بررسی انرژی ، کار و گرما

مکانیسم‌های بادی امروزه از لحاظ فنی بسیار پیشرفته‌تر از انواع قدیمی هستند. در این مکانیسم همچنان برای جمع‌آوری انرژی حرکتی باد از تیغه‌ها استفاده می‌شود اما این تیغه‌ها که از فایبرگلاس یا هر ماده محکم دیگر ساخته شده‌اند.

مکانیسم‌های بادی مدرن هنوز با مشکلاتی دست و پنجه نرم می‌کند، مثلاً اینکه وقتی باد نمی‌وزد باید چه کرد. توربین‌های بزرگ به شبکه نیرویی خدماتی متصل شده‌اند. برخی از آنها هنگامی که بادی نمی‌وزرد، جمع می‌شوند. توربین‌های کوچک گاهی اوقات به مولدهای الکتریکی ـ دیزلی متصلند و یا گاهی اوقات دارای باتری برای ذخیره برق اضافی جمع آوری شده در هنگام وزش بادهای شدید، هستند.

انواع آسیابهای بادی

امروزه عموماً دو نوع مکانیسم بادی استفاده می‌شود، محور افقی با تیغه‌های شبیه به پره هواپیما و محور عمودی که شبیه به فرفره است.

مکانیسم بادی محور افقی به علت اینکه مواد کمتری برای یک واحد برق نیاز دارد، بیشتر مورد استفاده است. حدود ۹۵ درصد مکانیسم‌های بادی افقی محور هستند. ماشین بادی افقی ویژه‌ای دارای ارتفاعی به اندازه یک ساختمان ۲۰ طبقه و سه تیغه دارد که قطر چرخش آن ۲۰۰ متر است. بزرگترین ماشین‌های بادی دنیا تیغه‌هایی بزرگتر از یک زمین فوتبال دارند! ماشینهای بادی برای اینکه باد بیشتری را به دام بیندازند، بلند و عریض هستند.

ماشین‌های آسیاب بادی افقی

ماشینهای بادی با محور قائم تنها پنج درصد ماشینهای بادی بکار برده شده در دنیای امروز را به خود اختصاص داده است. نوع نمونه آن ۱۰۰ متر طول و ۵۰ متر پهنا دارد.

هر ماشین باری امتیازات و ایرادات خود را دارد. ماشینهای با محور افقی نیاز به روشی برای نگهداشتن گرداننده رو به باد دارد. این کار با یک دم روی ماشینهای کوچک انجام می‌گیرد. در ماشینهای بزرگ، یا یک گردانند در بخش پایینی برج قرار دارد که کاری شبیه به بادنمای هواشناسی را انجام می‌دهد و یا یک موتور هدایت کننده به کار برده می‌شود، ماشینهای با محور قائم می‌توانند باد را در هر جهتی قبول کنند.

دستگاههای نیروی بادی

دستگاههای نیروی بادی یا فراری بادی، سری ماشینها بادی است که برای تولید برق بکار برده می‌شوند. یک مزرعه بادی معمولاً دارای چندین ماشین پخش شده در ناحیه وسیعی است. دستگاههای هسته‌ای یا ذغالی و بسیاری از دستگاههای بادی غالباً به شرکت‌های با منافع عمومی داده نمی‌شوند. در عوض آنها توسط تاجرانی که برق تولید شده از مزرعه بادی را برای خدمات رفاهی می‌فروشند، اداره و مدیریت می‌شود. این شرکت‌های خصوصی به عنوان «تولید کننده‌های مستقل نیرو» شناخته می‌شوند.

به کار اندازی یک دستگاه نیروی بادی کار آسانی نیست و مالکان آن باید برای تعیین موقعیت نصب آن به دقت برنامه ریزی کنند. آنها باید میزان وزش باد، شرایط هواشناسی محلی، نزدیکی خطوط انتقال برق و کدهای منطقه‌بندی محلی را در نظر بگیرند.

دستگاههای بادی به زمین‌های زیادی نیاز دارند. یک ماشین بادی حدوداً به دو جریب زمین نیاز دارد. یک دستگاه نیروی بادی صدها جریب زمین نیاز دارد. از طرف دیگر، کشاورزان می‌توانند در اطراف ماشینهای بادی محصولات خود را به بار آورده و یا به چرای گله‌هاشان بپردازند.

وقتی یک دستگاه شناخته شد، هنوز هزینه‌هایی باقی می‌ماند. در برخی حالات، هزینه‌های باقیمانده با بخشش‌های مالیاتی که به منابع تجدیدپذیر انرژی داده می‌شود، حیران می‌شوند. دستگاه سیالیست‌های منظم منافع عمومی یا PURPA هم برای خریداری برق از تولید کننده‌های مستقل نیرو با قیمت‌های منصفانه به شرکت‌هایی نیاز دارد.

منابع بادی

بهترین محل برای نصب یا ساخت دستگاه بادی کجاست؟ میانگین سرعت باد برای به صرفه بودن تبدیل انرژی باد به برق حدود ۲۳ کیلومتر در ساعت است. میانگین سرعت باد در برخی از کشورها۱۶ کیلومتر در ساعت است. به علت دسترسی آسان به باد با دوام و همیشگی، برخی شرکت‌ها نصب ماشینها را در مناطق و دور از ساحل مدنظر دارند

دانشمندان از وسیله‌ای به نام آنمومتر (anemometer) برای اندازه‌گیری سرعت باد استفاده می‌کنند. آنمومتر شبیه یک بادنمای هواشناسی است با ظاهری مدرن. این وسیله سه پرده با فنجان‌هایی در سد آنها و روی میله چرخانی که با وزش باد می‌چرخد دارد. این وسیله به متری وصل است که سرعت باد را نشان می‌دهد. یک بادنما جهت باد را نشان می‌دهد اما سرعت باد را نشان نمی‌دهد. براساس یک قانون طبیعی سرعت باد در نواحی پهناور و بدون وقفه در وزش باد، با عرض جغرافیایی افزایش می‌یابد. مکانهایی مناسب برای دستگاههای بادی بالای تپه‌های گرد و صاف، دشت یا سواحل باز و فواصل کوهی که مثل قیف عمل می‌کنند، هستند .

تولید باد

چقدر می‌توانیم از باد انرژی بدست آوریم؟ دو اصطلاح وجود دارد که تولید پایه برق را توضیح می‌دهد. عامل کارایی و عامل گنجایش.

کارایی به این موضوع بر می‌گردد که چقدر می‌توان انرژی مفید (در این مورد، برق) از منبع انرژی کسب کرد. یک ماشین انرژی صد درصد کارا، می‌تواند تمام انرژی را به انرژی مفید تبدیل کند و هیچ انرژی را هدر نمی‌دهد هیچ ماشین با کارایی یا بهره وری صد درصد وجود ندارد. بعضی انرژی‌ها همیشه وقتیکه شکلی از انرژی به شکل دیگر تبدیل می‌شود، از دست می‌روند. انرژی هدر رفته معمولاً به شکل گرمای پراکنده شده در هوا است و نمی‌توان از آن بهره اقتصادی مجدد برد. ماشین‌های بادی چقدر کارایی دارند؟ ماشینهای بادی تنها به اندازه دستگاههای دیگر مانند دستگاههای زغال بهره وری دارند. ماشین‌های بادی ۳۰ تا ۴۰ درصد انرژی متحرک باد را به برق تبدیل می‌کند، یک دستگاه مولد نیروی زغال سوز، حدود ۳۰ تا ۳۵ درصد انرژی شیمیایی زغال را به الکتریسیته قابل استفاده تبدیل می‌کند