بهره برداری از انرژی باد توسط توربینهای بادی تفکر بسیار قدیمی میباشد. مثلاً سیستمهای اولیه انرژی باد در چین باستان و خاور نزدیک زمانهای طولانی بکار گرفته میشدند. یک دوره نیز در قرن پانزدهم که فعالیتهای اقتصادی در اروپای غربی افزایش پیدا کرد از توربینهای بادی جهت تأمین نیروی مکانیکی برای پمپاژ آب و آسیاب غلات استفاده میکردند. امروزه گستره فعالیتها و کاربرد توربینهای بادی طیف وسیعی از صنایع را تحت پوشش قرار میدهد مثلاً برای پمپاژ آب یا شارژ باتری از این توربینها استفاده میشود. از نظر عملکردی در توربینهای بادی انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل میگردد.
این توربینها را میتوان جهت استفاده بهینه و تولید بیشتر قدرت با سلولهای خورشیدی (فتوولتائیک) نیز ترکیب نمود. در حال حاضر بیشترین ظرفیت توربینهای بادی نصب شده در چند دهه گذشته از نوع متصل به شبکه بوده است. البته گاهی اوقات در نواحی دور افتاده از توربینهای بادی منفصل از شبکه نیز استفاده شده است. شارژ باتری و تولید انرژی مکانیکی جهت پمپاژ آب نیز از نمونه کاربردهای دیگر توربینهای بادی میباشد. سیستمهای شارژ باتری و پمپهای بادی با وجود کوچک بودن از اهمیت ویژهای برخوردارند.
نواع توربین های بادی
۱) توربینهای بادی با محور چرخش عمودی
این توربینها از دو بخش اصلی تشکیل شدهاند: یک میله اصلی که رو به باد قرار میگیرد و میلههای عمودی دیگر که عمود بر جهت باد کار گذاشته میشوند. این توربینها شامل قطعاتی با اشکال گوناگون بوده که باد را در خود جمع کرده و باعث چرخش محور اصلی میگردد. ساخت این توربینها بسیار ساده بوده و همچنین بازده پایین نیز دارند. عمدهترین توربینهای بادی محور عمودی عبارتند (ساوینیوس داریوس، صفحهای و کاسهای). در این نوع توربینها در یک طرف توربین، باد بیشتر از طرف دیگر جذب میشود و باعث میگردد که سیستم لنگر پیدا کرده و بچرخد. یکی از مزایای این سیستم وابسته نبودن آن به جهت وزش باد میباشد.
۲) توربینهای بادی با محور چرخش افقی
این توربینها نسبت به مدل محور عمودی رایج تر بوده همچنین از لحاظ تکنولوژیک پیچیدهتر و گرانتر نیز میباشند. ساخت آنها مشکلتر از نوع محور عمودی بوده ولی راندمان بسیار بالایی دارند. در سرعتهای پایین نیز توانایی تولید انرژی الکتریکی را داشته و توانایی تنظیم جهت در مسیر وزش باد را نیز دارند. این توربینها ۳ یا در مواردی ۲ پره میباشند که روی یک برج بلند نصب میشوند. این پرهها همواره در جهت وزش باد قرار میگیرند.
مکانیسم کار توربین های بادی و اجزا آن
مراحل کار یک توربین کاملاً عکس مراحل کار پنکه میباشد. در پنکه انرژی الکتریسیته به انرژی مکانیکی تبدیل شده و باعث چرخیدن پره میشود. در توربینهای بادی چرخش پرهها انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده، سپس الکتریسیته تولید میگردد. باد به پرهها برخورد میکند و آنها را میچرخاند. چرخش پرهها باعث چرخش محور اصلی میشود و این محور به یک ژنراتور برق متصل میباشد. چرخش این ژنراتور، برق متناوب تولید مینماید. شکل زیر اجزا یک توربین بادی محور افقی را نشان میدهد.
کاربردهای توربینهای بادی
کاربردهای غیرنیروگاهی شامل:
۱) پمپهای بادی آبکش جهت :
· تأمین آب آشامیدنی حیوانات در مناطق دور افتاده
· آبیاری در مقیاس کم
· آبکشی از عمق کم جهت پرورش آبزیان
· تأمین آب مصرفی خانگی
۲) کاربرد توربینهای بادی کوچک بعنوان تولید کننده برق
· تأمین برق جزیره های مصرف
۳) شارژ باتری
کاربردهای نیروگاهی
۱) نیروگاههای بادی منفرد جهت تأمین انرژی الکتریکی واحدهای مسکونی، تجاری، صنعتی و یا کشاورزی.
۲) مزارع برق بادی جهت تأمین بخشی از تقاضای انرژی برق شبکه.
مزایای استفاده از انرژی باد :
- رایگان بودن انرژی باد
- نداشتن آلودگی زیست محیطی
- عدم نیاز به آب
- عدم نیاز به زمین زیاد برای نصب
- عدم نیاز توربینهای بادی به سوخت که در نتیجه از میزان مصرف سوختهای فسیلی میکاهد.
- توانایی تأمین بخشی از تقاضای انرژی برق
- کمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد در بلند مدت
- تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی
- قدرت مانور زیاد جهت بهره برداری در هر ظرفیت و اندازه (از چند وات تا چندین مگاوات)
- ایجاد اشتغال