انرژی بادی

انرژی بادی
منظور از توان بادی تبدیل انرژی باد به نوعی مفید از انرژی مانند انرژی الکتریکی است که این کار به وسیله توربین های بادی صورت می گیرد. در آسیاب های بادی از انرژی باد مستقیماً برای خرد کردن دانه ها و یا پمپ کردن آب استفاده می شود. در انتهای سال ۲۰۰۶ میزان ظرفیت تولیدی برق بادی در سراسر جهان برابر ۷۳٫۹ گیگاوات بود. گرچه این میزان چیزی در حدود یک درصد از کل انرژی الکتریکی تولیدی در جهان محسوب می شد اما در طول بازه زمانی بین سال های ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۶ تقریباً چهار برابر شده است. در این میان کشورهای دانمارک با ۲۰ درصد، اسپانیا با ۹ درصد و آلمان با ۷ درصد از نظر درصد تولید برق بادی از کل تولید انرژی الکتریکی در جایگاه های نخست قرار دارند.

انرژی بادی در مقادیر زیاد در مزارع بادی تولید و به شبکه الکتریکی متصل می شود. از توربین ها در تعداد کم معمولاً فقط برای تامین برق در مناطق دور افتاده استفاده می شود.

اما از جمله دلایل تمایل کشورها برای افزایش ظرفیت تولید برق بادی مزایا بسیار زیاد این روش تولید انرژی الکتریکی است چراکه انرژی بادی فراوان، تجدیدپذیر و پاک است و همچنین در مقایسه با استفاده از انرژی سوخت های فسیلی میزان کمتری گاز گلخانه ای منتشر می کند.

این نوع توربین های سه پره از پرکاربردترین طراحی ها برای توربین های بادی هستند.
۱ انرژی باد
۱.۱ توان پتانسیل توربین
۱.۲ توزیع سرعت باد
۲ ضریب ظرفیت
۳ محدودیت های ادواری و نفوذ
۳.۱ پیش بینی پذیری
۴ جاگذاری توربین
۵ بهره برداری از برق بادی
۶ برق بادی در مقیاس های کوچک
۷ آثار زیست محیطی
۷.۱ انتشار CO2 و آلودگی
۷.۲ تاثیرات بوم شناختی
۷.۳ استفاده از زمین
۷.۴ آثار بر روی حیات وحش
۷.۴.۱ پرندگان
۸ بزرگترین توربین بادی جهان
۹ جستارهای دیگر
۱۰ پیوند به بیرون
۱۱ منابع

انرژی باد
منشا باد یک موضوع پیچیده است. از آنجاییکه زمین بطور نامساوی به وسیله نور خورشید گرم می شود بنابراین در قطب ها انرژی گرمایی کمتری نسبت به مناطق استوایی وجود دارد همچنین درخشکی ها تغییرات دما با سرعت بیشتری انجام می پذیرد و بنابراین خشکی ها زمین نسبت به دریاها زودتر گرم و زودتر سرد می شوند. این تفاوت دمای جهانی موجب به وجود آمدن یک سیستم جهانی تبادل حرارتی خواهد شد که از سطح زمین تا هوا کره، که مانند یک سقف مصنوعی عمل می کند، ادامه دارد. بیشتر انرژی که در حرکت باد وجود دارد را می توان در سطوح بالای جو پیدا کرد جایی که سرعت مداوم باد به بیش از ۱۶۰ کیلومتر در ساعت می رسد و سرانجام باد انرژی خود را در اثر اصطکاک با سطح زمین و جو از دست می دهد.

یک برآورد کلی اینگونه می گوید که ۷۲ تراوات (TW) انرژی باد بر روی زمین وجود دارد که پتانسیل تبدیل به انرژی الکتریکی را دارد و این مقدار قابل ترقی نیز هست.

توان پتانسیل توربین
انرژی موجود در باد را می توان با عبور آن از داخل پره های و سپس انتقال گشتاور پره ها به روتور یک ژنراتور استخراج کرد. در این حالت میزان توان تبدیلی با تراکم باد, مساحت ناحیه جاروب شده توسط پره و مکعب سرعت باد بستگی دارد. به این ترتیب میزان توان قابل تبدیل در باد را می توان به این ترتیب به دست آورد:

که در این فرمول P توان تبدیلی به وات، α ضریب بهره وری (که به طراحی توربین وابسته است)، ρ تراکم باد بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب، r شعاع پره های توربین برحسب متر و v سرعت باد برحسب متر بر ثانیه است.

زمانی که توربین انرژی باد را می گیرد سرعت باد کم خواهد شد که این خود باعث جدا شدن باد می شود. آلبرت بتز (Albert Betz) فیزیکدان آلمانی در ۱۹۱۹ اثبات کرد که یک توربین حداکثر می تواند ۵۹ درصد از انرژی بادی را که در مسیر آن می وزد را استخراج کند و به این ترتیب α در معادله بالا هرگز بیشتر از 0.59 نخواهد شد.

از ترکیب این قانون با معادله بالا می توان اینگونه نتیجه گرفت:

نمودار میزان و پیشبینی استفاده از برق بادی در سال های 1997 تا 2010حجم هوایی که از منطقه جاروب شده توسط پره ها عبور می کند به میزان سرعت باد و چگالی هوا وابسته است. برای مثال در روزی سرد با دمای ۱۵ درجه سانتی گراد (۵۹ درجه فارنهایت) در سطح دریا، چگالی هوا برابر ۱٫۲۲۵ کیلوگرم بر متر مکعب است. در این حالت عبور بادی با سرعت ۸ متر بر ثانیه در روتوری به شعاع ۱۰۰ متر تقریباً موجب عبور ۷۷٬۰۰۰ کیلوگرم باد در منطقه جاروب شده توسط پره ها خواهد شد.
انرژی جنبشی حجم مشخصی هوا به مجذور سرعت آن وابسته است و از آنجایی که حجم هوای عبور از توربین به صورت خطی با سرعت رابطه دارد، میزان توان قابل دسترسی در یک توربین با مکعب سرعت نسبت مستقیم دارد. مجموع توان در مثال بالا در توربینی با شعاع جاروب ۱۰۰ متر برابر ۲٫۵ مگاوات است که بر طبق قانون بتز بیشترین میزان انرژی استخراج شده از آن تقریباً برابر ۱٫۵ مگاوات خواهد بود.

توزیع سرعت باد
میزان باد دائما تغییر می کند میزان متوسط مشخص شده برای یک منطقه خاص صرفاً نمی تواند میزان تولید توریبن بادی نصب شده در آن منطقه را مشخص کند. برای مشخص کردن فراوانی سرعت باد در یک منطقه معمولاً از یک ضریب توزیع در اطلاعات جمع آوری شده مربوط به منطقه استفاده می کنند. مناطق مختلف دارای مشخصه توزیع سرعت متفاوتی هستند. مدل رایلی (Rayleigh model) به طور دقیقی میزان ضریب توزیع سرعت در بسیاری مناطق را منعکس می کند.

از آنجاییکه بیشتر توان تولیدی در سرعت بالای باد تولید می شود, بیشتر انرژی تولیدی در بازه های زمانی کوتاه تولید می شود. بر طبق الگوی لی رنچ نیمی از انرژی تولیدی تنها در 15٪ از زمان کارکرد توربین تولید می شود و در نتیجه نیروگاه های بادی مانند نیروگاه های سوختی دارای تولید انرژی پایداری نیستند. تاسیساتی که از برق بادی استفاده می کنند باید از ژنراتورهای پشتیبانی برای مدتی که تولید انرژی در توربین بادی پایین است استفاده کنند.
ضریب ظرفیت
تا زمانی که سرعت باد ثابت نباشد تولید سالیانه انرژی الکتریکی توسط نیروگاه بادی هرگز برابر حاصل ضرب توان تولیدی نامی در مجموع ساعت کار آن در یک سال نخواهد شد. نسبت میزان توان حقیقی تولید شده توسط نیروگاه و ماکزیمم ظرفیت تولیدی نیروگاه را ضریب ظرفیت می نامند. یک نیروگاه بادی نصب شده در یک محل مناسب در ساحل ضریب ظرفیتی سالیانه ای در حدود 35٪ دارد. برعکس نیروگاه های سوختی ضریب ظرفیت در یک نیروگاه بادی به شدت به خصوصیات ذاتی باد وابسته است. ضریب ظرفیت در انواع دیگر نیروگاه ها معمولا به بهای سوخت و زمان مورد نیاز برای انجام عملیات تعمیر بستگی دارد. از آنجایی که نیروگاه های هسته ای دارای هزینه سوخت نسبتاً پایینی هستند بنابراین محدویت های مربوط به تامین سوخت این نیروگاه ها نسبتاً پایین است که این خود ضریب ظرفیت این نیروگاه ها را به حدود 90٪ می رساند. نیروگاه هایی که از توربین های گاز طبیعی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می کنند به علت پر هزینه بودن تامین سوخت معمولاً تنها در زمان اوج مصرف به تولید می پردازند. به همین دلیل ضریب ظرفیت این توربین ها پایین بوده و معمولا بین 5-25٪ می باشد.

بنا به یک تحقیق در دانشگاه استندورد که در نشریه کاربردی هواشناسی و اقلیم شناسی نیز به چاپ رسیده در صورت ساخت بیش از ده مزرعه بادی در مناطق مناسب و به طور پراکنده می توان تقریباً از 3/1 انرژی تولیدی آنها برای تغذیه مصرف کننده های دائمی استفاده کرد.

محدودیت های ادواری و نفوذ
میزان انرژی الکتریکی تولیدی توسط نیروگاه های بادی می تواند به شدت به چهار مقیاس زمانی ساعت به ساعت, روزانه و فصلی وابسته باشد. این میزان به تحولات آب و هوایی سالیانه نیز وابسته است اما تغییرات در این مقیاس زیاد محسوس نیستند. از آنجایی که برای ایجاد ثبات در شبکه, میزان انرژی الکتریکی تامین شده و میزان مصرف باید در تعادل باشند از این جهت تغییرات دائم در میزان تولید این ضرورت را به وجود می آورد که از تعداد بیشتری نیروگاه بادی برای تولیدی متعادل تر در شبکه استفاده شود. از طرفی ادواری بودن طبیعی تولید انرژی باد موجب افزایش هزینه های تنظیم و راه اندازی می شود و (در سطوح بالا) ممکن است نیازمند اصول مدیریت تقاضای انرژی یا ذخیره سازی انرژی باشد.

از ذخیره سازی با استفاده از نیروگاه های آب تلمبه ای یا دیگر روش ها ذخیره سازی برق در شبکه می توانند برای به وجود آوردن تعادل در میزان تولید نیروگاه های بادی استفاده کرد اما در مقابل استفاده از این روش ها موجب افزایش 25٪ هزینه های دائم اجرای چنین طرح هایی می شوند. ذخیره سازی انرژی الکتریکی موجب به وجود آمدن تعادل بین دو بازه زمانی کم مصرف و پر مصرف خواهد شد و از این جهت میزان صرفه جویی عاید از ذخیره سازی انرژی هزینه های اجرای آن را جبران می کند. یکی دیگر از راهکارهای ایجاد تعادل در تولید و مصرف سازگار کردن میزان مصرف با میزان تولید با استفاده از ایجاد تعرفه های متفاوت زمانی برای مصرف کننده هاست.

یک نیروگاه بادی در غرب ایالت تگزاس در آمریکا
پیش بینی پذیری
با توجه به تغییرات باد قابلیت پیش بینی محدودی (ساعتی یا روزانه) برای خروجی نیروگاه های بادی وجود دارد. مانند دیگر منابع انرژی تولید باد نیز باید از قابلیت برنامه ریزی برخوردار باشد اما طبیعت باد این پدیده را ذاتا متغیر می کند. گرچه از روش هایی برای پیش بینی تولید توان این نیروگاه ها استفاده می شود اما در کل قابلیت پیش بینی پذیری این نیروگاه ها پایین است. این عیب این گونه نیروگاه ها معمولا باستفاده از روش های ذخیره سازی انرژی مانند استفاده از نیروگاه های آب تلمبه ای تا حدودی بر طرف می شود.

جاگذاری توربین
نوشتار اصلی را بخوانید: مزرعه بادی
انتخاب مکان مناسب برای نصب نیروگاه بادی و جهت نصب توربین ها در محل از نکات حیاتی برای توسعه اقتصادی این گونه نیروگاه هاست. گذشته از دسترسی باد مناسب در محل مورد بحث, عوامل مهم دیگری مانند دسترسی به خطوط انتقال, قیمت زمین مورد استفاده, ملاحظات استفاده از زمین و مسائل زیست محیطی ساخت و بهره برداری نیز در انتخاب یک محل برای نصب نیروگاه ها موثر است. از این رو استفاده از نیروگاه های بادی در مناطق دور از ساحل ممکن است هزینه های مربوط به ساخت یا ضریب ظرفیت را با استفاده از کاهش هزینه های تولید برق جبران کنند.
جهان هزاران توربین بادی در حال بهره برداری وجود دارد که ظرفیت تولیدی آنها به 73.904 مگاوات می رسد و در این میان اتحادیه اروپا 65٪ از کل توان بادی جهان را تولید می کند. تولید برق بادی در میان دیگر روش های تولید انرژی الکتریکی دارای بیشتری شتاب رشد در قرن 21 بوده است به طوری که تولید توان بادی جهان در بین سال های 2000 تا 2006 چهار برابر شده است. در دانمارک و اسپانیا برق بادی حدود 10٪ یا بیشتر ازکل تولید انرژی الکتریکی را تشکیل می دهد. گرچه 81٪ از توان بادی تولید شده در جهان به ایالات متحده و اتحادیه اروپا تعلق دارد اما سهم پنج کشور اول تولید کننده برق بادی از 71٪ در سال 2004 به 55٪ در سال 2005 کاهش یافته است.

انجمن جهانی انرژی بادی پیش بینی کرده در سال 2010 ضرفیت تولیدی برق بادی به 160 گیگاوات برسد. با توجه به میزان تولید کنونی 73.9 مگاوات این رقم پیش بینی یک رشد 21٪ را در هر سال نشان می دهد.

از جمله کشورهایی که سرمایه گذلری زیادی در این زمینه انجام داده اند می توان به آلمان, اسپانیا, ایالات متحده,هند و دانمارک اشاره کرد. کشور دانمارک یکی از کشورهای برجسته در تولید تجهیزات و استفاده از توان بادی است. دولت دانمارک در دهه 1970 ملزم شد تا تولید انرژی الکتریکی از انرژی باد را به 50٪ کل تولید برق برساند و تا به امروز برق بادی 20٪ (بیشترین میزان تولید برق بادی از نظر درصد تولید) از کل تولید انرژی الکتریکی در این کشور را تشکیل می دهد؛ این کشور هچنین پنجمین تولید کننده بزرگ برق بادی محسوب می شود (در حالی که دانمارک از نظر میزان مصرف در جهان رتبه 56 را دراست). آلمان و دانمارک دو کشور پیشتاز در زمینه صادرات توربین های بزرگ (0.66 تا 5 مگاوات) به حساب می آیند.

آلمان یکی از کشورهای پیشتاز در زمینه تولید برق بادی بوده است به طوری که در سال 2006 این کشور 28٪ از کل توان بادی تولید شده در جهان (7.3٪ در آلمان) را به خود اختصاص داده است. این در حالی است که آلمان برنامه دارد تا سال 2010 12.5٪ از کل توان تولیدی خود را از منابع تجدیدپذیر تامین نماید. کشور آلمان دارای حدود 18600 توربین بادی است که بیشتر آنها در شمال آلمان نصب شده اند که در این میان سه توربین از بزرگترین توربین های جهان نیز وجود دارند.

در سال 2005 دولت اسپانیا قانونی را تصویب کرد که بر طبق آن نصب 20000 مگاوات ظرفیت بادی تا سال 2012 در برنامه دولت قرار گرفت. البته در سال 2006 یارانه ها و پشتیبانی دولت از ساخت این ظرفیت ها به ناگهان قطع شد. قابل ذکر است که در سال 2005 در هر دو کشور آلمان و اسپانیا تولید انرژی الکتریکی از راه استفاده از نیروگاه های بادی از تولید انرژی الکتریکی به وسیله نیروگاه های برق آبی بیشتر بود.

در سال های اخیر ایالات متحده از هر کشور دیگری بیشتر توربین بادی به شبکه برق خود افزوده است و پیش بینی می شود که ظرفیت تولیدی این کشور در سال 2007 افزایشی 3 گیگاواتی داشته باشد. تولید برق بادی در ایالات متحده در بازه زمانی بین فوریه 2006 تا فوریه 2007 31.8٪ رشد را نشان می دهد. ایالت تگزاس با پیشی گرفتن از کالیفرنیا اکنون بیشترین تولید برق بادی را دربین ایالت های مختلف این کشور دارد این ایالت پیش بینی کرده که در سال 2007 در مجموع 2 گیگاوات به توان فعلی خود بیفزاید. پیش بینی می شود که ایالت های ایووا و مینه سوتا هر یک در انتهای سال 2007 1 گیگاوات برق بادی تولید کنند.

برق بادی در مقیاس های کوچک
تجهیزات تولید برق بادی در مقیاس کوچک (100 کیلووات یا کمتر) معمولا برای تغذیه منازل, زمین های کشاورزی یا مراکز تجاری کوچک مورد استفاده قرار می گیرد. در برخی از مکان های دور افتاده که مجبور به استفاده از ژنراتورهای دیزلی هستند مالکان محل ترجیح می دهند که از توربین های بادی استفاده کنند تا از ضرورت سوزاندن سوخت ها جلوگیری شود. در برخی موارد نیز برای کاهش هزینه های خرید برق یا برای استفاده برق پاک از این توربین ها استفاده می شود.

برای تغذیه منازل دورافتاده از توربین های بادی با اتصال به باتری استفاده می شود. در ایالات متحده استفاده از توربین های بادی متصل به شبکه در رنج های 1 تا 10 کیلووات برای تغذیه منازل به طور فزاینده ای در حال گسترش است. توربین های متصل به شبکه در هنگام کار نیاز به استفاده از برق شبکه را از بین می برند. در سیستم های جدا از شبکه یا باید از برق به صورت دوره ای استفاده کرد و یا از باتری برای ذخیره سازی انرژی استفاده کرد.

در مناطق شهری که امکان استفاده از باد در مقیاس های زیاد وجود ندارد نیز ممکن است از انرژی بادی در کاربردهای خاصی مانند پارک مترها یا درگاه های بی سیم اینترنت با استفاده از یک باتری یا یک باتری خورشیدی استفاده شود تا ضرورت اتصال به شبکه از بین برود.

آثار زیست محیطی

انتشار CO2 و آلودگی
توربین ها بادی برای راه اندازی و بهره برداری نیاز به هیچ گونه سوختی ندارند و بنابراین در قبال انرژی الکتریکی تولید آلودگی مستقیمی ایجاد نمی کنند. بهره برداری از این توربین ها دی اکسید کربن, دی اکسید گوگرد, جیوه, ذرات معلق یا هیچ گونه عامل آلوده کننده هوا تولید نمی کند. اما توربین ها بادی در مراحل ساخت از منابع مختلفی استفاده می کنند. در طول ساخت نیروگاه های بادی باید از موادی مانند فولاد, بتن,آلمینیوم و … استفاده کرد که تولید و انتقال آنها نیازمند مصرف انواع سوخت هاست. دی اکسید کربن تولید شده در این مراحل پس از حدود 9 ماه کار کردن نیروگاه جبران خواهد شد.
نیروگاه های سوخت فسیلی که برای تنظیم برق تولیدی در نیروگاه های بادی مورد استفاده قرار می گیرند موجب ایجاد آلودگی خواهند شد: بعضی از اوقات به این نکته اشاره می شود که نیروگاه های بادی نمی توانند میزان دی اکسید کربن تولیدی را کاهش دهند چراکه برق تولیدی از طریق نیروگاه بادی به دلیل نامنظم بودن همیشه باید به وسیله یک نیروگاه سوخت فسیلی پشتیبانی شود. نیروگاه های بادی نمی توانند به طور کامل جایگزین نیروگاه های سوخت فسیلی شوند اما با تولید انرژی الکتریکی مبنای تولیدی نیروگاه های حرارتی را کاهش داده و از تولید آنها می کاهند که به این ترتیب میزان انتشار دی اکسید کربن کاهش می یابد.

تاثیرات بوم شناختی
برخلاف نیروگاه های هسته ای و نیروگاه های سوخت فسیلی که مقدار زیادی آب را برای خنک کردن منتشر می کنند, نیروگاه های بادی نیازی به باد برای تولید انرژی الکتریکی ندارند.

درباره نشت روغن یا آب سیالی که در نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد حوادث متعددی گزارش شده. در برخی موارد سیال وارد آب شرب مناطق اطراف نیز می شود که خسارت هایی را بر جای خواهد گذاشت. این سیال های معمولا در اثر حرکت در پره توربین موادی را در خود حل کرده و سپس در محیط پراکنده می کنند.

استفاده از زمین
توربین های بادی باید ده برابر قطرشان در راستای باد غالب و پنج برابر قطرشان در راستای عمودی از هم فاصله داشته باشند تا کمترین تلفات حاصل شود. در نتیجه توربین های بادی تقریباً به 0.1 کیلومترمربع مکان خالی به ازای هر مگاوات توان نامی تولیدی نیازمند هستند.
معمولا برای نصب این توربین ها نیازی به پاکسازی درختان منطقه نیست. کشاورزان می توانند برای ساخت این توربین ها زمین های خود را به شرکت های سازنده اجاره می دهند. در ایالات متحده کشاورزان حدود 2 تا 5 هزار دلار به ازای هر توربین در هر سال دریافت می کنند. زمین ها مورد استفاده قرار گرفته برای توربین ها بادی همچنان می توانند برای کشاورزی و چرای دام مورد استفاده قرار بگیرند چراکه تنها 1٪ از زمین برای ساخت پی توربین و راه دسترسی مورد استفاده قرار می گیرد و به عبارت دیگر 99٪ زمین هنوز قابل استفاده است.

توربین های بادی عموما در مناطق شهری نصب نمی شوند چراکه ساختمان ها جلوی وزش باد را سد می کنند و قیمت زمین نیز معمولا زیاد است. با این حال پروژه نمایشی تورنتو اثبات کرد که نصب توربین های بادی در چنین مکان هایی نیز ممکن است.

آثار بر روی حیات وحش

پرندگان
برخی از توربین های بادی موجب کشته شدن پرنده ها به ویژه پرنده های شکاری می شوند البته مطالعات نشان می دهد که تعداد پرنده های کشته شده توسط توربین های بادی در مقابل عوامل انسانی دیگر کشته شدن پرندگان مانند خطوط برق, ترافیک, شکار, ساختمان های بلند و به ویژه استفاده از منابع آلوده انرژی تعداد بسیار ناچیزی است؛ برای مثال در انگلستان که در آن چندین هزار توربین گازی وجود دارد تقریباً در هر سال تنها یک پرنده در هر توربین کشته می شود در حالی که تنها در اثر آثار مخرب استفاده از خودروها هر سال در حدود 10 میلیون پرنده کشته می شوند. در ایالات متحده توربین ها هر سال در حدود 70,000 پرنده را می کشند که در مقابل 57 میلیون پرنده کشته شده در اثر استفاده از خودروها یا 97.5 میلیون پرنده کشته شده در اثر برخورد با شیشه ها مقدار اندکی است. مقاله ای در رابطه با طبیعت اظهار داشته که هر توربین به طور متوسط هر سال 0.03پرنده یا به عبارتی 1 پرنده در طول 30 سال می کشد.

بزرگترین توربین بادی جهان
بزرگترین توربین بادی جهان درحال حاضر در دریای شمال در فاصله ۲۴ کیلومتری سواحل اسکاتلند نصب شده و در حال آزمایش است. این نخستین باری است که توربین هایی به این ابعاد در دریا آزمایش می شوند. ژنراتور توربین ها در عمق ۴۴ متری سطح دریا کار گذاشته شده است که در نوع خود رکورد جدیدی است. [۱] توربین هایی در این ابعاد برای نصب در دریا و دور از ساحل مناسب هستند تا از وزش پیوسته و بدون تلاطم باد بهره گیری کنند. انتظار می رود این توربین ها ۹۶ درصد اوقات شبانه روز (۸۴۴۰ ساعت در سال) در حال کار باشند.

توزیع انرژی الکتریکی
مرحله توزیع یکی از مراحل انتهای تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کننده هاست. این بخش به طور کلی شامل خطوط ولتاژ متوسط (کمتر از ۲۰ کیلوولت), پست های ترانسفورمری "pole-mounted" و خطوط ولتاژ پایین (کمتر از ۱۰۰۰ ولت) می شود.

تصویر یک پست pole-mounted (این پست ها از یک ترانسفورماتور کوچک نصب شده بر روی تیر تشکیل شده اند)11 کیلوولت به 230/400 ولت در نیوزلندفهرست مندرجات
۱ تاریخچه
۲ ابداع جریان متناوب
۲.۱ توزیع در اروپا و آمریکای شمالی
۳ توزیع و انواع شبکه ها
۴ جستارهای وابسته
۵ منابع

تاریخچه
در سال های آغازین استفاده از انرژی الکتریکی, ژنراتورهای جریان مستقیم "DC" با همان ولتاژ تولیدی به مصرف کننده ها متصل شده بودند و به این صورت تولید و انتقال برق با یک ولتاژ انجام می گرفت, چراکه هیچ راهی برای تغییر ولتاژ "DC" به جز تغییر ژنراتورها وجود نداشت. از آنجایی که لامپهای التهابی آن زمان تنها در ولتاژ ۱۰۰ ولت قابل استفاده بوده اند تنها راه ممکن تولید برق با این ولتاژ بود. همچنین در ولتاژ پایین نیاز به عایق کاری زیاد برای حفظ ایمنی نبود و به این صورت اولید و انتقال با ولتاژ 100 ولت صورت می گرفت که موجب به وجود آمدن تلفات قابل توجه در طول خطوط می شد.

از همان ابتدا استفاده از مس به عنوان یک هادی بسیار معمول بود و این به دلیل هدایت الکتریکی و قیمت نسبتاً مناسب مس (امروزه با بالا رفتن قیمت مس از صرفه اقتصادی این فلز کاسته شده) نسبت به دیگر فلزات است. برای کاهش دادن جریان و در نتیجه کاهش میزان مصرف مس باید از ولتاژهای بالاتر در طول خطوط استفاده کرد. اما همانطور که گفته شد, هیچ روش قابل استفاده ای برای تغییر ولتاژ DC موجود در آن زمان وجود نداشت, بنابراین سیستم DC ادیسون به کابل های ضخیم و ژنراتورهای محلی نیاز داشت. فاصله آخرین مصرف کننده حداکثر باید 1.5 مایل از محل تولید می بود تا نیازی به استفاده از هادی های با سطح مقطع بسیار بالا نباشد.

ابداع جریان متناوب
پذیرش جریان الکتریکی متناوب "AC" با تغییرات بنیادی در زمینه برق همراه شد, چراکه ترانسفورماتورهای الکتریکی می توانستند ولتاژ را تغییر دهند و این, امکان افزایش طول خطوط انتقال فراهم را می کرد. با افزایش ولتاژ در طول خطوط, جریان الکتریکی کاهش یافته و بدین صورت, نیاز به استفاده از کابل های با سطح مقطع بالا و مولدهای محلی بر طرف می شد و در این صورت همچنین امکان تولید انرژی الکتریکی در فواصل دوراز مصرف کننده ها نیز فراهم می شد.

توزیع در اروپا و آمریکای شمالی
در آمریکای شمالی سیستم های توزیع اولیه از ولتاژ ۲۲۰۰ ولت و از سیستم ستاره با سیم نول (corner grounded delta) استفاده می کردند. با گذشت زمان این ولتاژ رفته رفته افزایش یافت و به۲۴۰۰ ولت رسید. با گسترش شهرها سیستم ولتاژ به ۴۱۶۰/۲۴۰۰ ولت سه فاز ارتقا یافت. گرچه بعضی از شهرها و شهرک ها به استفاده از این ولتاژ ادامه دادند, اما بیشتر شهرها ولتاژ را به تدریج و در مراحل Y7200/12470, Y7620/13200, Y14400/24940 و در نهایت Y19920/34500 افزایش دادند.

در انگلستان و اروپا در گذشته استفاده از سیستم ولتاژ ۳۳۰۰ ولت رایج بوده. با گذشت زمان در انگلستان ولتاژ ابتدا به ۶٫۶kV و سپس به ۱۱kV افزایش یافت.

سیستم های توزیع نیز در اروپا و آمریکای شمالی کاملاً متفاوت است. در آمریکای شمالی استفاده از تعداد زیادی ترانسفورماتور توزیع و در فواصل کم با مصرف کننده ها رایج تر است. برای مثال در ایالات متحده از یک ترانسفورماتور توزیع "pole-mounted" برای تغذیه ۱ تا ۳ خانه استفاده می شود, در حالی که در انگلستان ترانسفورماتورهای توزیع توانی بین ۳۱۵ تا ۱۰۰۰ کیلوولت امپر دارند و کل یک محله را تغذیه می کنند. این به دلیل استفاده از ولتاژ بالاتر در اروپاست (۴۱۵ ولت به جای ۲۳۰ ولت). چراکه با این ولتاژ امکان انتقال توان الکتریکی با تلفات قابل قبول در مسافت های طولانی تری وجود دارد. ویژگی سیستم آمریکایی این است که در صورت بروز عیب در ترانسفورماتور فقط تعداد کمی از مصرف کننده ها از مدار خارج می شوند و ویژگی سیستم انگلیسی در متمرکزتر بودن تراسفورماتورهاست بدین صورت تراسفورماتورها کمتر و بزرگ تر هستند و با راندمان بالاتری کار می کنند و این تلفات انرژی را کاهش می دهد.

توزیع و انواع شبکه ها
شبکه های توزیع معمولاً به دو صورت دسته بندی می شوند:

شعاعی (Radial)
اتصال یافته (Interconnected)
در شبکه شعاعی خطوط توزیع پس از جدا شدن از پست توزیع به منبع دیگری متصل نمی شوند. از این روش معمولاً در شبکه های روستایی با مصرف کننده های دور افتاده استفاده می شود. از شبکه های اتصال یافته معمولاً در شهرها استفاده می شود. در این شبکه مسیرهای توزیع دارای دو یا چند اتصال به مسیرهای دیگر هستند بنابراین مصرف کننده ها چندین مسیر برای اتصال به منبع دارند.

نقاط اتصال در شبکه اتصال یافته معمولاً باز هستند. اعمال دستور بسته یا باز شدن اتصال ها معمولاً به وسیله "دیسپاچینگ" صورت می گیرد. کارایی این اتصال ها معمولاً در مواقع بروز مشکل در خط مشخص می شود. در صورتی که قسمتی از خط به علت خرابی غیر قابل استفاده باشد به وسیله وصل و قطع تعدادی از اتصال ها می توان قسمت معیوب را از بقیه قسمت ها جدا کرده و دیگر قسمت ها را تغذیه نمود. هر یک از خطوط جدا شده از پست توزیع دارای کلید مدار شکن (دژنکتور) برای قطع مدار در موقع بروز اشکال هستند.

ممکن است در داخل هر شبکه انواع مختلفی از خطوط مثل خطوط هوایی یا کابلی وجود داشته باشد. البته استفاده از خطوط کابلی در کشورهای پیشرفته درحال افزایش است چراکه در این خطوط کابل ها در مسیر دیده نمی شوند و این کمک شایانی به افزایش معیارهای زیبایی به ویژه در شهرهای بزرگ با شبکه های توزیع درهم پیچیده می کند. اما با این حال قیمت تمام شده برای ایجاد خطوط کابلی به مقدار قابل توجهی از خطوط هوایی بیشتر است, تکنولوژی احداث آنها بالاست و همچنین این خطوط از نظر قیمت و راحتی تعمیر و نگهداری نیز با خطوط هوایی قابل مقایسه نیستند و این بزرگ ترین مانع برای گسترش این خطوط در کشورهای در حال توسعه است.

خصوصیات برق تحویلی به مصرف کننده ها به صورت یک تعهد از طرف تولیدکننده بوده وثابت است. برخی از خصوصیات شبکه عبارت اند از:

امروزه تمامی منابع و ژنراتورهای الکتریکی AC هستند. مصرف کننده هایی که از انرژی الکتریکی به صورت DC و در مقادیر بالا استفاده می کنند مانند برخی از راه آهن های برقی, مراکز تلفن و یا بعضی صنایع مانند صنایع ذوب آلمینیوم باید از ژنراتورهای DC یا تجهیزات یکسوساز استفاده کنند.
ولتاژ تحویلی شامل تلرانس نیز می شود(معمولاً حدود ۱۰ درصد)
فرکانس معمول تولیدی ۵۰ یا ۶۰ هرتز است. در حالی که در بعضی خطوط راه آهن برقی از فرکانس ۱۶-۲/۳ Hz و در بعضی از صنایع و معادن از ۲۵ Hz استفاده می شود.
پیکره بندی فازها, که شامل تک فاز و چند فاز (شامل دو یا سه فاز) می شود.
مصرف کننده ها نیز باید دارای خصوصیات خاصی در شبکه باشند به طوریکه انحراف از این خصوصیات برای تولید کننده زیانبار است بنابراین برای انحراف از برخی از این خصوصیات جریمه در نظر گرفته شده:

حداکثر بار, که با توجه میزان حداکثر مصرف در دوره ای مشخص تعیین می شود.
ضریب بهره خط انتقال (نسبت بار نامی به حداکثر بار در یک دوره زمانی), که نشان دهنده درجه بهروری از تجهیزات خط است(هرچه این ضریب به یک نزدیکتر باشد بهره وری تجهیزات خط بالاتر است).
ضریب توان بار اتصال یافته که نسبت توان اکتیو مصرف شده توسط بار به توان راکتیو آن است.
سیستم زمین کردن (Earthing) که می تواند TT, TN-S, TN-C-S یا TN-C باشد.
حداکثر جریان اتصال کوتاه
بیشترین میزان و فرکانس جریان لحظه ای

صرفه‏جویی در انرژی حرارتی در زمستان یکی از مهم‏ترین ضرورت‏ها است. دانیل استرول 50 قوطی آلومینیومی را طوری روی هم قرار داده است که امکان جریان هوای گرم میان آن‏ها را فراهم کرده است. روی این قوطی‏ها را یک صفحه‏ی پلاستیکی شفاف با ابعاد 4×2 فوت کشیده است و به این وسیله یک پمپ حرارت خورشیدی درست کرده است. از آن جا که فلزات حرارت را زودتر و بیشتر از عناصر دیگر جذب می‏کنند، این حرارت 10 تا 15 درجه بیشتر از حرارت موجود در دیگر اجسام خواهد بود. با قرار دادن یک توربین در مسیر هوای گرمی که در داخل این قوطی‏ها در گردش است و هدایت آن به داخل، می‏توان خانه را در طول روز و هنگام تابش آفتاب در مناطق سردسیر و در زمستان به خوبی گرم کرد.

یادتان باشد، از این پس قوطی‏های فلزی خالی نوشابه‏های خود را به آسانی دور نیاندازید! شما با این کار بخاری‏های خوبی را خواهید داشت.
پنجشنبه 7 تیر ماه سال 1386
کارخانه‏ی انرژی خورشیدی، یک فانوس دریایی درخشان!
مطلب زیر را جناب آقای سید علیرضا حجازی از وبلاگ SCI FI TECH ترجمه کرده اند و در وبلاگ خودشان یعنی مقالات فناوری اطلاعات و ارتباطات درج فرموده اند:

این برج که در پرتوهایی از نور، در تمامی جهات درخشان شده است، می‏تواند به عنوان یک نماد مذهبی به نظر برسد، اما در حقیقت این گونه نیست. این برج یک کارخانه‏ی جدید برق در اسپانیا است که انرژی حاصل از خورشید را با 600 آینه مهار کرده و پیرامون خود را تا چندین مایل روشن کرده است.
این برج‏ 40 طبقه که در منطقه‏ی سویل اسپانیا برپا شده است، یک نیروگاه کاملاً سبز به شمار می‏آید. برج یاد شده 11 مگاوات برق را بدون ایجاد گازهای گلخانه‏ای تولید می‏کند و تنها از خورشید به عنوان منبع نیروزای خود استفاده می‏کند. این برج، نور خورشید بازتاب یافته از آینده‏های پیرامون خود را جذب می‏کند و برای این مقصود، دو طرف برج به عنوان دو سطح جاذب آفتاب عمل می‏کنند. شاید در ظاهر ساختمان برج شگفت‏انگیز به نظر برسد، اما این برج دقیقاً برای جذب انرژی طراحی شده است و دلیل شگفت‏انگیزی ظاهر آن نیز همین است. برج یاد شده به طور کامل، انرژی تابشی خورشیدی را دریافت و آن را برای ایجاد انرژی الکتریکی مهار می‏کند.
معاون وزیر نیرو در امور برق و انرژی گفت: برای ایجاد جاذبه و استقبال سرمایه گذاران، تقاضای تجدیدنظر نرخ های خرید برق از نیروگاههای حرارتی و بادی بخش خصوصی به معاونت برنامه ریزی ریاست جمهوری ارائه شده است.

معاون وزیر نیرو در امور برق و انرژی گفت: برای ایجاد جاذبه و استقبال سرمایه گذاران، تقاضای تجدیدنظر نرخ های خرید برق از نیروگاههای حرارتی و بادی بخش خصوصی به معاونت برنامه ریزی ریاست جمهوری ارائه شده است.
محمد احمدیان در خصوص پیشنهاد تعدیل قیمت خرید برق از نیروگاههای بادی بخش خصوصی اظهار داشت: با توجه به اینکه هزینه های احداث نیروگاه به دلیل افزایش جهانی نرخ فلزات افزایش پیدا می کند باید در نرخ های خرید برق از نیروگاه های حرارتی و بادی برای جذب سرمایه گذاران تجدیدنظر شود.
وی ادامه داد: در خصوص نیروگاههای بادی بخش خصوصی علاوه براینکه نرخ خرید برق مهم است، سرمایه گذاران مایل هستند که در مورد نحوه تعدیل نرخ خرید انرژی در سالهای آینده هم یک فرمول روشن و از پیش تعیین شده ای وجود داشته باشد.
احمدیان گفت: برای نیروگاههای تجدیدپذیر می تواند تفاوتی بین نرخ نیروگاههای بادی خورشیدی و زیست توده نیز می تواند مطرح باشد، بنابراین مجموعه این پیشنهادات به معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری منعکس شده تا آنها در مراجع مربوطه آنرا مطرح و تصویب کنند.
احمدیان با بیان اینکه نرخ خرید انرژی ارز نیروگاههای بادی در ساعات اوج مصرف ۶۲ تومان و در ساعات غیر اوج ۴۵ تومان است گفت: برای حفظ جاذبیت سرمایه گذاری در نیروگاههای تجدیدپذیر تلاش براین است که با دادن تسهیلاتی به سرمایه گذاران ضمن توجیه پذیر کردن سرمایه گذاری، نرخ ها چندان افزایش پیدا نکند.
معاون وزیر نیرو در امور برق و انرژی افزود: وزارت نیرو پیشنهاد دقیقی مبنی بر تعیین رقم و قیمت مشخصی را برای خرید برق ارائه نکرده است اما به هرحال تقاضای تجدیدنظر در نرخ های برق و تعیین فرمول تعدیل به معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی رئیس جمهوری ارائه شده است.
● پیشی گرفتن سهم نیروگاه های بخش خصوصی از دولتی
احمدیان همچنین در خصوص سهم نیروگاه های بخش خصوصی گفت: سهم نیروگاههایی که توسط بخش خصوصی وارد مدار بهره برداری می شوند، در حال پیشی گرفتن از نیروگاههای دولتی است.
وی افزود: در سال جاری قبل از پیک مصرف، واحد نیروگاه "رود شور" وارد مدار بهره برداری شد و در حال حاضر نیز واحدهایی در "عسلویه" و "فردوسی" مشهد توسط بخش غیر دولتی وارد مدار بهره برداری شده است.
معاون وزیر نیرو در امور برق و انرژی اظهار داشت: علیرغم تمام پیچیدگی های موجود خوشبختانه حضور بخش خصوصی برای تولید برق حضور امیدوارکننده ای داشته اند.

18