ریپورتر
3rd May 2009, 09:14 AM
مقدمه:
گستردگي نياز انسان به منابع انرژي همواره از مسائل اساسي مهم در زندگي بشر بوده و تلاش براي دستيابي به يك منبع تمام نشدني انرژي از آرزوهاي ديرينه انسان بوده است، از نقوش حك شده بر ديوار غارها مي توان دريافت كه بشر اوليه تواتشته بود نيروي ماهيچه اي را به عنوان يك منبع انرژي مكانيكي به خوبي شناخته و از آن استفاده كند. ولي از آنجايي كه اين نيرو بسيار محدود و ضعيف است انسان همواره در تصورات خود نيرويي تمام نشدني را جستجو مي كرد كه همواره در هر زمان و مكان در دسترس باشد. اين موضوع را مي توان در داستان هاي مختلف كه ساخته تخيل و ذهن بشر نخستين بوده، به خوبي دريافت. كم كم با پيشرفت تمدن بشري، چوب و پس از آن ذغال سنگ، نفت و گاز وارد بازار انرژي گرديد. اما به دليل افزايش روزافزون نياز به انرژي و محدوديت منابع فسيلي از يك سو افزايش آلودگي محيط زيست ناشي از سوزاندن اين منابع از سوي ديگر اسبفاده از انرژي هاي تجديدپزير را روز به روز با اهميت تر و گسترده تر نموده است.
انرژي باد يكي از انواع اصلي انرژي هاي تجديدپذير مي باشد كه از دير باز ذهن بشر را به خود معطوف كرده بود به طوري كه وي همواره به فكر كاربرد اين انرژي در صنعت بوده است. بشر از انرژي باد براي به حركت درآوردن قايق و كشتي هاي بادباني و آسياب هاي بادي استفاده مي كرده است. در شرايط كنوني نيز با توجه به موارد ذكر شده و توجيه پذيري اقتصادي انرژي باد در مقايسه با ساير منابع انرژي هاي نو، پرداختن به انرژي باد امري حياتي و ضروري به نظر مي رسد. در كشور ما ايران قابليت ها و پتانسيل هاي مناسبي جهت نصب و رها اندازي توربين هاي برق بادي وجود دارد، كه با توجه به توجيه پذيري آن و تحقيقات، مطالعات و سرمايه گذاري كه در اين زمينه صورت گرفته، توسعه و كاربرد اين تكنولوژي چشم آنداز روشني را فراروي سياست گذاران بخش انرژي كشور در اين زمينه قرار داده است.
كلياتي درباره انرژي باد:
انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجدبدپذير از نظر جغرافيايي گسترده و در عين حال به صورت پراكنده و غير متمركز و تقريبا هميشه در دسترس مي باشد. انرژي باد طبيعتي نوساني و متناوب داشته و وزش دائمي ندارد. هزاران سال است كه انسان با استفاده از آسياب هاي بادي تنها جز بسيار كوچكي از آن را استفاده مي كند.
اين انرژي تا پيش از انقلاب صنعتي به عنوان يك منبع انرژي، به طور گستوره اي مورد بهره برداري قرار مي گرفت و لي در دوران انقلاب صنعتي، استفاده از سوخت هاي فسيلي به دليل ارزاني و قابليت اطمينان بالا جايگزين انرژي باد شد. در اين دوره توربين بادي قديمي ديگر از نظر اقتصادي قابل رقابت با بازار انرژي هاي نفت و گاز نبودند. تا اين كه در سال هاي 1973و 1978 دو شوك بزرگ نفتي ضربه بزرگي به اقتصاد انرژي هاي حاصل از نفت و گاز وارد آورد. به اين ترتيب هزيته انرژي توليد شده به وسيله توربين هاي بادي در مقايسه با نرخ جهاني قيمت انرژي بهبود يافت. پس از آن مراكز و موسسات تحقيقاتي و آزمايشگاهي متعددي در سراسر دنيا به بررسي تكنولوژي هاي مختلف جهت استفاده از انرژي باد به عنوان يك منبع بزرگ انرژي پرداختند. به علاوه اين بحران باعث ايجاد تمايلات جديدي در زمينه كاربرد تكنولوژي انرژي باد جهت توليد برق متصل به شبكه پمپاژ آب، و تامين انرژي الكتريكي نواحي دور افتاده شد. همچنين در سال هاي اخير، مشكلات زيست محيطي و مسائل مربوط به تغيير آب و هواي كره زمين به علت استفاده از منابع انرژي فسيلي بر شدت اين تمايلات افزوده است. از سال 1975 پيشرفت هاي شگرفي در زمينه توربين هاي بادي در جهت توليد برق به عمل آمده است. در سال 1980 اولين توربين برق بادي متصل به شبكه سراسري نصب گرديد. بعد از مدت كوتاهي اولين مزرعه برق بادي چند مگاواتي در امريكا نصب و به بهره برداري رسيد.
در پايان سال 1990 ظرفيت توربين هاي برق بادي متصل به شبكه در جهان به 200 MW رسيد كه توانايي توليد سالانه 3200 Gwh برق را داشته كه تقريبا تمام اين توليد مربوط به ايالت كاليفرنيا آمريكا و كشور دانمارك بود. امروزه كشورهاي ديگر نظير هلند، آلمان، بريتانيا، ايتاليا و هندوستان برنامه هاي ملي و ويژه اي را در جهت توسعه و عرضه تجاري باد آغاز كرده اند. در طي دهه گذشته، هزينه توليد انرژي به كمك توربين هاي بادي به طور قابل ملاحظه اي كاهش يافته است.
در حال حاضر توربين هاي بادي از كارآيي و قابليت اطمينان بيشتري در مقايسه با 15 سال پيش برخوردارند. با اين همه استفاده وسيع از سيستم هاي مبدل انرژي باد ( WECS ) هنوز آغاز نگرديده است. در مباحث مربوط به انرژي باد، بيشتر تاكيدات بر توربين هاي بادي مبدل برق جهت اتصال به شبكه است. زيرا اين نوع از كاربرد انرژي باد مي تواند سهم مهمي در تامين برق مصرفي جهان داشته باشد. بر اساس برنامه سياست هاي جاري ( CP ) تخمين زده مي شود كه سهم انرژي باد در تامين انرژي جهان در سال 2020 تقريبا برابر با 375Twh در سال خواهد بود. اين ميزان انرژي با استفاده از توربين هاي بادي به ظرفيت مجموع 180 GW توليد خواهد گرديد.
اما در قالب برنامه ضرورت هاي زيست محيطي ( ED) سهم اين انرژي در سال 2020 بالغ بر 970 Twh در سال خواهد بود. كه با استفاده از توربين هاي بادي به ظرفيت مجموع 470 GW توليد خواهد شد. به طور كلي با استفاده از انرژي باد، به عنوان يك منبع انرژي در دراز مدت مي توان دو برابر مصرف انرژي الكتريكي فعلي جهان را تامين كرد.
تاريخچه استفاده از انرژي باد
بشر از زمان هاي بسيار دور به نيروي لايزال باد پي برده و سال ها بود كه از اين انرژي براي به حركت درآوردن كشتي ها و آسياب هاي بادي بهره مي گرفت.
طي ساليان دراز ثابت شده است كه مي توان انرژي باد را به انرژي مكانيكي يا الكتريكي تبديل كرد و مورد استفاده قرار داد. منابع تاريخي نشان مي دهد كه ساخت آسياب ها در ايران، عراق، مصر و چين قدمت باستاني داشته و در اين تمدن ها، از آسياب هاي بادي براي خرد كردن دانه ها و پمپاژ آب استفاده مي شده است. چنانچه از شواهد تاريخي برمي آيد، در قرن 17 قبل از ميلاد، هامورابي پادشاه بابل طرحي ارائه داده بود تا بتوان به كمك آن دشت حاصلخيز بين النهرين را توسط انرژي حاصل از باد آبياري نمود. آسياب هايي كه در آن زمان ساخته مي شدند از نوع ماشين هاي محود قائم و شبيه به آن هايي هستند كه امروزه آثار آن ها در نواحي خواف و تايباد ايران به چشم مي خورد.
ايرانيان اولين كساني بودند كه حدود 200 سال قبل از ميلاد مسيح براي آرد كردن غلات از آسياب هاي بادي با محور قائم استفاده كرده اند. مثلا در كتاب هاي قديمي نوشته اند: ديار سيستان ديار باد و ريگ است و همان شهري است كه گويند باد آنجا آسياب ها را گرداند و آب از چاه كشد و باغ ها را سيراب كند و در همه دنيا شهري نيست كه بيشتر از آنجا از باد سود ببرد. و نيز نوشته اند كه در سيستان بادهاي سخت مدام مي وزد و به همين سبب در آنجا آسياب هاي بادي براي آرد كرن گندم ساخته اند. از ديگر استان هاي داراي قدمت كاربرد انرژي باد مي توان به كرمان، اصفهان و يزد اشاره نمود كه در اين مكان ها در زمان هاي قديم براي خنك كردن منازل از كانال هاي مخصوصي جهت هدايت باد استفاده مي كردند. بعد از ايران كشورهاي عربي و اروپايي پي به قدرت باد در تبديل انرژي بردند.
در قرن سوم قبل از ميلاد، يك محقق مصري كه در زمينه نيروي هواي فشرده تحقيق مي كرد، آسياب بادي 4 پره اي را با محور افقي طراحي نمود كه از هواي فشرده آن جهت نواختن يك ارگ استفاده مي كرد. با توجه به شواهد موجود مي توان ادعا كرد كه زادگاه هاي ماشين هاي بادي از نوع محور قائم، حوزه شرقي مديترانه و چين بوده است.
در قرون وسطي، آسياب هاي بادي در ايتاليا، فرانسه، اسپانيا و پرتغال متداول گرديد و كمي بعد در بريتانيا، هلند و آلمان نيز به كار گرفته شد. برخي از مورخان اظهار داشته اند كه ورود اين آسياب ها به اروپا را بايد مديون شركت كنندگان در جنگ هاي صليبي دانست كه از خاورميانه بازمي گشتند. آسياب هاي بادي كه در اروپا ساخته مي شدند از نوع آسياب هاي محور محور افقي و 4 پره بودند كه براي آرد كردن حبوبات و گندم به كار مي رفتند. مردم هلند آسياب هاي بادي را از سال 1350 ميلادي به منظور خشك كردن زمين هاي پست ساحلي و همچنين گرفتن روغن از دانه ها و بريدن چوب و تهيه پودر رنگ براي رنگرزي به كار گرفتند. آنچه كه هلند را در قرن 17 ميلادي در زمره غني ترين و صنعتي ترين مردم اروپا قرار داد، صنعتكشتي سازي و ساخت آسياب هاي بادي در آن كشور بود. توربين هاي بادي بطني كه شامل پره هاي متعدد هستند، بعدها متداول شدند. در آغاز قرن بيستم اولين توربين هاي بادي سريع و مدرن ساخته شدند. امروزه فعالترين كشورها در اين زمينه آلمان، اسپانيا، دانمارك، هندوستان و امريكا مي باشند.
منشا باد
هنگامي كه تابش خورشيد به طور نا مساوي به سطوح نا هموار زمين مي رسدسبب ايجاد تغييرات در دما و فشار مي گردد و دراثر اين تغييرات باد به وجود مي آيد.
همچنين اتمسفر كره زمين به دليل حركت وضعي زمين، گرما را از مناطق گرمسيري به مناطق قطبي انتقال مي دهد كه اين امر نيز باعث به وجود آمدن باد مي گردد. جريانات اقيانوسي نيز به صورت مشابه عمل نموده و عامل 30% انتقال حرارت كلي در جهان مي باشند.در مقياس جهاني اين جريانات اتمسفري به صورت يك عامل قوي جهت انتقال حرارت و گرما عمل مي نمايد. دوران كره زمين نيز مي تواند در برقراري الگوهاي نيمه دائم جريانات سياره اي در اتمسفر، انرژي مضاعف ايجاد نمايد.
پس همان طور كه عنوان شد باد يكي از صورت هاي مختلف انرژي حرارت خروشيدي مي باشد كه داراي يك الگوي جهاني نيمه پيوسته مي باشد. تغييرات سرعت باد، ساعتي، روزانه و فصلي بوده و متاثر از هوا و توپوگرافي سطح زمين مي باشد. بيشتر منابع انرژي باد در نواحي ساحلي و كوهستاني واقع شده اند.
منبع: از انرژي هاي نو چه مي دانيد؟
گستردگي نياز انسان به منابع انرژي همواره از مسائل اساسي مهم در زندگي بشر بوده و تلاش براي دستيابي به يك منبع تمام نشدني انرژي از آرزوهاي ديرينه انسان بوده است، از نقوش حك شده بر ديوار غارها مي توان دريافت كه بشر اوليه تواتشته بود نيروي ماهيچه اي را به عنوان يك منبع انرژي مكانيكي به خوبي شناخته و از آن استفاده كند. ولي از آنجايي كه اين نيرو بسيار محدود و ضعيف است انسان همواره در تصورات خود نيرويي تمام نشدني را جستجو مي كرد كه همواره در هر زمان و مكان در دسترس باشد. اين موضوع را مي توان در داستان هاي مختلف كه ساخته تخيل و ذهن بشر نخستين بوده، به خوبي دريافت. كم كم با پيشرفت تمدن بشري، چوب و پس از آن ذغال سنگ، نفت و گاز وارد بازار انرژي گرديد. اما به دليل افزايش روزافزون نياز به انرژي و محدوديت منابع فسيلي از يك سو افزايش آلودگي محيط زيست ناشي از سوزاندن اين منابع از سوي ديگر اسبفاده از انرژي هاي تجديدپزير را روز به روز با اهميت تر و گسترده تر نموده است.
انرژي باد يكي از انواع اصلي انرژي هاي تجديدپذير مي باشد كه از دير باز ذهن بشر را به خود معطوف كرده بود به طوري كه وي همواره به فكر كاربرد اين انرژي در صنعت بوده است. بشر از انرژي باد براي به حركت درآوردن قايق و كشتي هاي بادباني و آسياب هاي بادي استفاده مي كرده است. در شرايط كنوني نيز با توجه به موارد ذكر شده و توجيه پذيري اقتصادي انرژي باد در مقايسه با ساير منابع انرژي هاي نو، پرداختن به انرژي باد امري حياتي و ضروري به نظر مي رسد. در كشور ما ايران قابليت ها و پتانسيل هاي مناسبي جهت نصب و رها اندازي توربين هاي برق بادي وجود دارد، كه با توجه به توجيه پذيري آن و تحقيقات، مطالعات و سرمايه گذاري كه در اين زمينه صورت گرفته، توسعه و كاربرد اين تكنولوژي چشم آنداز روشني را فراروي سياست گذاران بخش انرژي كشور در اين زمينه قرار داده است.
كلياتي درباره انرژي باد:
انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجدبدپذير از نظر جغرافيايي گسترده و در عين حال به صورت پراكنده و غير متمركز و تقريبا هميشه در دسترس مي باشد. انرژي باد طبيعتي نوساني و متناوب داشته و وزش دائمي ندارد. هزاران سال است كه انسان با استفاده از آسياب هاي بادي تنها جز بسيار كوچكي از آن را استفاده مي كند.
اين انرژي تا پيش از انقلاب صنعتي به عنوان يك منبع انرژي، به طور گستوره اي مورد بهره برداري قرار مي گرفت و لي در دوران انقلاب صنعتي، استفاده از سوخت هاي فسيلي به دليل ارزاني و قابليت اطمينان بالا جايگزين انرژي باد شد. در اين دوره توربين بادي قديمي ديگر از نظر اقتصادي قابل رقابت با بازار انرژي هاي نفت و گاز نبودند. تا اين كه در سال هاي 1973و 1978 دو شوك بزرگ نفتي ضربه بزرگي به اقتصاد انرژي هاي حاصل از نفت و گاز وارد آورد. به اين ترتيب هزيته انرژي توليد شده به وسيله توربين هاي بادي در مقايسه با نرخ جهاني قيمت انرژي بهبود يافت. پس از آن مراكز و موسسات تحقيقاتي و آزمايشگاهي متعددي در سراسر دنيا به بررسي تكنولوژي هاي مختلف جهت استفاده از انرژي باد به عنوان يك منبع بزرگ انرژي پرداختند. به علاوه اين بحران باعث ايجاد تمايلات جديدي در زمينه كاربرد تكنولوژي انرژي باد جهت توليد برق متصل به شبكه پمپاژ آب، و تامين انرژي الكتريكي نواحي دور افتاده شد. همچنين در سال هاي اخير، مشكلات زيست محيطي و مسائل مربوط به تغيير آب و هواي كره زمين به علت استفاده از منابع انرژي فسيلي بر شدت اين تمايلات افزوده است. از سال 1975 پيشرفت هاي شگرفي در زمينه توربين هاي بادي در جهت توليد برق به عمل آمده است. در سال 1980 اولين توربين برق بادي متصل به شبكه سراسري نصب گرديد. بعد از مدت كوتاهي اولين مزرعه برق بادي چند مگاواتي در امريكا نصب و به بهره برداري رسيد.
در پايان سال 1990 ظرفيت توربين هاي برق بادي متصل به شبكه در جهان به 200 MW رسيد كه توانايي توليد سالانه 3200 Gwh برق را داشته كه تقريبا تمام اين توليد مربوط به ايالت كاليفرنيا آمريكا و كشور دانمارك بود. امروزه كشورهاي ديگر نظير هلند، آلمان، بريتانيا، ايتاليا و هندوستان برنامه هاي ملي و ويژه اي را در جهت توسعه و عرضه تجاري باد آغاز كرده اند. در طي دهه گذشته، هزينه توليد انرژي به كمك توربين هاي بادي به طور قابل ملاحظه اي كاهش يافته است.
در حال حاضر توربين هاي بادي از كارآيي و قابليت اطمينان بيشتري در مقايسه با 15 سال پيش برخوردارند. با اين همه استفاده وسيع از سيستم هاي مبدل انرژي باد ( WECS ) هنوز آغاز نگرديده است. در مباحث مربوط به انرژي باد، بيشتر تاكيدات بر توربين هاي بادي مبدل برق جهت اتصال به شبكه است. زيرا اين نوع از كاربرد انرژي باد مي تواند سهم مهمي در تامين برق مصرفي جهان داشته باشد. بر اساس برنامه سياست هاي جاري ( CP ) تخمين زده مي شود كه سهم انرژي باد در تامين انرژي جهان در سال 2020 تقريبا برابر با 375Twh در سال خواهد بود. اين ميزان انرژي با استفاده از توربين هاي بادي به ظرفيت مجموع 180 GW توليد خواهد گرديد.
اما در قالب برنامه ضرورت هاي زيست محيطي ( ED) سهم اين انرژي در سال 2020 بالغ بر 970 Twh در سال خواهد بود. كه با استفاده از توربين هاي بادي به ظرفيت مجموع 470 GW توليد خواهد شد. به طور كلي با استفاده از انرژي باد، به عنوان يك منبع انرژي در دراز مدت مي توان دو برابر مصرف انرژي الكتريكي فعلي جهان را تامين كرد.
تاريخچه استفاده از انرژي باد
بشر از زمان هاي بسيار دور به نيروي لايزال باد پي برده و سال ها بود كه از اين انرژي براي به حركت درآوردن كشتي ها و آسياب هاي بادي بهره مي گرفت.
طي ساليان دراز ثابت شده است كه مي توان انرژي باد را به انرژي مكانيكي يا الكتريكي تبديل كرد و مورد استفاده قرار داد. منابع تاريخي نشان مي دهد كه ساخت آسياب ها در ايران، عراق، مصر و چين قدمت باستاني داشته و در اين تمدن ها، از آسياب هاي بادي براي خرد كردن دانه ها و پمپاژ آب استفاده مي شده است. چنانچه از شواهد تاريخي برمي آيد، در قرن 17 قبل از ميلاد، هامورابي پادشاه بابل طرحي ارائه داده بود تا بتوان به كمك آن دشت حاصلخيز بين النهرين را توسط انرژي حاصل از باد آبياري نمود. آسياب هايي كه در آن زمان ساخته مي شدند از نوع ماشين هاي محود قائم و شبيه به آن هايي هستند كه امروزه آثار آن ها در نواحي خواف و تايباد ايران به چشم مي خورد.
ايرانيان اولين كساني بودند كه حدود 200 سال قبل از ميلاد مسيح براي آرد كردن غلات از آسياب هاي بادي با محور قائم استفاده كرده اند. مثلا در كتاب هاي قديمي نوشته اند: ديار سيستان ديار باد و ريگ است و همان شهري است كه گويند باد آنجا آسياب ها را گرداند و آب از چاه كشد و باغ ها را سيراب كند و در همه دنيا شهري نيست كه بيشتر از آنجا از باد سود ببرد. و نيز نوشته اند كه در سيستان بادهاي سخت مدام مي وزد و به همين سبب در آنجا آسياب هاي بادي براي آرد كرن گندم ساخته اند. از ديگر استان هاي داراي قدمت كاربرد انرژي باد مي توان به كرمان، اصفهان و يزد اشاره نمود كه در اين مكان ها در زمان هاي قديم براي خنك كردن منازل از كانال هاي مخصوصي جهت هدايت باد استفاده مي كردند. بعد از ايران كشورهاي عربي و اروپايي پي به قدرت باد در تبديل انرژي بردند.
در قرن سوم قبل از ميلاد، يك محقق مصري كه در زمينه نيروي هواي فشرده تحقيق مي كرد، آسياب بادي 4 پره اي را با محور افقي طراحي نمود كه از هواي فشرده آن جهت نواختن يك ارگ استفاده مي كرد. با توجه به شواهد موجود مي توان ادعا كرد كه زادگاه هاي ماشين هاي بادي از نوع محور قائم، حوزه شرقي مديترانه و چين بوده است.
در قرون وسطي، آسياب هاي بادي در ايتاليا، فرانسه، اسپانيا و پرتغال متداول گرديد و كمي بعد در بريتانيا، هلند و آلمان نيز به كار گرفته شد. برخي از مورخان اظهار داشته اند كه ورود اين آسياب ها به اروپا را بايد مديون شركت كنندگان در جنگ هاي صليبي دانست كه از خاورميانه بازمي گشتند. آسياب هاي بادي كه در اروپا ساخته مي شدند از نوع آسياب هاي محور محور افقي و 4 پره بودند كه براي آرد كردن حبوبات و گندم به كار مي رفتند. مردم هلند آسياب هاي بادي را از سال 1350 ميلادي به منظور خشك كردن زمين هاي پست ساحلي و همچنين گرفتن روغن از دانه ها و بريدن چوب و تهيه پودر رنگ براي رنگرزي به كار گرفتند. آنچه كه هلند را در قرن 17 ميلادي در زمره غني ترين و صنعتي ترين مردم اروپا قرار داد، صنعتكشتي سازي و ساخت آسياب هاي بادي در آن كشور بود. توربين هاي بادي بطني كه شامل پره هاي متعدد هستند، بعدها متداول شدند. در آغاز قرن بيستم اولين توربين هاي بادي سريع و مدرن ساخته شدند. امروزه فعالترين كشورها در اين زمينه آلمان، اسپانيا، دانمارك، هندوستان و امريكا مي باشند.
منشا باد
هنگامي كه تابش خورشيد به طور نا مساوي به سطوح نا هموار زمين مي رسدسبب ايجاد تغييرات در دما و فشار مي گردد و دراثر اين تغييرات باد به وجود مي آيد.
همچنين اتمسفر كره زمين به دليل حركت وضعي زمين، گرما را از مناطق گرمسيري به مناطق قطبي انتقال مي دهد كه اين امر نيز باعث به وجود آمدن باد مي گردد. جريانات اقيانوسي نيز به صورت مشابه عمل نموده و عامل 30% انتقال حرارت كلي در جهان مي باشند.در مقياس جهاني اين جريانات اتمسفري به صورت يك عامل قوي جهت انتقال حرارت و گرما عمل مي نمايد. دوران كره زمين نيز مي تواند در برقراري الگوهاي نيمه دائم جريانات سياره اي در اتمسفر، انرژي مضاعف ايجاد نمايد.
پس همان طور كه عنوان شد باد يكي از صورت هاي مختلف انرژي حرارت خروشيدي مي باشد كه داراي يك الگوي جهاني نيمه پيوسته مي باشد. تغييرات سرعت باد، ساعتي، روزانه و فصلي بوده و متاثر از هوا و توپوگرافي سطح زمين مي باشد. بيشتر منابع انرژي باد در نواحي ساحلي و كوهستاني واقع شده اند.
منبع: از انرژي هاي نو چه مي دانيد؟