Behzad AZ
06-25-2010, 08:08 AM
وضعيت استفاده از انرژي بادي در سطح جهان
استفاده از انرژي*هاي تجديد*پذير از زمانهاي بسيار قديم متداول بوده و قبل از پيدايش نفت و موتور*هاي احتراق داخلي از جايگاه ويژه*اي برخوردار بوده است.
اگر وضعيت فعلي رشد جمعيت ادامه يابد پيش*بيني مي*شود جمعيت جهان در اوايل قرن حاضر به هفت ميليارد نفر برسد. در عين حال منابع انرژي متداول در حال اتمام است. از طرفي استفاده از نفت براي سوخت نيروگاهها، كارخانه*ها، خودروها، سيستم*هاي گرمايشي و مصرف*كننده*هاي ديگر علاوه بر تمام شدن سريع آن باعث آلودگي محيط*زيست مي*شود. به گونه*اي كه طبق برآوردهاي محيط*زيست بين*المللي ميزان آلودگي به ازاي هر مگاوات ساعت توليد انژري با سوخت گازوييل 3/21 كيلوگرم انواع اسيد و كربن و منواكسيد كربن و 657 كيلوگرم CO2 به محيط اطراف پراكنده مي*شود و در صورت استفاده از سوخت گازي اين ارقام به ترتيب 7/6 و 447 كيلوگرم كاهش مي*يابند. عوامل فوق علاوه بر آلودگي محيط زيست باعث افزايش دماي اتمسفر شده و به نظر برخي از دانشمندان ذوب شدن يخ*هاي قطبي و بالاآمدن سطح درياها و اقيانوسها را به دنبال خواهد داشت.
رشد روز*افزون تقاضاي انرژي، افزايش استانداردهاي زندگي، گرم شدن بيش از حد كره زمين و در نهايت مشكلات زيست*محيطي موجب شده تا هر روز شاهد پيشرفتهايي در زمينه فن*آوري استفاده از منابع انرژي تجديد*پذير باشيم يعني استفاده از منابع لايزالي كه خداوند به ما ارزاني داشته است. ماهيت پايان*ناپذير اين گونه انرژي*ها، روند رو به اتمام سوخت*هاي فسيلي و ساير مزاياي بارز اين انرژي*ها موجب تشويق بشر در سرمايه*گذاري در اين راه بوده است.
پيش*بيني مي*شود كه انرژي*هاي تجديد*پذير جايگاه ويژه*اي را در تامين انرژي قرن آتي كسب كنند. البته حدود سه دهه كشورهاي پيشرفته و صاحب فن*آوري به اين مهم پرداخته*اند تا جايي كه در برنامه سالانه انرژي خود درصدي از انرژي*هاي مورد نظر كشورشان را از طريق توربين*هاي بادي، پيلهاي خورشيدي، انرژي زمين گرمايي و ... تامين مي*كنند.
بررسي دقيق نشان مي*دهد حتي در حال حاضر كه هزينه استحصال انرژي*هاي تجديد*پذير گران*تر از نوع فسيلي به نظر مي*آيد، در مناطق دور دست روستايي و كشاورزي به دليل مشكل انتقال ساير انرژي*ها و بالا بودن هزينه آن، مقرون به صرفه اقتصادي است و با توجه به تلاش گسترده*اي كه در رابطه با استحصال انرژي*هايي از اين نوع شده روز به روز از توجيه اقتصادي بالاتري برخوردار مي*شود.
باد يكي از منابع انرژي پايان*ناپذير 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 روش*هاي 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 مي*شود.
توليد برق از طريق نيروگاه*هاي 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 كم*باد، هزينه مي*شود.
با توجه به اين كه تعداد نيروگاههاي بادي هر سال رو به افزايش بوده و استفاده از اين نيروگاه*ها 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 نشيب*هايي 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 بهره*گيري از ديگر فن*آوريهاي انرژي، امكان بهينه*شدن 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، فن*آوري بهره*برداري 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 مي*رسد كه اين روند همچنان ادامه خواهد يافت.
بعضي از پيش*بيني*هاي تخصصي نشان مي*دهد 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.
فن*آوري انرژي باد نيز به سرعت در حال پيشرفت است. در پايان سال 1989 توربين*هاي بادي 300 كيلووات با قطر روتور حدود 30 متر مورد بهره*برداري قرار مي*گرفت. تنها در 10 سال بعد توربين*هاي بادي 1500 كيلووات با قطر روتور حدود 70 متر توانايي استفاده بيشتر از باد را فراهم آوردند و استفاده از توربين*هاي بادي 2 مگاوات با قطر روتور 74 متر قبل از شروع قرن جديد خود گواه پيشرفت فن*آوري انرژي بادي است. به نظر مي*رسد در سالهاي 2001 يا 2002 توربين*هاي 4 مگاوات و 5 مگاوات مورد بهره*برداري قرار بگيرند.
توسعه سريع بازار انرژي باد و ارتقاي فن*آوري آن، به تحقيقات، دانش و كار تخصصي براي دست*يابي 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 بهره*برداري قرار مي*گيرد و نيز بيشترين علوم انرژي باد بر اساس تحقيقات در اين كشور است. بهرحال استفاده از فن*آوري 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 بهره*برداري قرار گرفته و فن*آوري آن روز به روز بهتر شده است.
در توسعه فن*آوري بادي، ساير علوم از جمله آيروديناميك، مكانيك و مهندسي الكترونيك نقش داشته*اند. در ادامه به طور فشرده به توانايي مناطق مختلف جهان در بكارگيري انرژي بادي اشاره مي*شود.
سابقه تاريخي انرژي باد
تاريخچه تكامل فن*آوري توربين*هاي بادي در نشريات مختلف با مدارك گوناگوني وجود دارد. در اين قسمت به طور مختصر به پيشرفت و توسعه فن*آوري بادي اشاره مي*كنيم. در جدول (1) توسعه توربين*هاي بادي بين سالها 1985 و 2000 نشان داده شده است.
توليد انرژي مكانيكي
مدارك ثبت شده حاكي از آن است كه آسياب*هاي بادي اوليه، آسياب*هايي با محور عمودي بوده*اند. اين آسياب*ها مي*توانند شبيه به يك وسيله مقاوم ساده توصيف شوند كه در ارتفاعات افغانستان براي آسياب* كردن غلات از قرن هفتم قبل از ميلاد، بكار مي*رفته*اند.
در مدارك تاريخي، اولين نمونه آسياب*هاي 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 مي*شوند هنوز در منطقه خواف وجود دارد و تعدادي از اين آسيابها نيز در حال بهره*برداري هستند.
تبت و چين در حدود هزار سال قبل، از فن*آوري* آسياب*هاي بادي بهره* مي*برده*اند.
آسياب*هاي بادي با محور افقي داراي يك شفت افقي همراه با پره*هايي است كه در يك مسير عمودي مي*چرخند. از ايران و خاورميانه، آسياب*هاي بادي با محور افقي به كشورهاي مديترانه و اروپاي مركزي برده شد.
اولين آسياب*هاي 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 آسياب*هاي 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 مي*رسد، استفاده مي*شد.
آسياب*هاي بادي نه تنها براي آرد كردن غلات استفاده مي*شد بلكه به منظور پمپاژ آب براي مصارف آشاميدن و مزارع مورد استفاده قرار مي*گرفت.
در اين زمان تنها در فرانسه در حدود 18 تا 20 هزار آسياب*بادي مدرن اروپايي وجود داشت و در كشور هلند 90 درصد انرژي استفاده شده در صنعت از انرژي باد تامين مي*شد.
بعد از صنعتي شدن و كاهش استفاده از آسياب*هاي بادي نيز در سال 1904 ميلادي همچنان 11 درصد از انرژي صنعتي هلندي*ها از انرژي باد تامين مي*شد و آلمانها بيش از 18 هزار واحد در حال كار داشتند.
در هنگامي كه نقش آسياب*هاي بادي اروپايي به تدريج شروع به كم*رنگ شدن مي*كرد، آسياب*هاي بادي در آمريكاي شمالي در حال توسعه بودند.
در آمريكاي شمالي آسياب*هاي بادي كوچك به منظور پمپاژ آب براي مصرف دام*هاي گسترده*اي مورد استفاده قرار گرفت و اين آسياب*هاي بادي به نام آسياب*هاي بادي آمريكايي شناخته شدند. اين آسياب*ها مداوم كار مي*كردند و نياز به رسيدگي كردن و ملازم نداشتند.
آسياب*هاي بادي در هنگام وزش بادهاي با سرعت بالا از مكانيزم «خودنگهدار» استفاده مي*كردند روش اروپايي*ها اغلب خاموش شدن آسياب و بستن پره*ها بود (شبيه به كشتي*هاي بادباني) تا خسارتي به توربين* بادي وارد نشود.
در آمريكا بيشترين استفاده از آسياب*هاي 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 مي*شود.
توليد انرژي الكتريكي:
در سال 1891 ميلادي، دان*پول لاكور اولين كسي بود كه توانست براي توليد الكتريسيته توربين بادي بسازد. طي جنگ*هاي جهاني اولي و دوم، مهندسان دانماركي اين فن*آوري را براي برطرف كردن كمبودهاي انرژي، توسعه و پيشرفت دادند.
توربني*هاي بادي ساخته*شده توسط كمپاني هلندي اسميتس در سال 1940 تا 1942 ميلادي توانست رقيب خوبي براي توربين*هاي بادي مدرن خارجي باشد.
توربين*هاي 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 هلندي*ها بر اساس روتور رو به باد با تثبيت*كننده استال بود كه در سرعتهاي پايين، عمل مي*كرد طراحي پاتنم بر اساس روتور پشت به باد با تثبيت*كننده پيچ كنترل بود.
به هر حال توربين*هاي پاتنم زياد موفق نبودند. در سال 1942 ميلادي اين توربين به مراحل اجرا گذاشته شد.
بعد از جنگ جهاني دوم، يوهانس جول طراحي دانماركي*ها 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. توربين*هاي بادي او شامل دو پره فايبرگلاس و برج پشت به باد و هاب كه پره*ها به آن متصل مي شد بود. توربين*هاي هارتر با دانش بالايي كه در آن بكار رفت داراي كارايي بالايي بود.
با وجود موفقيت*هاي توربين*هاي بادي جولز و هارتر، بعد از جنگ جهاني دوم علاقمندي به توربين*هاي بادي بزرگ كاهش يافت. تنها تا حدودي توربين*هاي بادي كوچك براي سيستم*هاي دور از شبكه يا براي شارژ باطري*ها مورد توجه قرار گرفت. بعد از بحران نفتي در سال 1970 ميلادي دوباره علاقه به بكارگيري انرژي بادي از سر گرفته شد. منجمله پشتيباني*هاي مالي براي تحقيقات و توسعه انرژي بادي آغاز شد.
كشورهايي همچون آلمان، آمريكا و سوئد جهت توسعه توربين*هاي بادي بزرگ براي توليد انرژي در محدوده مگاوات (MW) مبالغ هنگفتي را هزينه كردند. بهرحال بيشتر اين طرح*ها چندان موفقيت*آميز نبود تا اينكه مسائل تكنيكي را با مكانيزم پيچ كنترل مرتفع كردند. در جدول (1-3) اطلاعات توربين*هاي 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 بي*نيازي به نفت خارجي*ها برشمرد و اين كنفرانس در توسعه سيستم*هاي انرژي بادي نقش قابل توجهي داشت و در كوه*هاي شرق سانفرانسيسكو و شمال لس*آنجلس اولين مزارع بادي راه*اندازي شد.
اولين مزارع بادي شامل توربين*هاي بادي 50 مگاوات بود و بعد از چند سال، در اواخر سال 1980 ميلادي توربين*هاي بادي 200 مگاوات مورد استفاده قرار گرفت. مراحل توسعه توربين*هاي بادي در آمريكا نشان داده شده است.
بيشتر توربين*هاي صادراتي دانمارك، توسط شركت*هاي پول*ليكر 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 پشتيباني*هاي مالي از انرژي باد كاهش يافت، اما دراروپا اين پشتيباني در اوج بود و بعداً*در هندوستان نيز از اين تكنولوژي حمايت شد.
در سال 1990 ميلادي اروپايي*ها بر اساس تعرفه*هاي توليد انرژي*هاي تجديدپذير از انرژي باد پشتيباني زيادي بعمل آوردند.
به نظر مي*رسد كه يكي از عوامل افزاينده رشد سريع بكارگيري توربين*هاي بادي در بعضي از كشورهاي اروپايي، بخصوص در آلمان و همينطور درهندوستان پشتيباني*هاي 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 توربين*هاي مگاواتي نشده بودند، توربين بادي 5/1 مگاوات يك تكنولوژي هنري بحساب مي*آمد.
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 نيازمندي*هاي جهاني انرژي را مرتفع مي*كند. درادامه شبكه*هاي متصل و نيز نيروگاه*هاي مستقل از شبكه و ظرفيت توليدي آنها را بررسي مي*كنيم.
اگر مطالعات كنوني را بسط دهيم در*مي*يابيم كه 10 درصد از انرژي مورد نياز جهان را در سال 2020 نيروي باد فراهم مي*آورد كه رقمي جالب توجه است.
بررسي شبكه*هاي بزرگ توليد انرژي بادي:
از سال 1990 ميلادي به بعد بعلت بهره*گيري از منابع تكنولوژي*هاي 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 توربين*هاي بادي نصب شده درجهان، در اروپا مورد استفاده قرار گرفته*اند. يكي از روش*هاي اصلي توسعه، ادامه تعرفه مالياتي ثابت، براي انرژي باد بود كه در آلمان و اسپانيا بيشتر به چشم مي*خورد.
در جدول (1-5) ظرفيت استحصال نيروي بادي در اروپا را نشان مي*دهد.
براي به تصوير كشيدن متوسط توربين*هاي بادي نصب شده در اروپا اطلاعات دقيقي در دسترس نيست. جدول (1-6) توسعه متوسط بهره*برداري از توربين*هاي بادي در آلمان را در طي سالهاي 1988 تا 1999 ميلادي نمايش مي*دهد.
همانطور كه از جدول مشخص است متوسط توربين*هاي بادي مورد بهره*برداري 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 توربين*هاي جديد نصب شده در آلمان از توربين*هاي بزرگ (روتور با قطر بزرگتر از 1/48 متر) استفاده كرده*اند. در جون 1999، توربين* (603) مگاواتي (با ظرفيت بزرگتر يا مساوي 1 مگاوات) در آلمان مورد بهره*برداري قرار گرفت.
اولين پروژه*هاي ساحلي در دانمارك و هلند و سوئد به اجرا درآمد. به جدول شماره
(1-7) توجه كنيد.
در پروژه*هاي انرژي بادي ساحلي در دانمارك (DK)، سوئد (SE)، آلمان (DE)، هلند (NL) و انگلستان (UK) مطمئناً اين ارقام در*آينده 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 توربين*هاي جديد جايگزين توربين*هاي فرسوده و قديمي مي*شدند كه ظرفيت توليدي را تا اندازه*اي بالا ببرند.
در سال 1998 ميلادي دومين رشد سريع در آمريكا شروع شد. در اين زمان پروژه*هاي بادي توسعه پيدا كرد و با پيشنهادات دولت به منظور اعتبار مالياتي توليدات (PTC) اعتبار 017/0 - 016/0 كيلووات ساعت دلار به پروژه*هاي نيروي باد براي اولين ده سال استفاده از توربين*هاي 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 مي*شد، مورد بهره*برداري قرار گرفت.
اولين پروژه توربين بادي نيز در كانادا اجرا شد. به جدول (1-8) نگاه كنيد.
اندازه انواع توربين*هاي 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 پروژه*هاي مزارع بادي اغلب بزرگ هستند. پروژه*هاي نوعي در شمال آمريكا بزرگتر از 50 مگاوات است و بعضي از پروژه*ها نيز بالاي 120 مگاوات هستند و در اروپا پروژه*ها 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 مي*دهد. در آمريكا از استاندارد RPS استفاده مي*شود.
استاندارد RPS از اول جولاي 2000 به مرحله اجرا گذاشته شده است، انرژي*هاي بدست آمده از خورشيد، باد، بيوماس، گازهاي زيرزميني با پيل*هاي 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 برنامه*ها رشد سبز گفته مي*شود (برنامه بازار جهت تامين انرژي از منابع تجديد*شونده را رشد سبز گويند) بعضي از شركت*ها حاضر به پرداخت تعرفه*هاي 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 مي*تواند به دليل قيمت پايين ديگر منابع انرژي نسبت به نرخ انرژي بادي باشد. بيشتر پروژه*هاي بادي در* آمريكاي جنوبي به وسيله برنامه*هاي بين*المللي پشتيباني مي*شوند.
به هر حال آرژانتين ظرفيت*هاي توليد انرژي بادي را در سال 1998 ايجاد كرد كه بيانگر علاقه*مندي اين كشور جهت توليد انرژي الكتريكي از باد است.
در برزيل بعضي از مراكز دولتي شروع به اجراي چندين طرح بادي كرده*اند اندازه نوعي اين توربين*ها در حدود 300 كيلووات است. توربين*هاي بزرگتر مشكل نصب دارند و شرايط خاص محيطي اجازه استفاده از توربينهاي بزرگ را نمي*دهد. به عنوان مثال توربين*هاي بادي ساحلي مورد استفاده قرار نگرفته*اند اما پروژه*هايي با توربينهاي متوسط و كوچك (كوچكتر يا مساوي 30 كيلووات) توسعه پيدا كرده*اند، درمناطق دور از ساحل در جدول 1-10 آمار و ارقامي در اين مورد ارايه شده است.
آسيا و اقيانوسيه
هندوستان توربين*هاي بادي زيادي را از اواسط سال 1990 ميلادي نصب كرده است.
در سال 1992 تا 1993 كه توسعه سريع هند ناميده مي*شود دولت هند پشتيباني*هاي زيادي را از انرژي*هاي نو بعمل آورد. بعنوان مثال: كمترين نرخ مالياتي را به اندازه 100 درصد تخفيف اولين سال اين پروژه*ها وضع كرد.
و نيز يك سيستم بانكي به نام بانك نيرو راه*اندازي شد كه در راستاي توليدات الكتريكي مي توانست از بانك براي مدت بالاي يكسال وام بدهد. اين عوامل باعث شد كه انرژي*هاي تجديد*پذير 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 برنامه*هاي بين*المللي 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 برنامه*اي 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 مي*كند.
در ژاپن، پروژه*هاي مختلف و توربين*هاي بادي متفاوت مورد تست و آزمايش قرار گرفت و باعث پيشرفت اين تكنولوژي شد. در پايان سال 1990 ميلادي پروژه*هاي تجاري انرژي باد در جزيره هوكايدو و اوكيناوا شروع شد.
در همان سال، پروژ*ه*هاي انرژي باد همچنين در نيوزيلند و استراليا به مرحله اجرا درآمد.
مهمترين عامل در گسترش و توسعه انرژي بادي دراستراليا در برنامه*هاي رشد سبز اجرا مي*شود.
در چين و هندوستان، توربين*هاي بادي بيشتر در حدود 300 كيلووات نصب شدند، بهرحال بعضي از توربين*هاي 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 پروژه*ها توسط سازمانهاي بين**المللي و دولتي پشتيباني مي*شوند و تعداد محدودي از آنها توسط بخش خصوصي دنبال مي*شوند.
دولت مصر تمايل به استفاده از انرژي*هاي تجديد پذير داشته ونزديك شهر زفرانا توربين*هايي براي توليد 600 مگاوات نصب كرده است و پروژه*هاي بعدي در موركو با ظرفيت 250 مگاوات است.
همچنين در اردن نيروگاه 25 مگاوات نصب شده است و نوع توربين*هاي بادي استفاده شده در اين منطقه در حدود 300 كيلووات است و اما پروژه*هاي آينده در حدود استفاده از 600-500 كيلووات است. جدول (1-12) ظرفيت توليدي كشورهاي خاورميانه و آفريقا را نشان مي*دهد.
امروزه وزارت جهاد سازندگي مشغول مطالعه و تحقيق و اجراء بعضي از پروژه*هاي مستقل از شبكه در مناطق مختلف ايران منجمله دشت ديزباد خراسان است.
ظرفيت انرژي بادي
اغلب، انرژي بادي در زمينه*هاي پتانسيل تئوري قابل دستيابي از آن مورد بحث و ارزيابي قرار مي*گيرد. مطالعات پتانسيل انرژي بادي نشان مي*دهد كه منابع بادي در دنيا فراوان هستند. مثلاً دريافته*اند كه پتانسيل ساحلي مفيد در سيستم*هاي 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 مي*گيريم منابع انرژي بادي مورد مطالعه بستگي دارند به كيفيت داده*هاي انرژي باد همانطور با اتخاذ تكنولوژي بهتر و فضاي مورد نياز، بهر حال اين خيلي مهم است كه بدانيم پتانسيل بادي زمين مي*تواند نقش موثر و مهمي را در تمامي نقاط زمين ايفا كند.
ظرفيت دقيق نصب شده توربين*هاي بادي اندازه كوچك يا سيستم*هاي مستقل از شبكه اطلاعات جامعي در دست نيست. اطلاعات منطقه*اي اغلب محدود است.
به عنوان مثال، چين مدعي است كه بيش از 110000 توربين بادي كوچك
(w200-50) نصب كرده است، اين توربين*ها جهت تامين نيروي مورد نياز عشاير دامدار و يا كشاورزان مورد استفاده قرار مي*گيرند.
كارشناسان پيش*بيني مي*كنند كه بكارگيري سيستم*هاي مستقل از شبكه، در آينده نزديك رشد سريعي خواهد داشت. با برنامه*ريزي جهت تامين الكتريسيته روستايي در قسمت*هاي مختلف جهان اين رشد عملي خواهد بود، در برزيل، مكزيك، اندونزي، فيليپين و آفريقاي جنوبي برنامه*هاي مشابهي دارند كه از توليد انرژي محلي پشتيباني مي*كند.
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 شده*اند و بعد از انقلاب به همت دفتر فني مرتع، تلمبه*هاي با قطر دايره گردش پره*هاي 4/2 متري در ايران ساخته شده و مورد بهره*برداري قرار گرفته است.
سازمان حفاظت محيط*زيست 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 توربين*هاي 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 شده*اند. طرح*هاي در دست اجراي سازمان انرژي*هاي نو ايران (سانا) در مورد پروژه*هاي بادي:
- پروژه 250 مگاواتي تحت نظر
- پروژه 60 مگاواتي، انتقال تكنولوژي از كشور ژاپن
- انتخاب محل مناسب ساخت مزرعه توربين*هاي بادي به ظرفيت 60 مگاوات
- جهت آمار لحظه*اي 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 مي*شوند، بعنوان مثال براي سايت*هاي راداري و ايستگاههاي مخابراتي استفاده مي*شوند.
توربين*هاي بادي مورد استفاده جهت اينگونه مصارف بين چند وات تا 50 كيلووات مي*توانند باشند.
براي روستاها يا سيستم*هاي الكتريكي زراعتي، توربين*هاي بادي بالاي 300 كيلووات به همراه تركيبي از ديزل ژنراتور يا بعضي مواقع سيستم*هاي ذخيره باطري مورد استفاده قرار مي*گيرند.
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 مي*گير
استفاده از انرژي*هاي تجديد*پذير از زمانهاي بسيار قديم متداول بوده و قبل از پيدايش نفت و موتور*هاي احتراق داخلي از جايگاه ويژه*اي برخوردار بوده است.
اگر وضعيت فعلي رشد جمعيت ادامه يابد پيش*بيني مي*شود جمعيت جهان در اوايل قرن حاضر به هفت ميليارد نفر برسد. در عين حال منابع انرژي متداول در حال اتمام است. از طرفي استفاده از نفت براي سوخت نيروگاهها، كارخانه*ها، خودروها، سيستم*هاي گرمايشي و مصرف*كننده*هاي ديگر علاوه بر تمام شدن سريع آن باعث آلودگي محيط*زيست مي*شود. به گونه*اي كه طبق برآوردهاي محيط*زيست بين*المللي ميزان آلودگي به ازاي هر مگاوات ساعت توليد انژري با سوخت گازوييل 3/21 كيلوگرم انواع اسيد و كربن و منواكسيد كربن و 657 كيلوگرم CO2 به محيط اطراف پراكنده مي*شود و در صورت استفاده از سوخت گازي اين ارقام به ترتيب 7/6 و 447 كيلوگرم كاهش مي*يابند. عوامل فوق علاوه بر آلودگي محيط زيست باعث افزايش دماي اتمسفر شده و به نظر برخي از دانشمندان ذوب شدن يخ*هاي قطبي و بالاآمدن سطح درياها و اقيانوسها را به دنبال خواهد داشت.
رشد روز*افزون تقاضاي انرژي، افزايش استانداردهاي زندگي، گرم شدن بيش از حد كره زمين و در نهايت مشكلات زيست*محيطي موجب شده تا هر روز شاهد پيشرفتهايي در زمينه فن*آوري استفاده از منابع انرژي تجديد*پذير باشيم يعني استفاده از منابع لايزالي كه خداوند به ما ارزاني داشته است. ماهيت پايان*ناپذير اين گونه انرژي*ها، روند رو به اتمام سوخت*هاي فسيلي و ساير مزاياي بارز اين انرژي*ها موجب تشويق بشر در سرمايه*گذاري در اين راه بوده است.
پيش*بيني مي*شود كه انرژي*هاي تجديد*پذير جايگاه ويژه*اي را در تامين انرژي قرن آتي كسب كنند. البته حدود سه دهه كشورهاي پيشرفته و صاحب فن*آوري به اين مهم پرداخته*اند تا جايي كه در برنامه سالانه انرژي خود درصدي از انرژي*هاي مورد نظر كشورشان را از طريق توربين*هاي بادي، پيلهاي خورشيدي، انرژي زمين گرمايي و ... تامين مي*كنند.
بررسي دقيق نشان مي*دهد حتي در حال حاضر كه هزينه استحصال انرژي*هاي تجديد*پذير گران*تر از نوع فسيلي به نظر مي*آيد، در مناطق دور دست روستايي و كشاورزي به دليل مشكل انتقال ساير انرژي*ها و بالا بودن هزينه آن، مقرون به صرفه اقتصادي است و با توجه به تلاش گسترده*اي كه در رابطه با استحصال انرژي*هايي از اين نوع شده روز به روز از توجيه اقتصادي بالاتري برخوردار مي*شود.
باد يكي از منابع انرژي پايان*ناپذير 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 روش*هاي 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 مي*شود.
توليد برق از طريق نيروگاه*هاي 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 كم*باد، هزينه مي*شود.
با توجه به اين كه تعداد نيروگاههاي بادي هر سال رو به افزايش بوده و استفاده از اين نيروگاه*ها 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 نشيب*هايي 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 بهره*گيري از ديگر فن*آوريهاي انرژي، امكان بهينه*شدن 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، فن*آوري بهره*برداري 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 مي*رسد كه اين روند همچنان ادامه خواهد يافت.
بعضي از پيش*بيني*هاي تخصصي نشان مي*دهد 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.
فن*آوري انرژي باد نيز به سرعت در حال پيشرفت است. در پايان سال 1989 توربين*هاي بادي 300 كيلووات با قطر روتور حدود 30 متر مورد بهره*برداري قرار مي*گرفت. تنها در 10 سال بعد توربين*هاي بادي 1500 كيلووات با قطر روتور حدود 70 متر توانايي استفاده بيشتر از باد را فراهم آوردند و استفاده از توربين*هاي بادي 2 مگاوات با قطر روتور 74 متر قبل از شروع قرن جديد خود گواه پيشرفت فن*آوري انرژي بادي است. به نظر مي*رسد در سالهاي 2001 يا 2002 توربين*هاي 4 مگاوات و 5 مگاوات مورد بهره*برداري قرار بگيرند.
توسعه سريع بازار انرژي باد و ارتقاي فن*آوري آن، به تحقيقات، دانش و كار تخصصي براي دست*يابي 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 بهره*برداري قرار مي*گيرد و نيز بيشترين علوم انرژي باد بر اساس تحقيقات در اين كشور است. بهرحال استفاده از فن*آوري 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 بهره*برداري قرار گرفته و فن*آوري آن روز به روز بهتر شده است.
در توسعه فن*آوري بادي، ساير علوم از جمله آيروديناميك، مكانيك و مهندسي الكترونيك نقش داشته*اند. در ادامه به طور فشرده به توانايي مناطق مختلف جهان در بكارگيري انرژي بادي اشاره مي*شود.
سابقه تاريخي انرژي باد
تاريخچه تكامل فن*آوري توربين*هاي بادي در نشريات مختلف با مدارك گوناگوني وجود دارد. در اين قسمت به طور مختصر به پيشرفت و توسعه فن*آوري بادي اشاره مي*كنيم. در جدول (1) توسعه توربين*هاي بادي بين سالها 1985 و 2000 نشان داده شده است.
توليد انرژي مكانيكي
مدارك ثبت شده حاكي از آن است كه آسياب*هاي بادي اوليه، آسياب*هايي با محور عمودي بوده*اند. اين آسياب*ها مي*توانند شبيه به يك وسيله مقاوم ساده توصيف شوند كه در ارتفاعات افغانستان براي آسياب* كردن غلات از قرن هفتم قبل از ميلاد، بكار مي*رفته*اند.
در مدارك تاريخي، اولين نمونه آسياب*هاي 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 مي*شوند هنوز در منطقه خواف وجود دارد و تعدادي از اين آسيابها نيز در حال بهره*برداري هستند.
تبت و چين در حدود هزار سال قبل، از فن*آوري* آسياب*هاي بادي بهره* مي*برده*اند.
آسياب*هاي بادي با محور افقي داراي يك شفت افقي همراه با پره*هايي است كه در يك مسير عمودي مي*چرخند. از ايران و خاورميانه، آسياب*هاي بادي با محور افقي به كشورهاي مديترانه و اروپاي مركزي برده شد.
اولين آسياب*هاي 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 آسياب*هاي 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 مي*رسد، استفاده مي*شد.
آسياب*هاي بادي نه تنها براي آرد كردن غلات استفاده مي*شد بلكه به منظور پمپاژ آب براي مصارف آشاميدن و مزارع مورد استفاده قرار مي*گرفت.
در اين زمان تنها در فرانسه در حدود 18 تا 20 هزار آسياب*بادي مدرن اروپايي وجود داشت و در كشور هلند 90 درصد انرژي استفاده شده در صنعت از انرژي باد تامين مي*شد.
بعد از صنعتي شدن و كاهش استفاده از آسياب*هاي بادي نيز در سال 1904 ميلادي همچنان 11 درصد از انرژي صنعتي هلندي*ها از انرژي باد تامين مي*شد و آلمانها بيش از 18 هزار واحد در حال كار داشتند.
در هنگامي كه نقش آسياب*هاي بادي اروپايي به تدريج شروع به كم*رنگ شدن مي*كرد، آسياب*هاي بادي در آمريكاي شمالي در حال توسعه بودند.
در آمريكاي شمالي آسياب*هاي بادي كوچك به منظور پمپاژ آب براي مصرف دام*هاي گسترده*اي مورد استفاده قرار گرفت و اين آسياب*هاي بادي به نام آسياب*هاي بادي آمريكايي شناخته شدند. اين آسياب*ها مداوم كار مي*كردند و نياز به رسيدگي كردن و ملازم نداشتند.
آسياب*هاي بادي در هنگام وزش بادهاي با سرعت بالا از مكانيزم «خودنگهدار» استفاده مي*كردند روش اروپايي*ها اغلب خاموش شدن آسياب و بستن پره*ها بود (شبيه به كشتي*هاي بادباني) تا خسارتي به توربين* بادي وارد نشود.
در آمريكا بيشترين استفاده از آسياب*هاي 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 مي*شود.
توليد انرژي الكتريكي:
در سال 1891 ميلادي، دان*پول لاكور اولين كسي بود كه توانست براي توليد الكتريسيته توربين بادي بسازد. طي جنگ*هاي جهاني اولي و دوم، مهندسان دانماركي اين فن*آوري را براي برطرف كردن كمبودهاي انرژي، توسعه و پيشرفت دادند.
توربني*هاي بادي ساخته*شده توسط كمپاني هلندي اسميتس در سال 1940 تا 1942 ميلادي توانست رقيب خوبي براي توربين*هاي بادي مدرن خارجي باشد.
توربين*هاي 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 هلندي*ها بر اساس روتور رو به باد با تثبيت*كننده استال بود كه در سرعتهاي پايين، عمل مي*كرد طراحي پاتنم بر اساس روتور پشت به باد با تثبيت*كننده پيچ كنترل بود.
به هر حال توربين*هاي پاتنم زياد موفق نبودند. در سال 1942 ميلادي اين توربين به مراحل اجرا گذاشته شد.
بعد از جنگ جهاني دوم، يوهانس جول طراحي دانماركي*ها 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. توربين*هاي بادي او شامل دو پره فايبرگلاس و برج پشت به باد و هاب كه پره*ها به آن متصل مي شد بود. توربين*هاي هارتر با دانش بالايي كه در آن بكار رفت داراي كارايي بالايي بود.
با وجود موفقيت*هاي توربين*هاي بادي جولز و هارتر، بعد از جنگ جهاني دوم علاقمندي به توربين*هاي بادي بزرگ كاهش يافت. تنها تا حدودي توربين*هاي بادي كوچك براي سيستم*هاي دور از شبكه يا براي شارژ باطري*ها مورد توجه قرار گرفت. بعد از بحران نفتي در سال 1970 ميلادي دوباره علاقه به بكارگيري انرژي بادي از سر گرفته شد. منجمله پشتيباني*هاي مالي براي تحقيقات و توسعه انرژي بادي آغاز شد.
كشورهايي همچون آلمان، آمريكا و سوئد جهت توسعه توربين*هاي بادي بزرگ براي توليد انرژي در محدوده مگاوات (MW) مبالغ هنگفتي را هزينه كردند. بهرحال بيشتر اين طرح*ها چندان موفقيت*آميز نبود تا اينكه مسائل تكنيكي را با مكانيزم پيچ كنترل مرتفع كردند. در جدول (1-3) اطلاعات توربين*هاي 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 بي*نيازي به نفت خارجي*ها برشمرد و اين كنفرانس در توسعه سيستم*هاي انرژي بادي نقش قابل توجهي داشت و در كوه*هاي شرق سانفرانسيسكو و شمال لس*آنجلس اولين مزارع بادي راه*اندازي شد.
اولين مزارع بادي شامل توربين*هاي بادي 50 مگاوات بود و بعد از چند سال، در اواخر سال 1980 ميلادي توربين*هاي بادي 200 مگاوات مورد استفاده قرار گرفت. مراحل توسعه توربين*هاي بادي در آمريكا نشان داده شده است.
بيشتر توربين*هاي صادراتي دانمارك، توسط شركت*هاي پول*ليكر 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 پشتيباني*هاي مالي از انرژي باد كاهش يافت، اما دراروپا اين پشتيباني در اوج بود و بعداً*در هندوستان نيز از اين تكنولوژي حمايت شد.
در سال 1990 ميلادي اروپايي*ها بر اساس تعرفه*هاي توليد انرژي*هاي تجديدپذير از انرژي باد پشتيباني زيادي بعمل آوردند.
به نظر مي*رسد كه يكي از عوامل افزاينده رشد سريع بكارگيري توربين*هاي بادي در بعضي از كشورهاي اروپايي، بخصوص در آلمان و همينطور درهندوستان پشتيباني*هاي 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 توربين*هاي مگاواتي نشده بودند، توربين بادي 5/1 مگاوات يك تكنولوژي هنري بحساب مي*آمد.
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 نيازمندي*هاي جهاني انرژي را مرتفع مي*كند. درادامه شبكه*هاي متصل و نيز نيروگاه*هاي مستقل از شبكه و ظرفيت توليدي آنها را بررسي مي*كنيم.
اگر مطالعات كنوني را بسط دهيم در*مي*يابيم كه 10 درصد از انرژي مورد نياز جهان را در سال 2020 نيروي باد فراهم مي*آورد كه رقمي جالب توجه است.
بررسي شبكه*هاي بزرگ توليد انرژي بادي:
از سال 1990 ميلادي به بعد بعلت بهره*گيري از منابع تكنولوژي*هاي 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 توربين*هاي بادي نصب شده درجهان، در اروپا مورد استفاده قرار گرفته*اند. يكي از روش*هاي اصلي توسعه، ادامه تعرفه مالياتي ثابت، براي انرژي باد بود كه در آلمان و اسپانيا بيشتر به چشم مي*خورد.
در جدول (1-5) ظرفيت استحصال نيروي بادي در اروپا را نشان مي*دهد.
براي به تصوير كشيدن متوسط توربين*هاي بادي نصب شده در اروپا اطلاعات دقيقي در دسترس نيست. جدول (1-6) توسعه متوسط بهره*برداري از توربين*هاي بادي در آلمان را در طي سالهاي 1988 تا 1999 ميلادي نمايش مي*دهد.
همانطور كه از جدول مشخص است متوسط توربين*هاي بادي مورد بهره*برداري 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 توربين*هاي جديد نصب شده در آلمان از توربين*هاي بزرگ (روتور با قطر بزرگتر از 1/48 متر) استفاده كرده*اند. در جون 1999، توربين* (603) مگاواتي (با ظرفيت بزرگتر يا مساوي 1 مگاوات) در آلمان مورد بهره*برداري قرار گرفت.
اولين پروژه*هاي ساحلي در دانمارك و هلند و سوئد به اجرا درآمد. به جدول شماره
(1-7) توجه كنيد.
در پروژه*هاي انرژي بادي ساحلي در دانمارك (DK)، سوئد (SE)، آلمان (DE)، هلند (NL) و انگلستان (UK) مطمئناً اين ارقام در*آينده 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 توربين*هاي جديد جايگزين توربين*هاي فرسوده و قديمي مي*شدند كه ظرفيت توليدي را تا اندازه*اي بالا ببرند.
در سال 1998 ميلادي دومين رشد سريع در آمريكا شروع شد. در اين زمان پروژه*هاي بادي توسعه پيدا كرد و با پيشنهادات دولت به منظور اعتبار مالياتي توليدات (PTC) اعتبار 017/0 - 016/0 كيلووات ساعت دلار به پروژه*هاي نيروي باد براي اولين ده سال استفاده از توربين*هاي 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 مي*شد، مورد بهره*برداري قرار گرفت.
اولين پروژه توربين بادي نيز در كانادا اجرا شد. به جدول (1-8) نگاه كنيد.
اندازه انواع توربين*هاي 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 پروژه*هاي مزارع بادي اغلب بزرگ هستند. پروژه*هاي نوعي در شمال آمريكا بزرگتر از 50 مگاوات است و بعضي از پروژه*ها نيز بالاي 120 مگاوات هستند و در اروپا پروژه*ها 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 مي*دهد. در آمريكا از استاندارد RPS استفاده مي*شود.
استاندارد RPS از اول جولاي 2000 به مرحله اجرا گذاشته شده است، انرژي*هاي بدست آمده از خورشيد، باد، بيوماس، گازهاي زيرزميني با پيل*هاي 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 برنامه*ها رشد سبز گفته مي*شود (برنامه بازار جهت تامين انرژي از منابع تجديد*شونده را رشد سبز گويند) بعضي از شركت*ها حاضر به پرداخت تعرفه*هاي 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 مي*تواند به دليل قيمت پايين ديگر منابع انرژي نسبت به نرخ انرژي بادي باشد. بيشتر پروژه*هاي بادي در* آمريكاي جنوبي به وسيله برنامه*هاي بين*المللي پشتيباني مي*شوند.
به هر حال آرژانتين ظرفيت*هاي توليد انرژي بادي را در سال 1998 ايجاد كرد كه بيانگر علاقه*مندي اين كشور جهت توليد انرژي الكتريكي از باد است.
در برزيل بعضي از مراكز دولتي شروع به اجراي چندين طرح بادي كرده*اند اندازه نوعي اين توربين*ها در حدود 300 كيلووات است. توربين*هاي بزرگتر مشكل نصب دارند و شرايط خاص محيطي اجازه استفاده از توربينهاي بزرگ را نمي*دهد. به عنوان مثال توربين*هاي بادي ساحلي مورد استفاده قرار نگرفته*اند اما پروژه*هايي با توربينهاي متوسط و كوچك (كوچكتر يا مساوي 30 كيلووات) توسعه پيدا كرده*اند، درمناطق دور از ساحل در جدول 1-10 آمار و ارقامي در اين مورد ارايه شده است.
آسيا و اقيانوسيه
هندوستان توربين*هاي بادي زيادي را از اواسط سال 1990 ميلادي نصب كرده است.
در سال 1992 تا 1993 كه توسعه سريع هند ناميده مي*شود دولت هند پشتيباني*هاي زيادي را از انرژي*هاي نو بعمل آورد. بعنوان مثال: كمترين نرخ مالياتي را به اندازه 100 درصد تخفيف اولين سال اين پروژه*ها وضع كرد.
و نيز يك سيستم بانكي به نام بانك نيرو راه*اندازي شد كه در راستاي توليدات الكتريكي مي توانست از بانك براي مدت بالاي يكسال وام بدهد. اين عوامل باعث شد كه انرژي*هاي تجديد*پذير 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 برنامه*هاي بين*المللي 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 برنامه*اي 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 مي*كند.
در ژاپن، پروژه*هاي مختلف و توربين*هاي بادي متفاوت مورد تست و آزمايش قرار گرفت و باعث پيشرفت اين تكنولوژي شد. در پايان سال 1990 ميلادي پروژه*هاي تجاري انرژي باد در جزيره هوكايدو و اوكيناوا شروع شد.
در همان سال، پروژ*ه*هاي انرژي باد همچنين در نيوزيلند و استراليا به مرحله اجرا درآمد.
مهمترين عامل در گسترش و توسعه انرژي بادي دراستراليا در برنامه*هاي رشد سبز اجرا مي*شود.
در چين و هندوستان، توربين*هاي بادي بيشتر در حدود 300 كيلووات نصب شدند، بهرحال بعضي از توربين*هاي 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 پروژه*ها توسط سازمانهاي بين**المللي و دولتي پشتيباني مي*شوند و تعداد محدودي از آنها توسط بخش خصوصي دنبال مي*شوند.
دولت مصر تمايل به استفاده از انرژي*هاي تجديد پذير داشته ونزديك شهر زفرانا توربين*هايي براي توليد 600 مگاوات نصب كرده است و پروژه*هاي بعدي در موركو با ظرفيت 250 مگاوات است.
همچنين در اردن نيروگاه 25 مگاوات نصب شده است و نوع توربين*هاي بادي استفاده شده در اين منطقه در حدود 300 كيلووات است و اما پروژه*هاي آينده در حدود استفاده از 600-500 كيلووات است. جدول (1-12) ظرفيت توليدي كشورهاي خاورميانه و آفريقا را نشان مي*دهد.
امروزه وزارت جهاد سازندگي مشغول مطالعه و تحقيق و اجراء بعضي از پروژه*هاي مستقل از شبكه در مناطق مختلف ايران منجمله دشت ديزباد خراسان است.
ظرفيت انرژي بادي
اغلب، انرژي بادي در زمينه*هاي پتانسيل تئوري قابل دستيابي از آن مورد بحث و ارزيابي قرار مي*گيرد. مطالعات پتانسيل انرژي بادي نشان مي*دهد كه منابع بادي در دنيا فراوان هستند. مثلاً دريافته*اند كه پتانسيل ساحلي مفيد در سيستم*هاي 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 مي*گيريم منابع انرژي بادي مورد مطالعه بستگي دارند به كيفيت داده*هاي انرژي باد همانطور با اتخاذ تكنولوژي بهتر و فضاي مورد نياز، بهر حال اين خيلي مهم است كه بدانيم پتانسيل بادي زمين مي*تواند نقش موثر و مهمي را در تمامي نقاط زمين ايفا كند.
ظرفيت دقيق نصب شده توربين*هاي بادي اندازه كوچك يا سيستم*هاي مستقل از شبكه اطلاعات جامعي در دست نيست. اطلاعات منطقه*اي اغلب محدود است.
به عنوان مثال، چين مدعي است كه بيش از 110000 توربين بادي كوچك
(w200-50) نصب كرده است، اين توربين*ها جهت تامين نيروي مورد نياز عشاير دامدار و يا كشاورزان مورد استفاده قرار مي*گيرند.
كارشناسان پيش*بيني مي*كنند كه بكارگيري سيستم*هاي مستقل از شبكه، در آينده نزديك رشد سريعي خواهد داشت. با برنامه*ريزي جهت تامين الكتريسيته روستايي در قسمت*هاي مختلف جهان اين رشد عملي خواهد بود، در برزيل، مكزيك، اندونزي، فيليپين و آفريقاي جنوبي برنامه*هاي مشابهي دارند كه از توليد انرژي محلي پشتيباني مي*كند.
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 شده*اند و بعد از انقلاب به همت دفتر فني مرتع، تلمبه*هاي با قطر دايره گردش پره*هاي 4/2 متري در ايران ساخته شده و مورد بهره*برداري قرار گرفته است.
سازمان حفاظت محيط*زيست 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 توربين*هاي 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 شده*اند. طرح*هاي در دست اجراي سازمان انرژي*هاي نو ايران (سانا) در مورد پروژه*هاي بادي:
- پروژه 250 مگاواتي تحت نظر
- پروژه 60 مگاواتي، انتقال تكنولوژي از كشور ژاپن
- انتخاب محل مناسب ساخت مزرعه توربين*هاي بادي به ظرفيت 60 مگاوات
- جهت آمار لحظه*اي 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 مي*شوند، بعنوان مثال براي سايت*هاي راداري و ايستگاههاي مخابراتي استفاده مي*شوند.
توربين*هاي بادي مورد استفاده جهت اينگونه مصارف بين چند وات تا 50 كيلووات مي*توانند باشند.
براي روستاها يا سيستم*هاي الكتريكي زراعتي، توربين*هاي بادي بالاي 300 كيلووات به همراه تركيبي از ديزل ژنراتور يا بعضي مواقع سيستم*هاي ذخيره باطري مورد استفاده قرار مي*گيرند.
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 مي*گير