انرژی بادی معمولاً به سایر اشکال انرژی مخصوصاً انرژی الکتریکی تبدیل میشود. در پایان سال ۲۰۰۶ ظرفیت ژنراتورهای بادی در سراسر جهان ۷۴۲۲۳ مگاوات بود. اگرچه هم اکنون بیش از ۱ درصد مصرف برق جهان از این طریق تولید میشود، انرژی بادی تقریباً ۲۰ درصد برق مصرفی در دانمارک، ۹ درصد در اسپانیا و ۷ درصد در آلمان را تأمین می‌کند.
جدیدترین روش استفاده از نیروی باد تولید انرژی الکتریکی به وسیله تبدیل حرکت دورانی تیغه‌های توربین به جریان برق توسط ژنراتور الکتریکی است. در آسیابهای بادی (فناوری بسیار قدیمی) انرژی باد برای چرخش ماشین‌آلات مکانیکی به منظور انجام کار فیزیکی مانند خردکردن گندم یا پمپاژ آب مورد استفاده قرار میگیرد.
نیروی باد در مزارع بادی بزرگ برای تأمین برق شبکه سراسری همچنین برای ساکنین روستاها یا مکان‌های جدا از شبکه سراسری در مقیاس کوچکتر استفاده میشود. در صورتی که از انرژی بادی برای تولید برق بجای سوختهای فسیلی استفاده میشود انرژی بادی دارای مزیت‌های زیادی است. این مزیت‌ها عبارتند از مقدار فراوان، تجدیدپذیر بودن، گستردگی تولید، تمیزبودن و کاهش دهنده گازهای سمی و گازهای گلخانه‌ای در فضا.
انرژی باد حدود ۵۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از انرژی زیست توده (بیومس) در جهان وجود دارد. اغلب انرژی بادی در ارتفاعات که سرعت مداوم باد بیش از ۱۶۰ کیلومتر در ساعت است وجود دارد. بالاخره انرژی بادی از طریق اصطکاک در سطح کره زمین و آتمسفر به حرارت تبدیل میشود. زمین به طور غیر یکنواخت در اثر نور خورشید گرم میشود و در قطب‌های شمال و جنوب انرژی خورشیدی کمتری دریافت می‌کند و در ناحیه استوائی انرژی خورشیدی بیشتری جذب می‌کند. همچنین زمین خشک سریع‌تر از دریا گرم و خنک میشود. اختلاف حرارت باعث ایجاد سیستم جابجائی جوی میشود و هوای سطح زمین را به طبقه فوقانی جو (از ۱۱ کیلومتر به بالا) انتقال می‌دهد.
امروزه انقلاب تکنولوژیک استفاده از انرژی باد در بسیاری از کشورها در دسترس بوده و ارزانترین راه برای تهیه الکتریسته از مشتقات انرژی خورشیدی تشخیص داده شده است. بهای انرژی تولید شده به عوامل محیطی و عملی و نیز نوع ماشین بکار گرفته شده بستگی دارد.
با بررسی های مختلفی که در زمینه قیمت استفاده انرژی باد انجام گرفته است نشان می دهد که اگر چه هزینه ماشین های بادی با بزرگی و نیز ازدیاد توان تخمینی آن ها افزایش می یابد. ولی بهای هر کیلو وات انرژی ها ، کاهش پیدا می کند. هزینه پیش بینی شده برای ماشین های با ظرفیت 100 تا 600 کیلو وات ، در حدود 25 الی 50 ریال بر هر کیلو وات ساعت تخمین زده می شود.
البته با توجه به این که کشورهای بزرگ انقلاب تکنولوژیک پیشرفته دارند. و ساخت انواع ماشین آلات رامی توانند به آسانی انجام دهند. نفت وارداتی و نیز انرژی ناشی از سوخت های دیگر ارزان تر از انرژی باد است. ولی با توجه به کاهش منابع انرژی فسیلی و دلایل دیگر ، استفاده از انرژی باد در کشور های پیشرفته پیش از پیش مورد نظر است.
بطور خلاصه می توان گفت که در کشورهای صنعتی بودجه های پژوهشی زیادی به استفاده از انرژی باد اختصاص داده شده و ساخت مدل های مختلف ماشین های بادی در حال توسعه و تکمیل است.
يکی از شرکتهای توليد انرژی در بلژيک برای بدست آوردن برق از نيروی باد طرحی را در دست بررسی دارد و بر اساس آن در منطقه ی فلاندرن غربی اين کشور نيروگاه های بادی خواهد ساخت.
وزير بازرگانی همگانی آقای Johan Vande Lanotte در حال محک زدن اين طرح است که در آن نيروگاه های بادی با پروانه های بزرگ همانند آنچه هم اکنون کمی دورتر از ساحل شهر Thornton ساخته شده در نزديکی ساحل دريای شمال و در شهر تفريحی و دلپذير Knokke-Heist بصورت انبوه کارگزاری ميشوند.
اين نيروگاه ها شامل ۳۰ توربين بادی بزرگ خواهد بود که هر کدام توانايی توليد ۵ مگاوات برق دارند و به گفته ی مهندسان اين مقدار انرژی الکتريکی برای ۳۰۰ هزار خانواده کافی خواهد بود.
نکته ی جالب اينکه سوپرمارکت بزرگ Colruyt در واقع دست به ابداع اين طرح زده و تصميم دارد در صورت جلب نظر مقامات ، تا سال ۲۰۰۹ و ۲۰۱۰ آنرا عملی کند.
به گفته ی مهندسان بلژيکی اين طرح در نزديکی سواحل کشور هلند که تنها ۲۷ کيلومتر با نقطه ی مورد نظر آنها فاصله دارد با کمک ۶۰ توربين بادی و بخوبی در حال اجراست و ثابت نموده که انرژی باد حتی کمی دورتر از ساحل ارزش سرمايه گزاری را دارد.
در زمان های دور تنها وظیفه باد خنک کردن یا خشک کردن بود، اما امروزه در عوض نقش ارزنده تری را ایفا می‌کند و آن تولید انرژی است .
به گزارش موج ، روز به روز بر تعداد جمعیت جهان افزوده میشود و به تبع آن نیز مصرف انرژی روند رو به رشدی را در پیش گرفته است.
استفادۀ بیش از حد انرژی در سراسر جهان، گرم شدن بیش از اندازه کرۀ زمین و نگرانی از تمام شدن منابع انرژیهای فسیلی باعث شده تا از انرژی های نو یا انرژی های تجدیدپذیر به عنوان جایگزینی مناسب برای انرژی های فسیلی نام ببرند.
مهمترین دلیل رویکرد کشورهای جهان به این نوع از انرژی‌ها را می‌توان در زوال ناپذیری آنها جستجو کرد.
امروزه در بسیاری از کشورها، به‌خصوص در کشورهای پیشرفته، میزان استفاده از انرژی خورشیدی، نیروی آب، باد و انرژی حاصل از زیست توده روز به روزدر حال افزایش است.
در میان این انرژیهای نوظهور، انرژی بادی از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است.
عدم نیاز به نیروی انسانی برای استخراج این نوع انرژی و همچنین به دست آمدن نتیجه مستقیم بدون انتظار طولانی مدت، از مزایایی است که کارشناسان برای انرژی بادی بر شمرده‌اند.
هزینه‌های کمتر تولید این انرژی در مقایسه با انرژی خورشیدی نیز عامل مهم دیگری بوده است تا بسیاری از کشورهای جهان به فکر ساخت توربین های بادی بزرگ و کوچک و همچنین تأسیس مزارع بادی بیفتند.
انرژی بادی، از طبیعت و دمساز با طبیعت عامل مهم دیگری بوده است تا بسیاری از کشورهای جهان به فکر ساخت توربین های بادی بزرگ و کوچک و همچنین تأسیس مزارع بادی بیفتند.
بر اساس گزارشی که سازمان ملل به تازگی در این زمینه منتشر کرده است، سرمایه گذاری در زمینه بهره برداری از منابع تجدید پذیر انرژی، مانند انرژی بادی و سوخت های زیستی در سال گذشته به ۱۰۰ میلیارد دلار رسیده است، که شاید بتوان دلیل عمده این میزان بالای سرمایه گذاری را در بالا رفتن قیمت نفت و فراورده های نفتی در بازارهای جهان جستجو کرد.
به همین جهت مدت ها است زنگ خطر برای بسیاری از کشورها به صدا در آمده است که این موضوع اهمیت دادن هرچه بیشتر دولت‌ها به استفاده از انرژیهای جایگزین را به دنبال داشته است.
برای نمونه در بیش از ۲۴ ایالت آمریکا، مدارس این کشور بر روی طرح‌های انرژی بادی کار می‌کنند.
در برنامه ای آزمایشی تحت عنوان "نیروی باد برای مدارس"، توربین های بادی در مدارسی که دارای منابع مناسب باد هستند، نصب می‌شوند و از این طریق نیروی برق مورد نیاز مدرسه تولید میشود.
مازاد برق تولیدی نیز به شرکت ها یا مراکز مختلف فروخته میشود.
این برنامه، برای نخستین بار در سال ۱۹۹۳ در مدرسه اسپیریت لیک ، واقع در ایالت آیوا به اجرا در آمد.
شایان ذکر است این تنها آمریکا نیست که به ارزش نیروی باد واقف است. در اروپا با توجه به خاصیت ویژه این انرژی مبنی بر عدم آلودگی محیط زیست، سرمایه گذاری های متعددی در جهت استفاده هرچه بیشتر از آن انجام گرفته است.
گسترش روزافزون نياز به انرژي و محدوديت منابع فسيلي، افزايش آلودگي محيط زيست ناشي از سوزاندن اين منابع، بحث گرم شدن هوا و اثرات پديده گلخانه‌اي، ريزش باران هاي اسيدي و ضرورت متعادل نمودن نشر CO2 همگي لزوم صرفه جويي در مصرف سوخت هاي فسيلي و توجه مضاعف به استفاده از منابع انرژي تجديد پذير را ايحاب مي كند.
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.
از پایان سال ۱۹۹۷ تا انتهای سال ۲۰۰۲ (حدود ۵ سال) ظرفیت نصب شده برای استفاده از انرژی باد در جهان از ۷۶۰۰ مگاوات به ۳۱ هزار مگاوات یعنی حدود ۴ برابر افزایش یافته است. در کشورهایی نظیر آلمان، دانمارک، آمریکا، اسپانیا، انگلستان و بسیاری ازکشورهای دیگر، توربین های بادی بزرگ و کوچک جهت تولید برق در واحدهایی با توان چند مگاواتی ساخته شده است.
در ایران نیز با توجه به وجود مناطق بادخیز طراحی و ساخت آسیابهای بادی از ۲ هزارسال پیش از میلاد مسیح رایج بوده است. مطالعات و محاسبات انجام شده در زمینه تخمین پتانسیل انرژی باد در ایران نشان داده اند که تنها در ۲۶ منطقه از کشور (شامل بیش از ۴۵سایت مناسب) میزان ظرفیت اسمی سایت ها، با درنظر گرفتن یک راندمان کلی ۳۳ درصد، درحدود ۶۵۰۰ مگاوات است. این مقدار حدود یک ششم کل ظرفیت اسمی نیروگاههای برق کشور است.
توربین های بادی از ۳ نوع کوچک، متوسط و بزرگ (مزارع بادی) تشکیل می شوند. توربین های بادی کوچک برای تأمین برق جزیره های مصرف و یا مناطقی که تأمین برق از طریق شبکه سراسری برق مشکل باشد استفاده می شود. این توربین ها تا قدرت ۱۰ کیلو وات توان تولید برق را دارند. توربین های بادی متوسط عموماً بین ۱۰ تا ۲۵۰ کیلووات برق تولید می کنند. این توربین ها برای تأمین مصارف مسکونی، تجاری، صنعتی و کشاورزی استفاده می شود. توربین های بادی بزرگ شامل چند توربین بادی متمرکز با توان تولیدی ۲۵۰ کیلو ولت به بالا هستند که به صورت متصل به شبکه و یا جدا از شبکه طراحی می شوند؟ از این نوع توربین ها که مزرعه بادی قلمداد می شوند نیروگاه بادی منجیل به ظرفیت ۱۰۰ مگاوات است. این طرح در قالب دو فاز تعریف شده است. فاز اول شامل ۱۰ واحد ۳۰۰ کیلووات، ۱۰ واحد ۵۵۰ کیلو وات ساخت شرکت NEG.MICON مجموعاً به ظرفیت ۸ /۵ مگاوات و همچنین ۳۲ واحد ۶۶۰ کیلووات ساخت شرکت VESTAS با ظرفیت مجموعاً ۲۱ /۵ مگاوات است. فاز دوم ۶۰ مگاوات توربین ۶۶۰ کیلو وات با تکنولوژی VESTAS دانمارک در قالب ۹۱ مجموعه توربین است. در سال های قبل بیش از ۱۰ مگاوات توربین برق بادی در سایتهای منجیل و رودبار نصب و راه اندازی شده است که شامل ۱۷ واحد توربین ۳۰۰ کیلو وات، ۲ واحد توربین ۵۰۰ کیلو وات و ۸ واحد توربین ۵۵۰ کیلووات است.
برای ساخت نیروگاه بادی ۴ سایت منجیل واقع در جنوب شهر منجیل (پسکولان)، رودبار، هرزویل و سایت سیاهپوش انتخاب شده اند. همچنین براساس مطالعات صورت گرفته ساخت نیروگاه ۶۰ مگاواتی جرندق نیز در دستورکار قرارگرفته است. این نیروگاه بادی شامل ۳۰ واحد با ظرفیت هرواحد ۲ مگاوات خواهد بود. در فرایند ساخت سایت بابائیان منجیل متخصصین داخلی توانستند توربین های ۶۶۰کیلو وات را در داخل بسازند و تکنولوژی را بومی کنند. این توربین فقط در سال ۸۴ بیش از ۳۶۸هزارکیلو وات ساعت برق تولید کرده است.
رشد روزافزون تقاضاي انرژي، افزايش استانداردهاي زندگي، گرم شدن بيش از حد كره زمين و در نهايت مشكلات زيست‌محيطي موجب شده تا هر روز شاهد پيشرفتهايي در زمينه فن‌آوري استفاده از منابع انرژي تجديدپذير باشيم يعني استفاده از منابع لايزالي كه خداوند به ما ارزاني داشته است. ماهيت پايان‌ناپذير اين گونه انرژي‌ها، روند رو به اتمام سوختهاي فسيلي و ساير مزاياي بارز اين انرژي‌ها موجب تشويق بشر در سرمايه‌گذاري در اين راه بوده است.
پيش‌بيني مي‌شود كه انرژي‌هاي تجديدپذير جايگاه ويژه‌اي را در تامين انرژي قرن آتي كسب كنند. البته حدود سه دهه كشورهاي پيشرفته و صاحب فن‌آوري به اين مهم پرداخته‌اند تا جايي كه در برنامه سالانه انرژي خود درصدي از انرژي‌هاي مورد نظر كشورشان را از طريق توربينهاي بادي، پيلهاي خورشيدي، انرژي زمين گرمايي و ... تامين مي‌كنند.
بررسي دقيق نشان مي‌دهد حتي در حال حاضر كه هزينه استحصال انرژي‌هاي تجديدپذير گران‌تر از نوع فسيلي به نظر مي‌آيد، در مناطق دور دست روستايي و كشاورزي به دليل مشكل انتقال ساير انرژي‌ها و بالا بودن هزينه آن، مقرون به صرفه اقتصادي است و با توجه به تلاش گسترده‌اي كه در رابطه با استحصال انرژي‌هايي از اين نوع شده روز به روز از توجيه اقتصادي بالاتري برخوردار مي‌شود.
باد يكي از منابع انرژي پايان‌ناپذير جهان است. انسان بيش از 3000 سال است كه از انرژي باد به منظور توليد انرژي مكانيكي براي پمپ آب يا آسياب كردن غلات استفاده كرده است.
يكي از بهترين روش‌هاي استفاده از باد، توليد انرژي الكتريكي است. به اين صورت كه با قراردادن يك توربين بادي در مسير باد و انتقال انرژي مكانيكي توربين به يك ژنراتور جريان مستقيم يا متناوب به طور مستقيم يا از طريق جعبه دنده با نسبت تبديل مناسب، انرژي الكتريكي توليد مي‌شود.
توليد برق از طريق نيروگاههاي بادي از نظر اقتصادي كاملاً مقرون به صرفه بوده و براي هر كيلووات ساعت برق توليدي از طريق اين نيروگاهها، حدود پنج سنت در مناطق پرباد و شش سنت يا اندكي بيشتر در مناطق كم‌باد، هزينه مي‌شود.
با توجه به اين كه تعداد نيروگاههاي بادي هر سال رو به افزايش بوده و استفاده از اين نيروگاهها در جهان صنعتي و كشورهاي پيشرفته رو به گسترش است، لازم بود آخرين آمار و اطلاعات در اين زمينه تهيه شود كه در ادامه به اين موضوع خواهيم پرداخت.
مقدمه
انرژي باد بيش از 3000 سال براي توليد انرژي مكانيكي به منظور پمپاژ آب و يا آسياب كردن غلات مورد استفاده بشر قرار گرفته است. با شروع توليدات صنعتي مدرن، استفاده از منابع انرژي باد، فراز و نشيب‌هايي داشته است و گاه سوختهاي فسيلي يا الكتريسيته جايگزين آن شده است. چون ماهيت باد، تصادفي است و بيشتر منابع تجديدناپذير كنوني ارزان و در دسترس است.
در حدود سال 1970ميلادي، با وارد شدن اولين بحران انرژي و بالا رفتن قيمت نفت، انرژي باد بار ديگر به عنوان منبعي جايگزين، مورد توجه قرار گرفت، در اين زمان بيشترين ميزان استفاده از انرژي باد براي تبديل انرژي مكانيكي به الكتريكي بود. اين روش با بهره‌گيري از ديگر فن‌آوريهاي انرژي، امكان بهينه‌شدن داشت تا بتواند به عنوان يك پشتيبان در شبكه برق مطرح شود.
اولين توربين باد كه براي توليد الكتريسيته بكار رفت تقريباً در اوايل قرن بيستم توسعه يافت، فن‌آوري بهره‌برداري از انرژي باد تا سال 1970 ميلادي و در اواخر سال 1990 ميلادي به صورت تدريجي توسعه پيدا كرد. انرژي باد به عنوان يكي از مهمترين منابع انژري جايگزين، معرفي شد. در اواخر قرن بيستم، ظرفيت بكارگيري انرژي باد در جهان در هر سه سال دو برابر شده و قيمت توليدي انرژي باد در حدود 6/1 قيمت آن در سال 1980 شده است به نظر مي‌رسد كه اين روند همچنان ادامه خواهد يافت.
بعضي از پيش‌بيني‌هاي تخصصي نشان مي‌دهد كه تا سال 2005 ميلادي رشد ظرفيت انرژي باد در حدود 25 درصد در سال خواهد بود و قيمت آن در طي اين سالها بين 20 تا 40 درصد پايين خواهد آمد.
فن‌آوري انرژي باد نيز به سرعت در حال پيشرفت است. در پايان سال 1989 توربينهاي بادي 300 كيلووات با قطر روتور حدود 30 متر مورد بهره‌برداري قرار مي‌گرفت. تنها در 10 سال بعد توربينهاي بادي 1500 كيلووات با قطر روتور حدود 70 متر توانايي استفاده بيشتر از باد را فراهم آوردند و استفاده از توربينهاي بادي 2 مگاوات با قطر روتور 74 متر قبل از شروع قرن جديد خود گواه پيشرفت فن‌آوري انرژي بادي است. به نظر مي‌رسد در سالهاي 2001 يا 2002 توربينهاي 4 مگاوات و 5 مگاوات مورد بهره‌برداري قرار بگيرند.
توسعه سريع بازار انرژي باد و ارتقاي فن‌آوري آن، به تحقيقات، دانش و كار تخصصي براي دستيابي به انرژي در صنعت انرژي برق اشاره دارد اين نكته حايز اهميت است كه حدود 80 درصد از ظرفيت بادي جهان تنها در پنج كشور آلمان، آمريكا، دانمارك، هند و اسپانيا مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرد و نيز بيشترين علوم انرژي باد بر اساس تحقيقات در اين كشور است. بهرحال استفاده از فن‌آوري انرژي باد با سرعت، در حال گسترش در ديگر نواحي كره زمين است. همان طور كه اشاره شد انرژي بادي از 3000 سال پيش مورد بهره‌برداري قرار گرفته و فن‌آوري آن روز به روز بهتر شده است.
در توسعه فن‌آوري بادي، ساير علوم از جمله آيروديناميك، مكانيك و مهندسي الكترونيك نقش داشته‌اند. در ادامه به طور فشرده به توانايي مناطق مختلف جهان در بكارگيري انرژي بادي اشاره مي‌شود.
سابقه تاريخي انرژي باد
تاريخچه تكامل فن‌آوري توربينهاي بادي در نشريات مختلف با مدارك گوناگوني وجود دارد. در اين قسمت به طور مختصر به پيشرفت و توسعه فن‌آوري بادي اشاره مي‌كنيم. در جدول (1) توسعه توربينهاي بادي بين سالها 1985 و 2000 نشان داده شده است.
توليد انرژي مكانيكي
مدارك ثبت شده حاكي از آن است كه آسيابهاي بادي اوليه، آسياب‌هايي با محور عمودي بوده‌اند. اين آسيابها مي‌توانند شبيه به يك وسيله مقاوم ساده توصيف شوند كه در ارتفاعات افغانستان براي آسياب كردن غلات از قرن هفتم قبل از ميلاد، بكار مي‌رفته‌اند.
در مدارك تاريخي، اولين نمونه آسيابهاي بادي با محور افقي، در ايران بوده، استفاده از انرژي باد در ايران در حدود 2600 سال قبل صورت گرفته است. بقاياي آسيابهاي بادي قديمي كه در سراسر دنيا به نام آسياب بادي ايراني شناخته ميشوند هنوز در منطقه خواف وجود دارد و تعدادي از اين آسيابها نيز در حال بهره‌برداري هستند.
تبت و چين در حدود هزار سال قبل، از فن‌آوري آسيابهاي بادي بهره مي‌برده‌اند.
آسيابهاي بادي با محور افقي داراي يك شفت افقي همراه با پره‌هايي است كه در يك مسير عمودي مي‌چرخند. از ايران و خاورميانه، آسيابهاي بادي با محور افقي به كشورهاي مديترانه و اروپاي مركزي برده شد.
اولين آسيابهاي بادي با محور افقي كه مورد استفاده قرار گرفته است در كشورهاي انگلستان در سال 1150 ميلادي، فرانسه در 1180 ميلادي، فنلاند در سال 1190 ميلادي، آلمان در سال 1222 ميلادي و دانمارك در سال 1259 ميلادي است.
در اروپا آسيابهاي بادي بين قرون دوازدهم تا نوزدهم دايماً در حال پيشرفت بودند. در پايان قرن نوزدهم يك نمونه آسياب بادي كه قطر روتور آن 25 متر و ارتفاع آن بيش از 30 متر مي‌رسد، استفاده مي‌شد.
آسيابهاي بادي نه تنها براي آرد كردن غلات استفاده مي‌شد بلكه به منظور پمپاژ آب براي مصارف آشاميدن و مزارع مورد استفاده قرار مي‌گرفت.
در اين زمان تنها در فرانسه در حدود 18 تا 20 هزار آسياب‌بادي مدرن اروپايي وجود داشت و در كشور هلند 90 درصد انرژي استفاده شده در صنعت از انرژي باد تامين مي‌شد.
بعد از صنعتي شدن و كاهش استفاده از آسيابهاي بادي نيز در سال 1904 ميلادي همچنان 11 درصد از انرژي صنعتي هلندي‌ها از انرژي باد تامين مي‌شد و آلمانها بيش از 18 هزار واحد در حال كار داشتند.
در هنگامي كه نقش آسيابهاي بادي اروپايي به تدريج شروع به كم‌رنگ شدن مي‌كرد، آسيابهاي بادي در آمريكاي شمالي در حال توسعه بودند.
در آمريكاي شمالي آسيابهاي بادي كوچك به منظور پمپاژ آب براي مصرف دام‌هاي گسترده‌اي مورد استفاده قرار گرفت و اين آسيابهاي بادي به نام آسيابهاي بادي آمريكايي شناخته شدند. اين آسيابها مداوم كار مي‌كردند و نياز به رسيدگي كردن و ملازم نداشتند.
آسيابهاي بادي در هنگام وزش بادهاي با سرعت بالا از مكانيزم «خودنگهدار» استفاده مي‌كردند روش اروپايي‌ها اغلب خاموش شدن آسياب و بستن پره‌ها بود (شبيه به كشتي‌هاي بادباني) تا خسارتي به توربين بادي وارد نشود.
در آمريكا بيشترين استفاده از آسيابهاي بادي مربوط به سالهاي 1920 تا 1930 ميلادي است كه در حدود 600 هزار واحد در حال كار بود.
انواع مختلف آسياب بادي آمريكايي هنوز هم در نقاط مختلف جهان استفاده مي‌شود.
توليد انرژي الكتريكي:
در سال 1891 ميلادي، دان‌پول لاكور اولين كسي بود كه توانست براي توليد الكتريسيته توربين بادي بسازد. طي جنگ‌هاي جهاني اولي و دوم، مهندسان دانماركي اين فن‌آوري را براي برطرف كردن كمبودهاي انرژي، توسعه و پيشرفت دادند.
توربني‌هاي بادي ساخته‌شده توسط كمپاني هلندي اسميتس در سال 1940 تا 1942 ميلادي توانست رقيب خوبي براي توربينهاي بادي مدرن خارجي باشد.
توربينهاي اسميت همزمان با پيشرفت علم ايروديناميك توسعه و پيشرفت خوبي داشت. در همين زمان، پالمر پوتنام يك توربين بادي بزرگ با قطر 53 متر را براي كمپاني آمريكايي مورگان اسميت ساخت. نه تنها سايز توربين منحصر به فرد و متفاوت بود بلكه طراحي علمي بسيار بالايي داشت.
طراحي هلندي‌ها بر اساس روتور رو به باد با تثبيت‌كننده استال بود كه در سرعتهاي پايين، عمل مي‌كرد طراحي پاتنم بر اساس روتور پشت به باد با تثبيت‌كننده پيچ كنترل بود.
به هر حال توربينهاي پاتنم زياد موفق نبودند. در سال 1942 ميلادي اين توربين به مراحل اجرا گذاشته شد.
بعد از جنگ جهاني دوم، يوهانس جول طراحي دانماركي‌ها را در دانمارك گسترش و توسعه داد.
توربين او در دانمارك نصب شد و در سالهاي 1956 تا 1967 در حدود 2/2 ميليون كيلووات ساعت توليد داشت.
در هميم زمان- هيوتر آلماني يك نظريه جديد را توسعه داد. توربينهاي بادي او شامل دو پره فايبرگلاس و برج پشت به باد و هاب كه پره‌ها به آن متصل مي شد بود. توربينهاي هارتر با دانش بالايي كه در آن بكار رفت داراي كارايي بالايي بود.
با وجود موفقيت‌هاي توربينهاي بادي جولز و هارتر، بعد از جنگ جهاني دوم علاقمندي به توربينهاي بادي بزرگ كاهش يافت. تنها تا حدودي توربينهاي بادي كوچك براي سيستم‌هاي دور از شبكه يا براي شارژ باطري‌ها مورد توجه قرار گرفت. بعد از بحران نفتي در سال 1970 ميلادي دوباره علاقه به بكارگيري انرژي بادي از سر گرفته شد. منجمله پشتيباني‌هاي مالي براي تحقيقات و توسعه انرژي بادي آغاز شد.
كشورهايي همچون آلمان، آمريكا و سوئد جهت توسعه توربينهاي بادي بزرگ براي توليد انرژي در محدوده مگاوات (MW) مبالغ هنگفتي را هزينه كردند. بهرحال بيشتر اين طرح‌ها چندان موفقيت‌آميز نبود تا اينكه مسائل تكنيكي را با مكانيزم پيچ كنترل مرتفع كردند. در جدول (1-3) اطلاعات توربينهاي بادي بزرگ به نمايش درآمده است.
بعضي از سازمانهاي دولتي (از قبيل دانمارك) از تحقيقات در كشورشان پشتيباني كردند و اين ميدان را توسعه داده و باعث پيشرفت انرژي بادي در مكانهاي مختلف دنيا شدند.
در همين راستا كنفرانس PURPA در نوامبر 1978 در آمريكا برگزار شد و رئيس جمهور وقت آمريكا اهداف كنفرانس را در كاهش مصرف انرژي و توسعه از جهت بي‌نيازي به نفت خارجي‌ها برشمرد و اين كنفرانس در توسعه سيستم‌هاي انرژي بادي نقش قابل توجهي داشت و در كوه‌هاي شرق سانفرانسيسكو و شمال لس‌آنجلس اولين مزارع بادي راه‌اندازي شد.
اولين مزارع بادي شامل توربينهاي بادي 50 مگاوات بود و بعد از چند سال، در اواخر سال 1980 ميلادي توربينهاي بادي 200 مگاوات مورد استفاده قرار گرفت. مراحل توسعه توربينهاي بادي در آمريكا نشان داده شده است.
بيشتر توربينهاي صادراتي دانمارك، توسط شركت‌هاي پول‌ليكر و جوهاتز جول طراحي شده و از نوع رو به باد و تنظيم گراستال بودند. در پايان سال 1980 ميلادي در حدود 15000 توربين بادي با ظرفيتي در حدود 1500 مگاوات در كاليفرنيا نصب شد، در اين زمان در آمريكا پشتيباني‌هاي مالي از انرژي باد كاهش يافت، اما دراروپا اين پشتيباني در اوج بود و بعداً‌در هندوستان نيز از اين تكنولوژي حمايت شد.
در سال 1990 ميلادي اروپايي‌ها بر اساس تعرفه‌هاي توليد انرژي‌هاي تجديدپذير از انرژي باد پشتيباني زيادي بعمل آوردند.
به نظر مي‌رسد كه يكي از عوامل افزاينده رشد سريع بكارگيري توربينهاي بادي در بعضي از كشورهاي اروپايي، بخصوص در آلمان و همينطور درهندوستان پشتيباني‌هاي مذكور باشد.
به موازات توسعه بازار فروش، تكنولوژي نيز همچنان در حال پيشرفت بود. تا پايان قرن بيستم بعد از اينكه در بيست سال گذشته موفق به تست توربينهاي مگاواتي نشده بودند، توربين بادي 5/1 مگاوات يك تكنولوژي هنري بحساب مي‌آمد.
وضعيت فعلي:
در ادامه اين بخش نظري اجمالي به وضعيت كنوني انرژي در پايان قرن بيستم در جهان خواهيم داشت در حال حاضر انژي بادي درصد بزرگي از نيازمندي‌هاي جهاني انرژي را مرتفع مي‌كند. درادامه شبكه‌هاي متصل و نيز نيروگاههاي مستقل از شبكه و ظرفيت توليدي آنها را بررسي مي‌كنيم.
اگر مطالعات كنوني را بسط دهيم در‌مي‌يابيم كه 10 درصد از انرژي مورد نياز جهان را در سال 2020 نيروي باد فراهم مي‌آورد كه رقمي جالب توجه است.
بررسي شبكه‌هاي بزرگ توليد انرژي بادي:
از سال 1990 ميلادي به بعد بعلت بهره‌گيري از منابع تكنولوژي‌هاي مدرن، انرژي بادي رشد سريعي داشته است. بهرحال اين رشد در همه جهان يكسان نبوده است به جدول (1-4) نگاه كنيد. در پايان سال 1999 ميلادي در حدود 69 درصد ظرفيت انرژي جهان، در اروپا استفاده شده است حدود 19 درصد در آمريكا شمالي و 10 درصد در آسيا و اقيانوسيه.
اروپا:
بين سالهاي پاياني 1995 تا 1999 در حدود 75 درصد توربينهاي بادي نصب شده درجهان، در اروپا مورد استفاده قرار گرفته‌اند. يكي از روش‌هاي اصلي توسعه، ادامه تعرفه مالياتي ثابت، براي انرژي باد بود كه در آلمان و اسپانيا بيشتر به چشم مي‌خورد.
در جدول (1-5) ظرفيت استحصال نيروي بادي در اروپا را نشان مي‌دهد.
براي به تصوير كشيدن متوسط توربينهاي بادي نصب شده در اروپا اطلاعات دقيقي در دسترس نيست. جدول (1-6) توسعه متوسط بهره‌برداري از توربينهاي بادي در آلمان را در طي سالهاي 1988 تا 1999 ميلادي نمايش مي‌دهد.
همانطور كه از جدول مشخص است متوسط توربينهاي بادي مورد بهره‌برداري در آلمان از 4/143 كيلووات در سال 1989 به 5/935 كيلووات در سال 1999 افزايش يافته است. در نيمه اول 1999 در حدود 57 درصد توربينهاي جديد نصب شده در آلمان از توربينهاي بزرگ (روتور با قطر بزرگتر از 1/48 متر) استفاده كرده‌اند. در جون 1999، توربين (603) مگاواتي (با ظرفيت بزرگتر يا مساوي 1 مگاوات) در آلمان مورد بهره‌برداري قرار گرفت.
اولين پروژههاي ساحلي در دانمارك و هلند و سوئد به اجرا درآمد. به جدول شماره
(1-7) توجه كنيد.
در پروژههاي انرژي بادي ساحلي در دانمارك (DK)، سوئد (SE)، آلمان (DE)، هلند (NL) و انگلستان (UK) مطمئناً اين ارقام در‌آينده نزديك با توسعه انرژي بادي در ساير جاها منجمله در اسپانيا، تركيه و يونان افزايش خواهند يافت.
آمريكاي شمالي
بعد از رشد خيلي سريعي كه در كاليفرنيا در اواسط 1980 ميلادي اتفاق افتاد اين توسعه به طور چشمگيري در آمريكاي شمالي در اواسط 1990 ميلادي كاهش يافت و گاهي توربينهاي جديد جايگزين توربينهاي فرسوده و قديمي مي‌شدند كه ظرفيت توليدي را تا اندازه‌اي بالا ببرند.
در سال 1998 ميلادي دومين رشد سريع در آمريكا شروع شد. در اين زمان پروژههاي بادي توسعه پيدا كرد و با پيشنهادات دولت به منظور اعتبار مالياتي توليدات (PTC) اعتبار 017/0 - 016/0 كيلووات ساعت دلار به پروژههاي نيروي باد براي اولين ده سال استفاده از توربينهاي بادي پرداخت شد بين اواسط 1998 تا 30 جوئن 1999 (پايان اعتبار PTC) بيشتر از 800 مگاوات ژنراتور بادي جديد در آمريكا كه شامل مزارع بادي كاليفرنيا بين 120 و 150 مگاوات مي‌شد، مورد بهره‌برداري قرار گرفت.
اولين پروژه توربين بادي نيز در كانادا اجرا شد. به جدول (1-8) نگاه كنيد.
اندازه انواع توربينهاي بادي نصب شده در شمال آمريكا در پايان سال 1990 ميلادي بين 500 مگاوات و 750 مگاوات بوده است. اولين توربين مگاواتي در سال 1999 نصب شد. همانند اروپا
بهرحال پروژههاي مزارع بادي اغلب بزرگ هستند. پروژههاي نوعي در شمال آمريكا بزرگتر از 50 مگاوات است و بعضي از پروژه‌ها نيز بالاي 120 مگاوات هستند و در اروپا پروژه‌ها اغلب بين 20 و 50 مگاوات هستند اين به دليل شرايط خاص آب و هوايي و زمين در اروپا است. توسعه سريع انرژي بادي، در چندين ايالت در آمريكا موفقيت چشمگيري داشته است. در جدول (1-9) اين اطلاعات را تا پايان 1999 در اختيار قرار مي‌دهد. در آمريكا از استاندارد RPS استفاده مي‌شود.
استاندارد RPS از اول جولاي 2000 به مرحله اجرا گذاشته شده است، انرژي‌هاي بدست آمده از خورشيد، باد، بيوماس، گازهاي زيرزميني با پيلهاي سوختي، سطح پيشرفت 1درصد خواهد داشت تا جولاي 2002 ميلادي و سپس به 3 درصد افزايش تا جولاي 2006 و 6 درصد تا جولاي 2009 خواهد رسيد. به اين برنامه‌ها رشد سبز گفته مي‌شود (برنامه بازار جهت تامين انرژي از منابع تجديد‌شونده را رشد سبز گويند) بعضي از شركت‌ها حاضر به پرداخت تعرفه‌هاي بالايي جهت الكتريسيته سبز و بدست آوردن آن از منابع انرژي سبز از قبيل باد هستند.
آمريكاي جنوبي و مركزي
عليرغم منابع عظيم انرژي بادي در بيشتر نواحي آمريكاي جنوبي و مركزي توسعه انرژي بادي در اين مناطق بسيار آهسته بوده است. اين مي‌تواند به دليل قيمت پايين ديگر منابع انرژي نسبت به نرخ انرژي بادي باشد. بيشتر پروژههاي بادي در آمريكاي جنوبي به وسيله برنامه‌هاي بينالمللي پشتيباني ميشوند.
به هر حال آرژانتين ظرفيت‌هاي توليد انرژي بادي را در سال 1998 ايجاد كرد كه بيانگر علاقه‌مندي اين كشور جهت توليد انرژي الكتريكي از باد است.
در برزيل بعضي از مراكز دولتي شروع به اجراي چندين طرح بادي كرده‌اند اندازه نوعي اين توربين‌ها در حدود 300 كيلووات است. توربينهاي بزرگتر مشكل نصب دارند و شرايط خاص محيطي اجازه استفاده از توربينهاي بزرگ را نمي‌دهد. به عنوان مثال توربينهاي بادي ساحلي مورد استفاده قرار نگرفته‌اند اما پروژه‌هايي با توربينهاي متوسط و كوچك (كوچكتر يا مساوي 30 كيلووات) توسعه پيدا كرده‌اند، درمناطق دور از ساحل در جدول 1-10 آمار و ارقامي در اين مورد ارايه شده است.
آسيا و اقيانوسيه
هندوستان توربينهاي بادي زيادي را از اواسط سال 1990 ميلادي نصب كرده است.
در سال 1992 تا 1993 كه توسعه سريع هند ناميده مي‌شود دولت هند پشتيباني‌هاي زيادي را از انرژي‌هاي نو بعمل آورد. بعنوان مثال: كمترين نرخ مالياتي را به اندازه 100 درصد تخفيف اولين سال اين پروژه‌ها وضع كرد.
و نيز يك سيستم بانكي به نام بانك نيرو راه‌اندازي شد كه در راستاي توليدات الكتريكي مي توانست از بانك براي مدت بالاي يكسال وام بدهد. اين عوامل باعث شد كه انرژي‌هاي تجديدپذير در بين سالهاي 1993 تا 1997 رشد و توسعه زيادي داشته باشد، پس از اين دوره كاهش رشدي را در اين كشور شاهد هستيم. در جدول (1-11) ظرفيت بادي اين كشورها داده شده است.
انرژي بادي در چين پيرو برنامه‌هاي بينالمللي شروع به رشد و توسعه كرده و از آنجايي كه بعضي از دولتمردان چيني سفارش به استفاده از انرژي بادي داشتند رشد آن نسبتاً خوب بوده است. به عنوان مثال برنامه‌اي كه در ايالت پلينينگ تحت عنوان (Ride-the-wind) نام گرفت.
در بين سالهاي 1994 تا 2004 بانك جهاني از پنج پروژه بادي با مجموع ظرفيت نصب 190 مگاوات در چين پشتيباني مي‌كند.
در ژاپن، پروژههاي مختلف و توربينهاي بادي متفاوت مورد تست و آزمايش قرار گرفت و باعث پيشرفت اين تكنولوژي شد. در پايان سال 1990 ميلادي پروژههاي تجاري انرژي باد در جزيره هوكايدو و اوكيناوا شروع شد.
در همان سال، پروژههاي انرژي باد همچنين در نيوزيلند و استراليا به مرحله اجرا درآمد.
مهمترين عامل در گسترش و توسعه انرژي بادي دراستراليا در برنامه‌هاي رشد سبز اجرا مي‌شود.
در چين و هندوستان، توربينهاي بادي بيشتر در حدود 300 كيلووات نصب شدند، بهرحال بعضي از توربينهاي بادي
600-500 كيلووات نيز در اين كشورها نصب شد. در استراليا، ژاپن و نيوزيلند محدوده 600-500 كيلووات مورد استفاده قرار گرفت.
خاورميانه و آفريقا
تكنولوژي انرژي بادي در آفريقا به كندي پيشرفت كرده است. بيشتر پروژه‌ها توسط سازمانهاي بينالمللي و دولتي پشتيباني ميشوند و تعداد محدودي از آنها توسط بخش خصوصي دنبال ميشوند.
دولت مصر تمايل به استفاده از انرژي‌هاي تجديد پذير داشته ونزديك شهر زفرانا توربين‌هايي براي توليد 600 مگاوات نصب كرده است و پروژههاي بعدي در موركو با ظرفيت 250 مگاوات است.
همچنين در اردن نيروگاه 25 مگاوات نصب شده است و نوع توربينهاي بادي استفاده شده در اين منطقه در حدود 300 كيلووات است و اما پروژههاي آينده در حدود استفاده از 600-500 كيلووات است. جدول (1-12) ظرفيت توليدي كشورهاي خاورميانه و آفريقا را نشان مي‌دهد.
امروزه وزارت جهاد سازندگي مشغول مطالعه و تحقيق و اجراء بعضي از پروژههاي مستقل از شبكه در مناطق مختلف ايران منجمله دشت ديزباد خراسان است.
ظرفيت انرژي بادي
اغلب، انرژي بادي در زمينه‌هاي پتانسيل تئوري قابل دستيابي از آن مورد بحث و ارزيابي قرار مي‌گيرد. مطالعات پتانسيل انرژي بادي نشان مي‌دهد كه منابع بادي در دنيا فراوان هستند. مثلاً دريافته‌اند كه پتانسيل ساحلي مفيد در سيستم‌هاي آبي اروپا به تنهايي در حدود Twh/year2500 (تريليون وات ساعت بر سال) است. اين در حدود 85 درصد مصرف اروپا در سال 1997 است.
نتيجه مي‌گيريم منابع انرژي بادي مورد مطالعه بستگي دارند به كيفيت داده‌هاي انرژي باد همانطور با اتخاذ تكنولوژي بهتر و فضاي مورد نياز، بهر حال اين خيلي مهم است كه بدانيم پتانسيل بادي زمين مي‌تواند نقش موثر و مهمي را در تمامي نقاط زمين ايفا كند.
ظرفيت دقيق نصب شده توربينهاي بادي اندازه كوچك يا سيستم‌هاي مستقل از شبكه اطلاعات جامعي در دست نيست. اطلاعات منطقه‌اي اغلب محدود است.
به عنوان مثال، چين مدعي است كه بيش از 110000 توربين بادي كوچك
(w200-50) نصب كرده است، اين توربين‌ها جهت تامين نيروي مورد نياز عشاير دامدار و يا كشاورزان مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
كارشناسان پيش‌بيني مي‌كنند كه بكارگيري سيستم‌هاي مستقل از شبكه، در آينده نزديك رشد سريعي خواهد داشت. با برنامه‌ريزي جهت تامين الكتريسيته روستايي در قسمت‌هاي مختلف جهان اين رشد عملي خواهد بود، در برزيل، مكزيك، اندونزي، فيليپين و آفريقاي جنوبي برنامه‌هاي مشابهي دارند كه از توليد انرژي محلي پشتيباني مي‌كند.
در ايران با توجه به سوابق تاريخي آن پتانسيل استفاده از انرژي بادي و نيروگاههاي مستقل از شبكه بسيار بالا است.
در سال 1348 سازمان جنگلها و مراتع كشور اقدام به خريد يك تلمبه بادي از كمپاني سويترن كراس استراليا كرد كه در سال 1349 در منطقه زرند ساوه نصب شد، اين سازمان در سال 1350 سه دستگاه ديگر از اين تلمبه را در استان فارس نصب كرد و تاكنون بيش از 200 دستگاه در نقاط مختلف كشور نصب شده‌اند و بعد از انقلاب به همت دفتر فني مرتع، تلمبه‌هاي با قطر دايره گردش پره‌هاي 4/2 متري در ايران ساخته شده و مورد بهره‌برداري قرار گرفته است.
سازمان حفاظت محيط‌زيست بر سر بعضي از چاههاي پارك ملي (اين پارك در غرب كوير مركزي و در شرق درياچه نمك به فاصله 50 كيلومتري جنوب شرقي تهران) قرار دارد براي استفاده وحوش و حيوانات وحشي تعدادي تلمبه بادي نصب كرده، چهار تلمبه 8/1 متري هم در مباركه چاه قرقره، دوراهي سنگ فروشي و جنوب چخماقه در حال كار هستند.
ايران همچنانكه اشاره شد مبتكر استفاده از توربينهاي بادي بوده است در شمال ايران جمعاً 10 توربين بادي بزرگ نصب شده است كه عبارتند از دو توربين 500 كيلوواتي، يكي در منجيل و ديگري در رودبار و 8 توربين 300 كيلوواتي در رودبار كه همگي ساخت كمپاني نوردتنك دانمارك است و توسط سازمان انرژي اتمي ايران خريداري و نصب شده‌اند. طرح‌هاي در دست اجراي سازمان انرژي‌هاي نو ايران (سانا) در مورد پروژههاي بادي:
- پروژه 250 مگاواتي تحت نظر
- پروژه 60 مگاواتي، انتقال تكنولوژي از كشور ژاپن
- انتخاب محل مناسب ساخت مزرعه توربينهاي بادي به ظرفيت 60 مگاوات
- جهت آمار لحظه‌اي باد در منطقه رودبار و منجيل
بررسي نيروگاههاي بادي مستقل از شبكه
نيروگاههاي بادي مستقل از شبكه اغلب جهت مناطق دوردست يا كاربردهاي تكنيكي دور از شبكه استفاده ميشوند، بعنوان مثال براي سايت‌هاي راداري و ايستگاههاي مخابراتي استفاده ميشوند.
توربينهاي بادي مورد استفاده جهت اينگونه مصارف بين چند وات تا 50 كيلووات مي‌توانند باشند.
براي روستاها يا سيستم‌هاي الكتريكي زراعتي، توربينهاي بادي بالاي 300 كيلووات به همراه تركيبي از ديزل ژنراتور يا بعضي مواقع سيستم‌هاي ذخيره باطري مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
نيروگاههاي بادي مستقل از شبكه همچنين اغلب در نقاط مختلف جهان براي توليد نيروي مكانيكي لازم جهت پمپاژ آب مصرفي و آب كشاورزي يا براي پمپاژ نفت مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
عرضه و تقاضاي انرژي در جهان به صورت يكي از مهمترين مسائل روز درآمده است . به طوري كه جهان تا پايان قرن بيستم و حتي بعد از آن بطور جدي درگير آن خواهد بود. انرژي هاي فسيلي مانند نفت ، گاز و زغال سنگ سرانجام روزي به پايان خواهد رسيد و با پايان گرفتن آنها تمدن بشري كه بستگي مستقيم به انرژي دارد دچار يك چالش جديد بزرگ خواهد شد. اين امر سبب شده است كه كشورهاي توسعه يافته صنعتي با جديت هرچه تمامتر استفاده از ساير انرژي هاي موجود در طبيعت و بخصوص انرژي هاي نو را مورد توجه قرار دهند. در اين بين انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجديدپذير از نظر جغرافيايي گسترده و در عين حال به صورت پراكنده و غيرمتمركز و تقريبا هميشه در دسترس است . انرژي باد طبيعتي نوساني و متناوب داشته و وزش دايمي ندارد. هزاران سال است كه انسان با استفاده از آسياب هاي بادي ، تنها از جزء كوچكي از آن استفاده مي كند. اين انرژي تا پيش از انقلاب صنعتي به عنوان يك منبع انرژي ، بطور گسترده يي مورد بهره برداري قرار مي گرفت ولي در دوران انقلاب صنعتي ، استفاده از سوخت هاي فسيلي به دليل ارزاني و قابليت اطمينان بالا، جايگزين انرژي باد شد. در اين دوره توربين هاي بادي قديمي ديگر از نظر اقتصادي قابل رقابت با بازار انرژي هاي نفت و گاز نبودند. تا اينكه در سال هاي 1973 و 1978 دو شوك بزرگ نفتي ، ضربه بزرگي به اقتصاد انرژي هاي حاصل از نفت و گاز وارد آورد. به اين ترتيب هزينه 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 دورافتاده شد. همچنين در سال هاي اخير، مشكلات زيست محيطي و مسائل مربوط به تغييرات آب و هوايي 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 نصب به شبكه سراسري متصل گرديد، بعد از مدت كوتاهي اولين مزرعه برق بادي چند مگاواتي در امريكا نصب و به بهره برداري رسيد. در پايان سال 1990 ظرفيت دوربين هاي برق بادي متصل به شبكه در جهان به ذث 200 رسيد كه توانايي توليد سالانه ع نپ3200 برق را داشته كه تقريبا تمام اين توليد مربوط به ايالت كاليفرنيا امريكا و كشور دانمارك بود. امروز كشورهاي ديگر نظير هلند، آلمان ، بريتانيا، ايتاليا و هند برنامه هاي ملي و ويژه يي را در جهت توسعه و عرضه تجاري انرژي باد آغاز كرده اند. در طي دهه گذشته ، هزينه توليد انرژي با كمك توربين هاي بادي بطور قابل ملاحظه يي كاهش يافته است . در حال حاضر توربين هاي بادي از كارايي و قابليت اطمينان بيشتري در مقايسه با 15 سال پيش برخوردارند. با اين همه استفاده وسيع از سيستم هاي مبدل انرژي باد هنوز آغاز نگرديده است . در مباحث مربوط به انرژي هاي باد، بيشتر تاكيدات بر توربين هاي بادي مولد برق جهت اتصال به شبكه است ، زيرا اين نوع از كاربرد انرژي باد مي تواند سهم مهمي در تامين برق مصرفي جهان داشته باشد. براساس برنامه سياست هاي جاري ، تخمين زده مي شود كه سهم انرژي باد در تامين انرژي جهان در سال 2020 تقريبا برابر با ع نخ375 در سال خواهد بود. اين ميزان انرژي با استفاده توربين هاي بادي ، به ظرفيت مجموع ننپ180 توليد خواهد گرديد. اما در قالب برنامه ضرورت هاي زيست محيطي سهم اين انرژي در سال 2020 بالغ بر ع نخ 970 در سال خواهد بود، كه با استفاده از توربين هاي بادي به ظرفيت مجموع ذپ470 توليد خواهد شد. بطور كلي با استفاده از انرژي باد، به عنوان يك منبع انرژي در درازمدت مي توان دو برابر مصرف انرژي الكتريكي فعلي جهان را تامين كرد، به علاوه بازار تامين انرژي يك بازار رقابتي است كه در آن توليد برق از نيروگاه هاي بادي در مقايسه با نيروگاه هاي سوخت فسيلي برتري هاي جديدي را پيش روي دست اندركاران بخش انرژي قرار داده است . همچنين فعاليت هاي گسترده تعدادي از كشورهاي جهان براي توليد الكتريسيته از انرژي باد، سرمشقي براي ديگر كشورهايي است كه در اين زمينه راه درازي در پيش دارند. بسياري از منابع اقتصادي در حال رشد، در منطقه آسيا واقع شده اند. اقتصاد روبه رشد كشورهاي آسيايي از جمله ايران باعث شده تا اين كشورها بيش از پيش به توليد الكتريسيته احساس نياز كرده و اقدام به توليد الكتريسيته از منابع غيرفسيلي كنند. افزون بر اين موارد، نبود شبكه برق سراسري در بسياري از بخش هاي روستايي در كشورهاي آسيايي ، مهر تاييد بر سيستم هاي توليد الكتريسيته از انرژي باد زده است . در خصوص دورنماي آينده اقتصادي استفاده از انرژي باد در ايران مي بايست گفت استفاده از اين انرژي موجب صرفه جويي فرآورده هاي نفتي به عنوان سوخت مي شود. صرفه جويي حاصله در درجه اول موجب حفظ فرآورده هاي نفتي گشته كه امكان صادرات و مهمتر اينكه تبديل آن را به مشتقات بسيار زياد پتروشيمي با ارزش افزوده بالا فراهم مي سازد. در درجه دوم توليد الكتريسيته از اين انرژي فاقد هرگونه آلودگي زيست محيطي بوده كه همين عامل كمك شاياني به حفظ محيط زيست بشري نموده و در نتيجه مسير براي نيل به توسعه پايدار اقتصادي اجتماعي فراهم مي گردد.
اولین کشوری که در دنیا از انرژی باد برای مصارف کشاورزی استفاده کرد ایران بود که در این زمینه سابقه ای بیش از 2500 تا 3000 سال دارد استفاده از این انرژی بعداً از طریق ایران به دیگر سرزمین های اسلامی راه یافت و سپس اروپا و قاره امریکا و سایر نقاط جهان انرژی باد را مورد استفاده قرار دادند که در مصارف مختاف مانند پمپاژ آب وآبیاری ـ آسیاب نمودن غلات ـ تولید الکتریسیته ـ استفاده مکانیکی نظیر ارّه نمودن چوب و صنایع دستی و غیره به خدمت گرفته شد و بطور وسیعی مورد بهره برداری قرار گرفت.
کشور هلند در قرن 14 پیشرفته ترین کشور در این زمینه بود و از این انرژی جهت آبیاری استفاده می نمود اما دانمارکی ها اولین ملتی بودند که در زمینه تولید الکتریسیته از انرژی باد اقدام نمودند. این کشور در سال 1890 از یک دستگاه توربین بادی جهت تولید الکتریسیته استفاده می نمود.
با اغاز قرن بیستم اندیشه استفاده از انرژی باد و تبدیل آن به انرژی الکتریکی قوت گرفت و کشورهایی نظیر فرانسه ـ انگلیس ـ آلمان و امریکا و روسیه کوشش زیادی جهت توسعه توربین های بادی به عمل آوردند. در مباحث مربوط به انرژی باد بیشتر تاکیدات بر توربین های بادی مولد برق جهت اتصال به شبکه است؛ زیرا این نوع از کاربرد انرژی بادمی تواند سهم مهمی در تامین برق مصرفی جهان داشته باشد. تخمین زده می شود که سهم انرژی باد در تامین انرژی جهان در سال 2020 تقریباً برابر با Twh 375 درسال خواهد بود این میزان انرژی با استفاده از توربین های بادی به ظرفیت مجموع Gw 180 (گیگا وات) تولید خواهد بود . بطور کلی با استفاده از انرژی باد بعنوان یک منبع انرژی در دراز مدت می توان دو برابر مصرف انرژی الکتریکی فعلی را تامین کرد.
منشاء باد چیست و چگونه به وجود می آید؟
هنگامی که تابش خورشید بطور نامساوی به سطوح ناهموار زمین می رسد سبب ایجاد تغییرات در دما و فشار می گردد و در اثر این تغییرات باد بوجود می اید هم چنین اتمسفر کره زمین به دلیل حرکت وضعی زمین گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که این امر باعث بوجود آمدن باد می گردد. جریانات اقیانوسی و دوران کره زمین نیز می تواند با ایجاد پدیده هائی باد تولید نمایند. پس همانطور که گفته شد باد یکی از صورت های مختلف انرژی حرارتی خورشیدی است که دارای یک الگو جهانی نیمه پیوسته می باشد. در بازار توربین های بادی 58 مدل توربین وجود دارد که از این 58 مدل فقط 4 مدل آن بدون گیربکس هستند.
مزایای بهره برداری از انرژی باد
انرژی باد نیز مانند سایر منابع انرژی تجدیدپذیر از ویژگی ها و مزایای بالاتری نسبت به سایر منابع انرژی برخوردار است اهم این مزایا عبارت است از:
1- عدم نیاز توربین های بادی به سوخت که در نتیجه از مصرف سوخت های فسیلی کاسته میشود
2- رایگان بودن انرژی باد
3- توانائی تامین بخشی از انرژی برق
4- کمتربودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد نسبت به انرژی های فسیلی
5- کمتر بودن هزینه های سرمایه گذاری انرژی باد در بلند مدت
6- تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرزی
7- قدرت مانور زیاد جهت بهره برداری در هر ظرفیت و اندازه از چند وات تا چندین مگاوات
8- عدم نیاز به آب و زمین زیاد برای نصب
9- نداشتن الودگی محیط زیست نسبت به سوخت های فسیلی
دورنمای اقتصادی استفاده از انرژی باد در ایران امیدبخش و در حال توسعه است زیرا استفاده از این انرژی موجب صرفه جویی فرآورده های نفتی می شود. در طی دهه گذشته در بسیاری از کشورها مطالعاتی جهت تخمین منابع انرژی باد در دسترس در هر منطقه انجام گرفته که خوشبختانه با تلاش سازمان انرژی های نو تهیه اطلس باد کشور به عنوان یکی از مهمترین پروژه های جاری آن سازمان در حال اجرا است که در انتخاب محل نصب توربین های بادی با راندمان بالا به سرمایه گذاران در این صنعت کلکهای اقتصادی قابل توجهی می نماید.
همچنین با بالا رفتن نرخ خرید برق از منابع انرژی های تجدیدپذیر از بخش خصوصی در ساعت اوج مصرف از 650 ریال به هزار وسیصد ریال در ساعت کم بار از 450 ریال به 900 ریال افزایش یافته که سرمایه گذاران این صنعت سود لازم را کسب خواهند نمود. در مولدهای بادی باید روشی ابداع شود که بتوان انرژی تولید شده را در مواقعی که تولید بیشتر از حد مصرف است را برای استفاده از ساعات اوج مصرف ذخیره کرد به عبارت دیگر جریان متغییر باد را به یک منبع ثابت و همیشگی انرژی تبدیل ساخت. امروزه ذخیره کردن انرژی باد از طریق استفاده از باطری خانه صورت میگیرد و بطرق دیگری هم می توان این انرژی را ذخیره نمود.
مزارع بادی
معمولاً به چندین توربین بادی متمرکز در فضای وسیعی که با محاسباتی کنار هم قرار میگیرند و جهت تامین انرژی که از طریق شبکه برق توزیع می شود طراحی شده اند مزارع بادی گفته می شود. توربین های بادی منفرد بمنظور تامین انرژی مصرفی بار الکتریکی در محل طراحی می گردند که اندازه معمولی این توربین ها بین 50 تا 500 کیلو وات است و 650 کیلو واتی این توربین ها در ایران نصب گردیده. در امریکا ـ دانمارک ـ هلند ـ آلمان به افراد اجازه داده می شود که توربین های بادی در تملک خود را به شبکه وصل نموده و تولید اضافی خود را به سازمان برق محلی بفروشند.
ظرفیت توربین های بادی نصب شده در دنیا به بیش از 74223 مگا وات رسیده است و کشورهای آلمان ـ اسپانیا و امریکا حائز رتبه اول تا سوم نصب بیشترین توربین های بادی در دنیا هستند کشور ما به لحاظ شمار مناطق باد خیز رتبه اول را بین کشورهای منطقه بخود اختصاص داده است . منجیل گیلان ـ دیزباد و بینالود خراسان رضوی و جرندق قزوین و برخی مناطق دیگر از مناطق بادخیز شناخته شده ایران هستند با مطالعات انجام شده میزان برق قابل استحصال از انرژی باد در ایران بیش از 10000 مگا وات تخمین زده شده است. به دلیل پتانسیل بالای کشور در وزش باد و هم سو با دیگر کشور ها تعریف و اجرای پروژه های بادی در دستور کار سازمان انرژی های نو ایران قرار گرفته است. اولین نیروگاه بادی کشور در منطقه منجیل با ظرفیت نصب شده بیش از صد مگا وات هدف به دست آوردن دانش فنی و تولید برق از انرژی باد و ایجاد بازار داخلی توربین های بادی تعریف شده است. تا کنون بیش از صد واحد توربین بادی در سایت نیروگاهی منجیل شامل منجیل ـ پسکولان ـ هرزویل ـ رودبار و بابائیان نصب و مورد بهره برداری قرارگرفته است توربین ها با توان های مختلف از 300 تا 650 کیلو وات می باشند.
