ نموده و انرژی گردبادها را مهار کند. آزمایش‌های انجام‌شده بر روی نمونه آزمایشگاهی این توربین بسیار موفقیت‌آمیز و امیدوارکننده بوده است چراکه این نمونه در مقیاس آزمایشگاهی خود به‌خوبی توانسته تا یک ژنراتور برق را با استفاده از جریان هوای مصنوعی شارژ کند. در حال حاضر شیمیزو به همراه گروه تحقیقاتی خود به دنبال ایجاد ارتباط با سرمایه‌داران به‌منظور تولید انبوه و صنعتی کردن طرح توربین گردباد است.
این توربین بادی خلاقانه با طرح جالب خود قادر است تا ۶۰۰ برابر آسیاب‌های بادی معمولی، انرژی تولید کند. توربین SheerWind INVELOX یک ژنراتور قدرتمند است که بر مبنای تونل مهار باد عمل می‌کند. این توربین بادی به لطف طراحی قیف مانند خود قادر است تا سرعت باد موجود در تونل‌های خود را تا حد زیادی افزایش دهد. ژنراتور Invelox حتی در شرایط جوی آرام و بدون ورزش باد نیز عملکرد قابل قبولی را از خود به نمایش گذاشته است. همچنین هیچ تیغه با پره‌ای در آن وجود ندارد تا حیات پرندگان اطراف را با چالش مواجه کند. از طرفی بر اساس گزارش‌های منتشرشده هزینه ساخت و نگه‌داری این توربین نیز بسیار کمتر از سایر توربین‌های سنتی است.
ریموند گرین (Raymond Green) جانباز نظامی ۸۹ ساله موفق شد تا با طرح توربین‌های بادی خود، زندگی پرندگان زیادی را از خطر برخورد با توربین‌های بادی نجات دهد. توربین‌های بادی ریموند که در سال ۲۰۱۲ طراحی‌شده‌اند، با بهره‌گیری از یک تونل شتاب‌دهنده قادرند تا سرعت جریان باد را به‌منظور تولید نیروی بیشتر، به‌طور چشمگیری افزایش دهند. این تونل‌ها با فشرده‌سازی هوا می‌توانند قدرت باد موجود در توربین را افزایش داده تا درنهایت خروجی مطلوب‌تری حاصل شود.
یکی دیگر از ویژگی‌های خوب این توربین، عدم وجود عناصر چرخنده و پره‌های خطرناکی است که هریک می‌توانند تهدیدی برای پرواز پرندگان و خفاش‌ها محسوب شوند. طرح نوآورانه ریموند سبب شده تا کاربرد این توربین‌های بادی علاوه بر مصارف صنعتی در تولید انرژی‌های خانگی نیز نمود پیدا کند. این توربین‌ها به نحوه طراحی‌شده‌اند که هر شخص می‌تواند یکی از آن‌ها را برای منزل مسکونی خود تهیه‌کرده و بدون به خطر انداختن زندگی پرندگان به تولید انرژی موردنیاز خود بپردازد.
[button type=”default” color=”” target=”” link=”https://www.engadget.com/2016/11/05/six-innovative-wind-turbine-designs/”]engadget[/button]
