فرایند تولید برق از انرژی باد عمدتا شامل مراحل زیر است
اصول پایهای انرژی باد
انرژی باد به انرژی مکانیکی تبدیل میشود
تولید برق با استفاده از انرژی باد، از انرژی جنبشی باد برای چرخاندن پرههای توربین بادی استفاده میکند. هنگامی که باد از طریق پرههای توربین بادی میگذرد، شکل و زاویه خاص پرهها انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی چرخشی پرهها تبدیل میکند.
به عنوان مثال، در توربین بادی سهپرهای معمولی، طراحی پره شبیه بال هواپیما است و هنگامی که باد از طریق پره میگذرد، به دلیل تفاوت سرعت جریان هوا در روی و پشت پره، نیروی بالابرنده و مقاومت ایجاد میشود و نیروی بالابرنده پره را میچرخاند.
انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل میشود
چرخش پرهها از طریق محوری که به مرکز توربین متصل است به ژنراتور منتقل میشود. روتر داخل ژنراتور خطوط مغناطیسی در یک میدان مغناطیسی چرخان را قطع میکند و یک القای الکترومغناطیسی ایجاد میکند که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند.
به عنوان مثال، در یک ژنراتور همزمان، روتر معمولاً از یک مغناطیس دائمی یا یک پیچش تحریک کننده تشکیل شده که با چرخش روتر یک القای الکترومغناطیسی متناوب در پیچش استاتور ایجاد میکند. از طریق ترانسفورماتور، ولتاژ خروجی ژنراتور به سطح ولتاژ مناسب برای انتقال به شبکه افزایش مییابد و سپس انرژی الکتریکی به شبکه منتقل میشود.
آرایه سیستم انرژی باد
مجموعه توربین بادی
شامل چرخ باد (پره، مرکز چرخ و سیستم پره متغیر)، محور، گیربکس (برخی توربینهای بادی مستقیم بدون گیربکس هستند)، ژنراتور، سیستم یو، سیستم ترمز و سیستم کنترل.
توربین بادی جزء کلیدی در گرفتن انرژی باد است و شکل و طول پره تعیینکننده کارایی گرفتن انرژی باد توسط توربین بادی است. گیربکس برای تبدیل سرعت پایین توربین بادی به سرعت بالای لازم برای ژنراتور استفاده میشود. سیستم یو اجازه میدهد توربین بادی همواره با جهت باد همسو شود تا حداکثر گرفتن انرژی باد را تضمین کند. سیستم ترمز برای توقف عملیات توربین بادی در مواقع اضطراری استفاده میشود. سیستم کنترل مسئول نظارت و کنترل اجزای مختلف توربین بادی برای تضمین عملکرد ایمن و پایدار آن است.
برج
برای پشتیبانی از توربینهای بادی تا بتوانند در ارتفاعات کافی بیشتر انرژی باد را گرفته شود. ارتفاع برج معمولاً بر اساس منابع باد محلی و شرایط توپوگرافی تعیین میشود.
به عنوان مثال، در مناطق صاف و باز، برجها میتوانند نسبتاً بلند باشند تا سرعت باد قویتری را دریافت کنند؛ در مناطق کوهستانی یا مناطق با توپوگرافی پیچیده، ارتفاع برج ممکن است محدود شود.
سیستم انتقال و توزیع برق
شامل ترانسفورماتورها، دستگاههای تغییر جهت، کابلها و غیره که برای افزایش ولتاژ برق تولید شده توسط توربین بادی و ارسال آن به شبکه استفاده میشوند.
ترانسفورماتورها ولتاژ پایین خروجی ژنراتور را به سطح ولتاژ مناسب برای انتقال به شبکه افزایش میدهند، دستگاههای تغییر جهت برای کنترل انتقال و توزیع انرژی الکتریکی استفاده میشوند و کابلها مسئول انتقال انرژی الکتریکی از توربین بادی به ترانسفورماتور و شبکه هستند.
روشی برای استفاده از انرژی باد به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر
همگرایی با شبکه
شایعترین استفاده از انرژی باد، همگرایی آن با شبکه برای ارائه انرژی تمیز و تجدیدپذیر به سیستم برق است. وقتی برق تولید شده توسط توربین بادی توسط سیستم انتقال و تغییر ولتاژ افزایش مییابد، از طریق شبکه به مشتریان ارسال میشود.
شبکه برق میتواند منابع تولید برق مختلف مناطق و انواع مختلف را یکپارچه کرده و به منظور تأمین نیاز مشتریان مدیریت کند. به عنوان یک منبع انرژی ناپایدار، انرژی باد باید با سایر روشهای تولید برق پایدار (مانند تولید برق حرارتی، برق آبی و غیره) ترکیب شود تا عملکرد پایدار شبکه تضمین شود.
به عنوان مثال، در مناطق غنی از منابع باد، میتوان فارمهای بادی بزرگی ساخت تا انرژی باد به شبکه یکپارچه شود و برق برای منطقه اطراف و حتی کشور کلی تأمین شود.
تولید پراکنده
به غیر از همگرایی با شبکههای بزرگ برق، انرژی باد میتواند در سیستمهای تولید پراکنده نیز استفاده شود. تولید پراکنده باد معمولاً نزدیک به کاربران نصب میشود، مانند کارخانهها، مدارس، جوامع و غیره، برای ارائه یک تامین کننده برق مستقل یا به عنوان یک منبع برق پشتیبان.
سیستم تولید پراکنده باد میتواند از اتلاف برق در فرایند انتقال کاهش دهد و کارایی استفاده از انرژی را افزایش دهد. همزمان، میتواند قابلیت اطمینان و پایداری سیستم برق را افزایش داده و وابستگی به یک شبکه متمرکز را کاهش دهد.
به عنوان مثال، در برخی مناطق دورافتاده یا جزایر میتوان توربینهای بادی کوچک نصب کرد تا برق را به ساکنان محلی ارائه کند و مشکل عدم دسترسی یا کمبود برق را حل کند.
همگرایی با فناوری ذخیرهسازی انرژی
به دلیل ناپایداری تولید برق با استفاده از انرژی باد، برای بهترین استفاده از منابع باد، میتوان تولید برق با فناوریهای ذخیرهسازی انرژی ترکیب کرد. سیستمهای ذخیرهسازی انرژی میتوانند انرژی الکتریکی اضافی را در زمانی که تولید برق بادی بالا است ذخیره کرده و در زمانی که تولید برق بادی پایین یا صفر است، انرژی الکتریکی را آزاد کنند تا نیازهای برق کاربران را تأمین کنند.
فناوریهای ذخیرهسازی انرژی رایج شامل ذخیرهسازی انرژی با باتری، ذخیرهسازی با پمپاژ، ذخیرهسازی با هوا فشرده و غیره هستند. به عنوان مثال، سیستمهای ذخیرهسازی انرژی با باتری میتوانند به تغییرات سریع تولید برق بادی واکنش نشان دهند و انرژی الکتریکی را ذخیره و آزاد کنند؛ نیروگاههای پمپاژ میتوانند از برق اضافی تولید شده توسط انرژی باد برای پمپاژ آب به ارتفاع بالا و ذخیره آن استفاده کنند و در زمان نیاز آن را آزاد کنند تا برق تولید کنند.
سیستم مکمل چند انرژی
انرژی باد میتواند با سایر منابع انرژی تجدیدپذیر (مانند انرژی خورشیدی، برق آبی و غیره) و منابع انرژی سنتی (مانند تولید برق با گاز طبیعی و غیره) ترکیب شود تا یک سیستم مکمل چند انرژی تشکیل دهد و به استفاده کارآمد و تأمین پایدار انرژی دست یابد.
سیستم مکمل چند انرژی میتواند از مزایای مختلف منابع انرژی بهرهبرداری کند و نقصهای منابع انرژی تکجانبه را جبران کند. به عنوان مثال، تولید برق خورشیدی و بادی در زمان دارای تکمیلیتی معینی هستند، انرژی خورشیدی در روز کافی است و باد ممکن است شب بیشتر باشد، و از طریق تنظیم و برنامهریزی مناسب میتوان تامین برق پایدار ۲۴ ساعته را به دست آورد. همزمان، منابع انرژی سنتی میتوانند به عنوان منابع برق پشتیبان عمل کنند و در زمانی که منابع انرژی تجدیدپذیر کافی نیستند، پشتیبانی برق ارائه دهند.
