فرآیند تولید برق از انرژی باد عمدتا شامل مراحل زیر است
اصول اساسی انرژی باد
انرژی باد به انرژی مکانیکی تبدیل میشود
تولید برق از انرژی باد با استفاده از انرژی جنبشی باد برای چرخاندن پرههای توربین بادی انجام میشود. هنگامی که باد از 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 رایج، طراحی پره شبیه بال هواپیما است. هنگامی که باد از پره میگذرد، به دلیل سرعت مختلف جریان هوا روی سطوح بالایی و پایینی پره، نیروی بالابر و مقاومت ایجاد میشود و نیروی بالابر پره را به چرخش میاندازد.
انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل میشود
چرخش پرهها از طریق محور متصل به مرکز پره به ژنراتور منتقل میشود. روتور داخل ژنراتور خطوط مغناطیسی را در یک میدان مغناطیسی چرخان قطع میکند و یک القای الکتروموتوری ایجاد میکند که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند.
به عنوان مثال، در ژنراتور همزمان، روتور معمولاً شامل یک مغناطیس دائمی یا پیچان اغتشاشی است که با چرخش روتور یک القای الکتروموتوری متناوب در پیچان استاتور ایجاد میکند. از طریق ترانسفورماتور، ولتاژ خروجی ژنراتور به سطح ولتاژ مناسب برای انتقال به شبکه بالا رفته و سپس انرژی الکتریکی به شبکه منتقل میشود.
مؤلفههای سیستم انرژی باد
مجموعه توربین بادی
شامل چرخ باد (پره، مرکز چرخ و سیستم پره متغیر)، محور، گیربکس (برخی توربینهای بادی مستقیم گیربکس ندارند)، ژنراتور، سیستم یویو، سیستم ترمز و سیستم کنترل.
توربین بادی یک مؤلفه 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 یویو اجازه میدهد توربین بادی همیشه با جهت باد همخط شود تا حداکثر انرژی باد گرفته شود. سیستم ترمز برای توقف عملیات توربین بادی در مواقع اضطراری استفاده میشود. سیستم کنترل مسئول نظارت و کنترل مؤلفههای 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 داشته باشند؛ در مناطق کوهستانی یا مناطق با توپوگرافی پیچیده، ارتفاع برج ممکن است محدود باشد.
سیستم انتقال و توزیع برق
شامل ترانسفورماتورها، دستگاههای کلیدزنی، کابلها و غیره، برای بالا بردن ولتاژ برق تولید شده توسط توربین بادی و انتقال آن به شبکه.
ترانسفورماتورها ولتاژ پایین خروجی ژنراتور را به سطح ولتاژ مناسب برای انتقال به شبکه بالا میبرند، دستگاههای کلیدزنی برای کنترل انتقال و توزیع انرژی الکتریکی استفاده میشوند و کابلها مسئول انتقال انرژی الکتریکی از توربین بادی به ترانسفورماتور و شبکه هستند.
راهکار استفاده از انرژی باد به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر
ادغام در شبکه
استفاده رایجترین انرژی باد ادغام آن در شبکه برای فراهم کردن انرژی تمیز و تجدیدپذیر به سیستم برق است. وقتی برق تولید شده توسط توربین بادی توسط سیستم انتقال و تبدیل بالا برده میشود، از طریق شبکه به مشتریان ارسال میشود.
شبکه برق میتواند منابع تولید برق مختلف مناطق و انواع مختلف را یکپارچه و به کار گیرد تا تقاضای کاربران را برآورده کند. به عنوان یک منبع انرژی ناپایدار، انرژی باد نیاز به ترکیب با روشهای تولید برق پایدار دیگر (مانند تولید برق حرارتی، آبی) دارد 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 ادغام شود و برق را برای منطقه اطراف و حتی کشور کلی فراهم کند.
تولید پخششده
علاوه بر ادغام در شبکههای برق بزرگ، انرژی باد میتواند در سیستمهای تولید پخششده نیز استفاده شود. تولید پخششده باد معمولاً نزدیک به کاربران، مانند کارخانهها، مدارس، جوامع و غیره نصب میشود تا یک تأمینکننده مستقل برق یا به عنوان یک منبع برق پشتیبان ارائه دهد.
سیستم تولید پخششده باد میتواند ضایعات برق در فرآیند انتقال را کاهش دهد و کارایی استفاده از انرژی را افزایش دهد. همچنین میتواند قابلیت اطمینان و پایداری سیستم برق را افزایش دهد و وابستگی به شبکه متمرکز را کاهش دهد.
به عنوان مثال، برخی مناطق دورافتاده یا جزایر میتوانند توربینهای بادی کوچکی نصب کنند تا برق را به ساکنان محلی ارائه دهند و مشکل عدم دسترسی یا کمبود برق را حل کنند.
ادغام فناوری ذخیرهسازی انرژی
به دلیل ناپایداری تولید برق از انرژی باد، برای بهترین استفاده از منابع باد، تولید برق از انرژی باد میتواند با فناوریهای ذخیرهسازی انرژی ترکیب شود. سیستم ذخیرهسازی انرژی میتواند انرژی الکتریکی اضافی را هنگامی که تولید برق از انرژی باد بالا است ذخیره کند و هنگامی که تولید برق از انرژی باد پایین یا بدون باد است، انرژی الکتریکی را آزاد کند تا نیازهای برق کاربران را برآورده کند.
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 از انرژی باد پاسخ 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 ذخیرهسازی آن استفاده کنند و هنگام نیاز آن را آزاد کنند تا برق تولید کنند.
سیستم تکمیلی چند انرژی
انرژی باد میتواند با سایر منابع انرژی تجدیدپذیر (مانند انرژی خورشیدی، آبی و غیره) و منابع انرژی سنتی (مانند تولید برق با گاز طبیعی و غیره) ترکیب شود تا یک سیستم تکمیلی چند انرژی تشکیل دهد تا استفاده موثر از انرژی و تأمین پایدار را به دست آورد.
سیستم تکمیلی چند انرژی میتواند مزایای مختلف منابع انرژی را به خوبی به کار گیرد و نقاط ضعف منابع انرژی تکی را جبران کند. به عنوان مثال، تولید برق از انرژی خورشیدی و انرژی باد در زمانهای مختلف تا حدی مکمل یکدیگر هستند. انرژی خورشیدی در روز کافی است و باد ممکن است در شب بیشتر باشد و با ترکیب و برنامهریزی مناسب میتوان تأمین برق پایدار در تمام ساعات روز را به دست آورد. همچنین، منابع انرژی سنتی میتوانند به عنوان منبع برق پشتیبان عمل کنند و هنگامی که منابع انرژی تجدیدپذیر کافی نیستند، پشتیبانی برق ارائه دهند.
