انرژی بادی و طراحی و ساخت نیروگاه بادی



بسم الله الرحمن الرحیم

عنوان:
انرژی بادی و طراحی و ساخت نیروگاه بادی

فهرست
تاریخچه 6
انرژی بادی 7
مزایای انرژی بادی 8
ناکارآمدیهای انرژی بادی 9
توان پتانسیل توربین 9
توزیع سرعت باد 10
ضریب ظرفیت 10
محدودیت های ادواری و نفوذ 11
پیش بینی پذیری 11
جاگذاری توربین 12
بهره برداری از برق بادی 12
انواع کاربردتوربین های بادی 14
کاربرد غیر نیروگاهی 14
کاربرد نیروگاهی 15
آثار زیست محیطی 16
تاثیرات بوم شناختی 16
استفاده از زمین 17
آثار بر روی حیات وحش 17
نیروگاه بادی در آسمان 18
بزرگترین توربین بادی جهان 18
انرژی بادی در ایران 18
عوامل مهم در انتخاب محل استقرار توربین های بادی 19
بخش بندی 20
شرایط راه اندازی و تولید 21
پره ها 21
پیچ کنترل 22
مسائل اقتصادی ماشینهای بادی 27
کلیاتی درباره انرژی باد 43
تاریخچه استفاده از انرژی باد : 45
منشاء باد : 46
توزیع جهانی باد : 47
اندازه گیری پتانسیل انرژی باد 48
قدرت باد : 49
مزایای بهره برداری از انرژی باد 50
آینده انرژی باد در ایران : 50
پتانسیل سنجی سطحی انرژی باد 51
بادسنجها و انواع آنها 53
پتانسیل باد درایران: 54
نقشه ها و اطلس های موجود باد: 56
انواع کاربرد توربینهای بادی 59
انرژی باد و محیط زیست 62
توربین های بادی 66
مکانیزم پیدایش باد و انواع کاربردهای انرژی بادی 77
انواع توربینهای بادی 89
توربینهای محور افقی 90
توربینهای محور عمودی 91
توربین بادی بدون پره 99
فواید و مضرات انرژی بادی 100
مکانیزم پیدایش باد و انواع کاربردهای انرژی بادی 104
کاربردهای توربین بادی 105
انواع توربینهای بادی 111
توربینهای محور افقی 112
توربینهای محور عمودی 112
انواع روتورهای Darrieus 114
چرخش توربینهای بادی برپایه نیروی درگ 115
اجزاء اصلی توربینهای بادی محور افقی 116
اجزای توربین بادی 119
داخل توربین بادی به چه صورت می باشد؟ 120
آسیاب بادی 124
ظهور آسیاب بادی در اروپا 124
مقایسه نیروی باد و نیروی آب 125
انواع توربین های بادی 125
سه نوع اصلی توربین بادی 125
توربین بادی با محور افقی 125
توربین های بادی امروزی 125
توربین بادی با محور عمودی 126
توربینهای بادی چگونه کار می کنند؟ 126
طراحی و ساخت توربین های بادی 127
اجزای مختلف یک توربین بادی مدرن با محور افقی 127
توربین عمودی 129
مزایا توربین های عمودی: 129
معایب توربین های عمودی: 129
توربین افقی 130
مزایای توربین افقی 130
توربین های بادی در ایران 131
توربین های بادی کوچک 131
بیشترین توان 131
بزرگ ترین مساحت جاروب شده 131
مزارع بادی و محیط زیست 132
مرکز تجارت جهانی بحرین 132
برج فانوس دریایی دبی 134
برج رودخانه پرل در چین 134
انواع توربینهای بادی 135
ساختار توربین های بادی 138
توربینهای بادی مدرن به دو شاخه اصلی می شوند 143
منابع 146

تاریخچه
قدیمی ترین روش استفاده از انرژی باد، به ایران باستان باز می گردد. برای نخستین بار، ایرانیان موفق شدند با استفاده از نیروی باد، دلو (دولاب) یا چرخ چاه را به گردش درآورده و از چاه های آب خود، آب را به سطح مزارع برسانند. احتمالاً نخستین ماشین بادی توسط ایرانیان باستان ساخته شده است و یونانیان برای خرد کردن دانه ها و مصریها، رومی ها و چینی ها برای قایقرانی و آبیاری از انرژی باد استفاده کرده اند.
در قرن ۱۳ این فناوری توسط سربازان صلیبی به اروپا برده شد و هلندیها فعالیت زیادی در توسعه دستگاههای بادی داشتند، بطوری که در اواسط قرن نوزدهم در حدوود ۹ هزاز ماشین بادی به منظورهای گوناگون مورد استفاده قرار می گرفته است. در زمان انقلاب صنعتی در اروپا استقاده از ماشینهای بادی رو به کاهش گذاشت. استفاده از انرژی باد در ایالات متحده از سال ۱۸۵۴ شروع شد. از این ماشینها بیشتر برای بالا کشیدن آب از چاههای آب و بعدها برای تولید الکتریسیته استفاده شد. بزرگترین ماشین بادی در زمان جنگ جهانی دوم توسط آمریکائیها ساخته شد.
در شوروی سابق در سال ۱۹۳۱ ماشینی بادی با محور افقی بکار انداختند که انتظار می رفت ۱۰۰ کیلو وات برق به شبکه بدهد. ارتفاع برج ۲۳ متر و قطر پره ها ۳۰٫۵ متر بود.
در ایران با توجه به وجود مناطق بادخیز طراحی و ساخت آسیابهای بادی از ۲۰۰ سال پیش از میلاد مسیح رایج بوده و هم اکنون نیز بستر مناسبی جهت گسترش بهره برداری از توربینهای بادی فراهم می باشد. مطالعات و محاسبات انجام شده در زمینه تخمین پتانسیل انرژی باددر ایران نشان داده اند که تنها در ۲۶ منطقه از کشور (شامل بیش از ۴۵ سایت مناسب) میزان ظرفیت اسمی سایتها، با در نظر گرفتن یک راندمان کلی ۳۳٪، در حدود ۶٫۵۰۰ مگاوات می باشد. و این در شرایطی است که ظرفیت اسمی کل نیروگاه های برق کشور در حال حاضر حدود 74٫۰۰۰ مگاوات می باشد( تا سال 1394).
در سال ۲۰۰۴ میلادی تنها ۲۵ مگاوات از ۳۳٫۰۰۰ مگاوات برق تولید شده در ایران با استفاده از انرژی بادی تولید شده بود. در سال ۲۰۰۶ میلادی سهم برق تولید شده در ایران با استفاده از انرژی بادی ۴۵ مگاوات بود (رتبه سی ام در دنیا) که به نسبت سال ۲۰۰۵ رشد چهل درصدی را نشان می داد. در سال ۲۰۰۸ میلادی نیروگاه بادی منجیل (در استان گیلان) و بینالود (در استان خراسان رضوی)، ظرفیت ۸۲ مگاوات برق را داشته اند. ظرفیت برق بادی در ایران در سال ۲۰۰۹ میلادی ۱۳۰ مگاوات ساعت بوده است.
ایران عضو مجمع جهانی انرژی بادی می باشد. ایران مبالغ زیادی را در زمینه انرژی تجدیدپذیر برق بادی، سرمایه گذاری کرده است. میزان یارانه های تخصیصی در بخش برق فسیلی حدود ۷٫۳ میلیارد یورو است که مانعی جدی بر سر راه توسعه انرژی های تجدید پذیر به شمار می رود. علی رغم وجود یارانه ها، میزان ظرفیت نصب شده برق بادی تا اوایل سال ۱۳۸۷ بالغ بر ۱۲۸ مگاوات بوده است، که تولید ۳۰۷ گیگاوات ساعت برق را طی دوره ۱۳۷۳-۸۴ را به همراه داشته است. این میزان برق تولیدی سبب صرفه جویی ۴۲۵ هزار بشکه معادل نفت در بخش نیروگاهی ایران شده و در جای خود موجب کاهش یک میلیون تن انواع آلاینده های زیست محیطی در فاصله ۱۳۷۳-۱۳۸۴ شده است. با استفاده از اطلاعات واقعی ماهیانه بادر در استان های کشور و با بهره گیری ازمعادله چگالی وایبول، پتانسیل قابل استفاده باد در استان ها محاسبه شده و در نهایت کل پتانسیل برق بادی به میزان ۳٫۶ گیگاوات تخمین زده شده است. البته محاسبات دیگر تا حد ۶ گیگاوات ظرفیت را برآورد کرده اند. بر اساس سیاست های فعلی انرژی کشور، ارزش حال خالص و نرخ بازده داخلی پروژه های باد در سه استان گیلان، سیستان و بلوچستان و خراسان جنوبی محاسبه شده است، که تایید کننده این واقعیت است که پروژه های برق بادی در این سه استان از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند. نتایج نشان می دهد که با حذف یارانه های انرژی پتانسیل فسیلی به همراه یک روش بازار محور، می توان ظرفیت انرژی بادی را به ۳٫۶ تا ۶ گیگاوات افزایش داد. این ظرفیت نصب شده می تواند سبب صرفه جویی حدود ۴۷ تا ۸۴ میلیون بشکه معادل نفت ۱۲۷۰۰۰ تا ۲۳۰۰۰۰ بشکه در روز در بخش نیروگاهی ایران شود.
انرژی بادی
توان بادی Wind power تبدیل انرژی باد به نوعی مفید از انرژی مانند انرژی الکتریکی (با استفاده از توربین های بادی)، انرژی مکانیکی (مثلاً در آسیاب های بادی یا پمپ های بادی) و یا پیش رانش قایق ها و کشتی ها (مثلاً در قایق های بادبانی) است. در آسیاب های بادی از انرژی باد مستقیماً برای خرد کردن دانه ها و یا پمپ کردن آب استفاده می شود.
در پایان سال ۲۰۱۰، میزان ظرفیت نامی تولید برق بادی در سراسر جهان برابر ۱۹۷ گیگاوات بود.[۱] امروزه توان بادی در دنیا ظرفیت تولید سالانه ۴۳۰ تراوات ساعت انرژی الکتریکی را دارد که این میزان، ۲٫۵٪ مصرف برق دنیاست. در ۵ سال گذشته، رشد متوسط سالانه در توان بادی دنیا ۲۷٫۶٪ بوده و انتظار می رود که سهم باد در تولید انرژی الکتریکی دنیا تا سال ۲۰۱۳ به ۳٫۳۵٪ و تا سال ۲۰۱۸ به ۸٪ برسد.
کشورهای دانمارک با ۲۱٪ پرتغال با ۱۸٪ اسپانیا با ۱۶٪ ایرلند با ۱۴٪ و آلمان با ۹٪از نظر درصد تولید برق بادی از کل تولید انرژی الکتریکی در جایگاه های نخست قرار دارند. در سال ۲۰۱۱، ۸۳ کشور در دنیا از توان بادی برای تولید برق استفاده کرده اند.
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.
باد یکی از شاخصه های اصلی انرژی خورشیدی و هوای متحرک است و جزء کوچکی از خورشید که از تابش خورشید که از خارج به اتمسفر می رسد به انرژی بادتبدیل 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، در همه جای دنیا وجود دارد و همچنین در مقایسه با استفاده از انرژی سوخت های فسیلی میزان کمتری گاز گلخانه ای منتشر می کند.
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 بهمناطق 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.
مزایای انرژی بادی
از آنجای که انرژی باد در زمستان با توجه به وزش باد بیشتر می باشد و همین وزش شدید باعث می شود که الکتریسیته بیشتری تولید گردد انرزی باد نه آلودگی ایجاد می کند و جزوءانرژی های پایان ناپذیر می باشد و این فناوری باعث شده که هزینه این انرژی به مراتب کمتر از هزینه الکتریسیته تولید شده توسط زغال سنگ و شکافت هسته ای باشد
ناکارآمدیهای انرژی بادی
یکی از مسائل مهم در ناکارآمدی انرژی باد مساله زیست محیطی می باشد، با توجه به اینکه این مولدهای برق دارای ظاهر ناخوشایند و دارای سر و صدای بالای هستند
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 ۰٫۵۹ 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 ۱۹۹۷ تا ۲۰۱۰
حجم 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 دائماً 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 ۱۵٪ 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 ۳۵٪ 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 معمولاً به بهای سوخت و زمان مورد نیاز برای انجام عملیات تعمیر بستگی دارد. از آنجایی که نیروگاه های هسته ای دارایهزینه 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 ۹۰٪ 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 معمولاً بین ۵-۲۵٪ 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 ۳/۱ 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 ۲۵٪ 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.
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 ذاتاً 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 معمولاً باستفاده از روش های ذخیره سازی انرژی مانند استفاده از نیروگاه های آب تلمبه ای تا حدودی بر طرف می شود.
جاگذاری توربین
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.
بهره برداری از برق بادی
در جهان هزاران توربین بادی در حال بهره برداری وجود دارد که ظرفیت تولیدی آنها به ۷۳٫۹۰۴ مگاوات می رسد و در این میاناتحادیه اروپا ۶۵٪ 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 ۲۱ بوده است به طوری که تولید توان بادی جهان در بین سال های ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۶ چهار برابر شده است. دردانمارک و اسپانیا برق بادی حدود ۱۰٪ یا بیشتر ازکل تولید انرژی الکتریکی را تشکیل می دهد. گرچه ۸۱٪ 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 ۷۱٪ در سال ۲۰۰۴ به ۵۵٪ در سال ۲۰۰۵ کاهش یافته است.
انجمن جهانی انرژی بادی پیش بینی کرده در سال ۲۰۱۰ ظرفیت تولیدی برق بادی به ۱۶۰ گیگاوات برسد. با توجه به میزان تولید کنونی ۷۳٫۹ مگاوات این رقم پیش بینی یک رشد ۲۱٪ 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, هندو دانمارک اشاره کرد. کشور دانمارک یکی از کشورهای برجسته در تولید تجهیزات و استفاده از توان بادی است. دولت دانمارک در دهه ۱۹۷۰ ملزم شد تا تولید انرژی الکتریکی از انرژی باد را به ۵۰٪ کل تولید برق برساند و تا به امروز برق بادی ۲۰٪ (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 ۵۶ را دراست). آلمان و دانمارک دو کشور پیشتاز در زمینه صادرات توربین های بزرگ (۰٫۶۶ تا ۵ مگاوات) به حساب می آیند.
آلمان یکی از کشورهای پیشتاز در زمینه تولید برق بادی بوده است به طوری که در سال ۲۰۰۶ این کشور ۲۸٪ از کل توان بادی تولید شده در جهان (۷٫۳٪ در آلمان) را به خود اختصاص داده است. این در حالی است که آلمان برنامه دارد تا سال ۲۰۱۰ ۱۲٫۵٪ از کل توان تولیدی خود را از منابع تجدیدپذیر تامین نماید. کشور آلمان دارای حدود ۱۸۶۰۰ 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 ۲۰۰۵ دولت اسپانیا قانونی را تصویب کرد که بر طبق آن نصب ۲۰۰۰۰ مگاوات ظرفیت بادی تا سال ۲۰۱۲ در برنامه دولت قرار گرفت. البته در سال ۲۰۰۶ یارانه ها و پشتیبانی دولت از ساخت این ظرفیت ها به ناگهان قطع شد. قابل ذکر است که در سال ۲۰۰۵ 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. تولید برق بادی در ایالات متحده در بازه زمانی بین فوریه ۲۰۰۶ تا فوریه ۲۰۰۷ ۳۱٫۸٪ 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. تگزاس در سال ۲۰۰۹ نزدیک به ۱۷٪ برق خود را از باد بدست آورد،[۷] و تگزاس اکنون بزرگترین مزرعه بادی جهان را با ۷۸۲ مگاوات ظرفیت در روستایی بنام راسکو در اختیار دارد.[۸]
برق بادی در مقیاس های کوچک[ویرایش]
تجهیزات تولید برق بادی در مقیاس کوچک (۱۰۰ کیلووات یا کمتر) معمولاً 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 ۱ تا ۱۰ 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.
انواع کاربردتوربین های بادی
۱-[کاربردغیرنیروگاهی
۲-[کاربرد نیروگاهی
کاربرد غیر نیروگاهی
پمپاژ اب در مناطق دور افتاده
یکی از کاربردهای مهم غیر نیرو گاهی انرژی حاصل از استحصال انرژی بادی پمپاژ آب می باشد. با توجه به برتری انرژی برق. در سال های انقلاب صنعتی ورونق پمپ های الکترو موتور به جای پمپ های بادی هنوز پمپ های بادی در مناطقی از چین وافریقای جنوبی ارژانتین وایالات متحده امریکا به فروش می رسد. پمپ های بادی عمدتاً از نوع توربین های بادی پر پره کلاسیک می باشد؛ که تکنولوژی در این زمینه دز دهه های اخیر به مداوم بهبود یافته است. موارد استفاده از پمپ های بادی جهت پمپاژ اب عبارتند از: الف-تامین اب مصرفی ب-آ بیاری زمین در مقیاس کم ج-آبیاری حجم کم جهت پرورش ابزیان د-تامین اب اشامیدنی حیوانات در مناطق دور افتاده.
۲-توربین های کوچک تولید کننده برق
جزیره مصرف به منطقه ای که برق رسانی به ان از طریق شبکهٔ سراسری برق غیر منطقی و غیر اقتصادی باشدوهمچنین تامین برق ان از طریق مولدهای کوچک برقی تامین می شود گفته می شود. توربین بادی نقش موثری در بهبود تامین برق جزیره مصرف ویا به عنوان اصلی ترین کاربرد غیر نیروگاهی به حساب می اید. از نظر هزینه اولیه توربین های برق بادی در مقایسه با مجموع موتور برق و هزینه سوخت ان کاملاً مقرون به صرفه می باشد. امروزه این توربین ها در مقیاس پایین تا قدرت ۱۰ کیلو وات برای تامین برق مورد نیاز مناطق جزیره مصرف مورد استفاده قرار می گیرد؛ که می توان ازآن به حالت ترکیبی با منابع فتولتاییک با ژنراتورهای دیزلی مورد استفاده قرار گیرد.
۳-شارژ باتری
سومین دسته کاربرد غیر نیروگاهی شارژ باتری می باشد. جهت شارژ باتری استفاده از توربین های باقیمت ارزان و توربین های با روتور قطر ۳ متر کاربرد دارد؛ که استفادهاز آن در مصرف خانگی وکاربردهای تجاری می باشد ودر مصارف مشابه تامین برق دستگاه های کمک ناوبری ومخابرات نیز کاربرد فراوان دارد.
کاربرد نیروگاهی
کاربردهای نیروگاهی توربین های برق بادی شامل کاربردهای متصل به شبکه برق رسانی کلی است که جهت استحصال انرژی برق در مقیاس های رده بندی شده زیر استفاده می شود.
۱-توربین های بادی منفرد
اندازه این توربین هااز۱۰ تا ۱۰۰ کیلو وات که کاربردان در نزدیکی کشتزارها واستفاده گروهی خانه های مسکونی ویا صنعتی کشاورزی استفاده می شود.
۲-توربین های گروهی تولید باد
الف-نیروگاههای کوچک
عمده مصرف این نیرگاهها مصرف خصوصی بوده که تا ظرفیت تولید ان به ۸۰ کیلو وات می رسد. قطر روتور در این توربین ها میانگین به ۲۰ متر می رسد.
ب-نیرو گاهها حجم متوسط
معمولاً صا حبا ن این نیروگاهها تعاونی های برق بادی ویا خصوصی هستند که به شبکه سراسری برق می فروشند. ظرفیت تولید این نیروگاهها از ۸۰ تا ۷۵۰ کیلو وات می باشد وقطر روتور ان از ۲۰ تا ۴۵ متر می رسد.
ج-نیرو گاهها ی بزرگ
سرمایه گذاری های لازم جهت این احداث این نیرو گاهها به چند میلیون یورو می رسد. ظرفیت تولیدی بیش از ۷۵۰ کیلو وات وقطر روتور ان به بیش از ۴۵ متر می رسد.
آثار زیست محیطی
انتشار CO۲ 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 ۹ 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 آب 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 معمولاً 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 ۰٫۱ کیلومترمربع مکان خالی به ازای هر مگاوات توان نامی تولیدی نیازمند هستند.
معمولاً 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 ۲ تا ۵ 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 ۱٪ از زمین برای ساخت پی توربین و راه دسترسی مورد استفاده قرار می گیرد و به عبارت دیگر ۹۹٪ زمین هنوز قابل استفاده است.
توربین های بادی عموماً در مناطق شهری نصب نمی شوند چراکه ساختمان ها جلوی وزش باد را سد می کنند و قیمت زمین نیز معمولاً 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
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 بادی 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 ۱۰ میلیون پرنده کشته می شوند. در ایالات متحده توربین ها هر سال در حدود ۷۰٬۰۰۰ پرنده را می کشند که در مقابل ۵۷ میلیون پرنده کشته شده در اثر استفاده از خودروها یا ۹۷٫۵ 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 ۰٫۰۳پرنده یا به عبارتی ۱ پرنده در طول ۳۰ سال می کشد.
نیروگاه بادی در آسمان
رایان رابرت مهندس استرالیایی راه حل جالبی برای نیروگاه بادی در آسمان دارد به اعتقاد او به جای برافراشتن توربینها روی زمین، آنها را در جریان تند باد در ارتفاع ۱۵ تا ۴۵ هزار پایی شناور می سازیم. او با همکاری سه مهندس دیگر دستگاهی را ساخته اند که ژنراتور الکتریکی پرنده (FEG) نام گرفته است این دستگاه مانند بادبادک در هوا شناور می ماند و بادهایی با سرعت ۲۰۰ مایل بر ساعت، پره های آن را می چرخانند. جریان الکتریکی تولید شده از راه رشته بسیار محکمی به ایستگاه زمینی فرستاده می شود. به نظر این مهندس استرالیایی می توان ۶۰۰ عدد از این دستگاهها را در هوا داشت که هر کدام ۲۰ مگاوات برق تولید می کنند
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.[۱۲] 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.
انرژی بادی در ایران
یک نیروگاه بادی یا مزرعه بادی، مجموعه ای از چندین توربین بادی است که در یک مکان قرار گرفته اند. یک نیروگاه بادی بزرگ می تواند شامل چندصد توربین بادی باشد. چنین مجموعه ای می تواند بر روی دریا قرار گرفته باشد.
کشور ایران از لحاظ منابع مختلف انرژی یکی از غنی ترین کشورهای جهان محسوب می گردد، چرا که از یک سو دارای منابع گسترده سوختهای فسیلی و تجدید ناپذیر نظیر نفت و گاز است و از سوی دیگر دارای پتانسیل فراوان انرژیهای تجدید پذیر از جمله باد می باشد. با توسعه نگرشهای زیست محیطی و راهبردهای صرفه جویانه در بهره برداری از منابع انرژیهای تجدید ناپذیر، استفاده از انرژی باد در مقایسه با سایر منابع انرژی مطرح در بسیاری از کشورهای جهان رو به فزونی گذاشته است. استفاده از تکنولوژی توربینهای بادی به دلایل زیر می تواندیک انتخاب مناسب در مقایسه با سایر منابع انرژی تجدید پذیر باشد.
قیمت پایین توربینهای برق بادی در مقایسه با دیگر صور انرژیهای نو
کمک در جهت ایجاد اشتغال در کشور
بزرگ ترین نیروگاه بادی دنیا، نیروگاه بادی روسکو در تکزاس آمریکا است که توان نامی ۷۸۱٫۵ مگاوات دارد.
در سال ۲۰۰۶ برای اولین بار در اتحادیه اروپا رشد تولید برق از انرژی های نو بیش از رشد تولید برق از منابع فسیلی بود. از سال ۱۳۷۹ تا ۱۳۸۶ شمسی، ظرفیت تولید برق بادی جهان از ۱۸۰۰۰مگاوات به ۹۲۰۰۰ مگاوات افزایش یافته است. از سال ۲۰۰۰ تاکنون این صنعت سالانه ۲۵٪ رشد کرده و هر سه سال دو برابر شده است و این در شرایطی است که رشد اقتصاد جهانی از یک تا دو درصد در سال بیشتر نیست.
عوامل مهم در انتخاب محل استقرار توربین های بادی
موارد مهم جهت شناسایی یک منطقه مستعد برای نصب توربین های بادی عبارتند از:
استقرار ماشینهای بادی در مکان هایی که مقدار انرژی تولید شده جوابگوی مصرف باشد.
پرهیز از مکان هایی که سبب مخاطره توربین های بادی می شود. مثل اغتشاش، یخبندان، موانع، ذرات شن و نمک در هوا، نامسطح بودن و شیب زمین که سبب افزایش قیمت نگهداری توربین، کوتاهی عمر و افت انرژی تولیدی خواهد شد
اقتصادی بودن انرژی تولیدی در مقایسه با انرژی های دیگر.
دراحداث نیروگاه بادی پیدا کردن محل سایت عامل بسیار مهمی است تا حداکثر بهره برداری را از نیروی باد بدست آورد. اطلاعات اولیه برای احداث نیروگاه بادی بینالود توسط ایستگاه هواشناسی حسین آباد آغاز گردید و کارهای مقدماتی آن از سال ۷۴ شروع شد. اطلاعات بدست آمده از ایستگاه در اختیار مهندسین قرار داده شد و پس از مطالعات فراوان سر انجام محل فعلی برای احداث انتخاب گردید. تونل بادی که در این منطقه وجود دارد از امام تقی آغاز و تا کویر سبزوار ادامه دارد و محل احداث نیروگاه در دهانه این تونل است و بیشترین بهره برداری را از نیروی باد می کند.
نکته مهم بعدی پس از انتخاب محل نحوه چیدمان واحدها است تا بتوان حداکثر استفاده را از نیروی باد کرد. از چندین طرح ارائه شده سرانجام چیدمان ۱۰×۶ انتخاب گردید.
در فاز اول ۴۳ واحد از ۶۰ واحد با یستی به بهره برداری برسد. قدرت هر واحد ۶۶۰ ولت است. از ۴۳ واحد فوق ۵ واحد از خرداد ۸۳ به بهره برداری رسیده و مابقی در حال نصب و راه اندازی است. واحدها با مشارکت ایران و چند کشور خارجی از جمله آلمان و دانمارک به بهره برداری رسیده به طوری که ۶۰ درصد تولید داخل و ۴۰ درصد تولید خارج است. کل برق تولید شده توسط واحها توسط کابل به پست (۱۳۲/۲۰) برده می شود و توسط آن به شبکه اصلی منتقل می گردد.
خروجی هر واحد ۶۰۰ و توسط ترانسفورماتورهای مجزا به ۲۰۰۰۰ تبدیل می گردد.
در سطح سایتهای شناخته شده در سطح جهان دو سایت متمایز وجود دارد: سایت آلتامونت پاس کالیفرنیا که بیش از ۷۰۰۰ توربین دارد و حدود ۲ مگا ولت انرژی تولید می کند و دیگری سایت بینالود. وجه تمایز این دو سایت در این است که در تابستان بیشتر باد می آید و در نتیجه تولیدی این دو سایت در تابستان که پیک مصرف است پیک تولید هم است.
بخش بندی
یک واحد خود از ۴ قسمت اصلی تشکیل شده است:
امبیدر سیلندر (سیلندر مدنون)
برج (تهتانی وفوقانی)
نافل (ماشین فونه)
نویز کون (دماغه)
ژنراتور نیروگاههای بادی از نوع آسنکرون می باشند. در ژنراتور آسنکرون بر خلاف سنکرون لغزش می تواند بین ۳ تا ۵ درصد باشد و در کار ژنراتور اختلالی بوجود نیاورد. ولی نکته مهم در اینجا انرژی بسیار متغیر باد است که دائماً در حال تغییر است و متناسب با آن دور تغییر می کند. لغزش مجاز این ژنراتورها ۱۰ درصد است. برای کارآیی بهتر لازم است تا ولتاژ القایی در روتور ثابت نگه داشته شود برای این کار از سه مقاومت متغیر ۱ اهمی استفاده می شود به طوری که این مقاومتها روی هر فاز قرار می گیرند و توسط یک مدار کنترلی بطور اتومات تغییر می کنند. برای انتقال انرژی باد به ژنراتور از مین گیربکس استفاده می گردد.
عموماً توربین های بادی از لحاظ دور به سه دسته تقسیم می شوند:
دور ثابت
دور متغیر
دو دوره توربین های این نیروگاه از نوع دور ثابت هستند.
دور پره ۲۸ دور در دقیقه و دور ژنراتور ۱۶۰۰ دور در دقیقه است. گیربکس طوری طراحی گردیده است که ورودی آن متغیر ولی خروجی آن ثابت باشد. اگر باد از مقدار معینی بیشتر گردد تولید برق بطور اتومات قطع می گردد بطوری که اگر سرعت باد ۵ متر در ثانیه(18 کیلومتر در ساعت) باشد تولید شروع می گردد و در ۱۶ متر بر ثانیه(57.6 کیلومتر در ساعت) تولید حداکثر است و نهایتاً در ۲۵ متر در ثانیه(90 کیلومتر در ساعت) تولید بطور اتومات قطع می گردد تا به اجزا واحد آسیب نرسد. البته شرایط بالا با شرط ایزو می باشند (فشار ۱ اتمسفر و دمای ۲۵ درجه) و در جوی سایت بینالود (۱۵۵۰ متر ارتفاع از سطح دریا) فول تولید در سرعت ۱۴ متر در ثانیه(50.4 کیلومتر در ساعت) بدست می آید.
شرایط راه اندازی و تولید
در زمان راه اندازی ژنراتور ابتدا بصورت موتور به را می افتد و تا زمانی که سرعت آن به سنکرون برسد ادامه دارد. در این زمان تغذیه موتور قطع می گردد و به صورت ژنراتور به کار خود ادامه می دهد.
پره ها
پره ها طوری طراحی شده اند که بطور اتومات تا ۹۰ درجه تغییر پیدا می کنند (پیچ کنترل) کلاً برای توقف و ترمز واحدها دو روش وجود دارد: در نوک پره ها پره ای دیگر موجود است (پره آیرودینامیکی) که از نوک پره اصلی فاصله دارد و تغییر حالت آن موجب توقف پره های اصلی میگردد (ترمز دینامیکی)
پیچ کنترل
در این سیستم تمام پره تغییر وضعیت می دهد و نسبت به روش قبلی مدرنتر است. برای بهره بردای کامل پره طوری قرار می گیرد که بیشترین سطح تماس را باد داشته باشد و همچنین در مواقعی که طوفان است و یا به خاطر سرویس نبای واحد به کار خود ادامه دهد پره ها طوری قرار می گیرند که کمترین سطح تماس را باد داشته باشند.
در نیروگاههای بادی بر خلاف نیروگاه گازی انژی ورودی در اختیار ما نیست بلکه برای کنترل شرایط بایستی از وضعیت پره ها استفادده کنیم. اتاقک یا ژنراتور می تواند ۳۶۰ درجه به دور خود گردش کند و کابل ارتباط دهنده آن طوری است که می تواند تا ۴ دور به دور خود بپیچد و پس از آن بطور اتومات باز می گردد.
تمام فرمانهای اجرایی به واحد توسط واحد کنترلی کوچکی که در بالای اتاقک است انجام می گیرد و از سنسورهای مختلفی تشکیل شده است و پارامترهای مختلف را تحت کنترل دارند. در هنگام طوفان که سرعت باد بسار زیاد است واحد کنترل به یاو موتورها فرمان داده و آنها با چرخش ژنراتور به حول خود باعث می شوند تا ژنراتور در حالت پشت به باد قرار گیرد و از طوفان در امان باشد. تمام قسمتهای کنترلی به صورت اتومات انجام می گردد و اپراتور فقط بر کارکرد قسمتها نظارت دارد و تمام اطلاعات به طور لحظه ای ثبت می گردد و در حافظه کامپیوتر ذخیره می گردد.
تغییر دور ژنراتور بین ۱۵۰۰ تا ۱۶۵۰ دور است و تغییر دور پره بین بین ۲۸ تا ۳۰ دور است.
آلمان با ۲۹٫۰۷۵ مگاوات توان بادی نصب شده سومین تولید کننده برق بادی در جهان بعد از چین و ایالات متحده امریکا به ترتیب با تولیدی بالغ بر ۶۲٫۷۳۳ مگاوات و ۴۶٫۹۱۹ مگاوات قرار دارد. بیش از ۲۲۰۰۰ توربین بادی در ایالت های مختلف آلمان نصب شده اند و این کشور در صدد است تا تعداد توربین ها را افزایش دهد.
در حال حاضر برق بادی حدود ۸ درصد از کل مصرف برق در آلمان را تشکیل می دهد و گفته می شود که هیچ کشوری در این زمینه به اندازه آلمان دانش فنی ندارد. صنایع تولید توربین های بادی در آلمان حدود ۹۶٫۱۰۰ فرصت شغلی را ایجاد کرده اند و این توربین ها به کشورهای مختلف جهان صادر می شوند. توربین بادی فولندر در روستای لاسو در ایالت براندنبورگ آلمان در سال ۲۰۰۶ ساخته شد و در حال حاضر بزرگترین توربین بادی جهان محسوب می شود.
با این حال صرفه اقتصادی ساخت این توربین ها در آلمان در حال بررسی و به نکته اشاره می شود که روش های دیگری نیز برای تولید انرژی الکتریکی وجود دارند که نیازمند توجه باشند. از موضوعات مورد بحث دربارهٔ توربین های بادی می توان به تاثیرات زیبایی شناختی آنها بر روی محیط زیست، تاثیر آنها بر روی جمعیت پرندگان و تاثیر آنها بر روی صنعت گردشگری اشاره کرد.
نیروگاه بادی بینالود (در استان خراسان رضوی در نزدیکی شهر نیشابور و در مسیر جاده ۴۴، تاسیس ۱۳۸۱)، یکی از نیروگاه های ایران و از نیروگاه های بادی با ظرفیت تولید ۲۸٫۲ مگاوات که شامل ۴۳ توربین ۶۶۰ کیلوواتی است.
مساحت این نیروگاه حدود ۷۰۰ هکتار است. پروژه بنیان این نیروگاه در سال ۱۳۸۱ آغاز شد و در سال ۱۳۸۶ تعداد توربین به ۴۳ عدد رسید. ساخت این نیروگاه توسط سازمان انرژی های نو ایران (سانا) بوده است. مزرعه بادی کهک نام اولین مزرعه تولید برق با استفاده از انرژی باد در ایران می باشد. که در سال ۱۳۹۲ در ۵ کیلومتری شهر تاکستان در استان قزوینراه اندازی گردید. این مزرعه در مرحله اول با ظرفیت ۲٫۵ مگاوات به بهره برداری رسیده است؛ و در صورت تکمیل پروژه ظرفیت تولید برق آن تا تابستان ۹۳ به ۲۰ مگاوات افزایش خواهد یافت. برق تولیدی این نیروگاه بادی در پست رازی در پنج کیلومتری شهر تاکستان مورد بهره برداری قرار می گیرد.
ویژگی ها
توربین های نصب شده در این مزرعه بادی برای نخستین بار در ایران و توسط شرکت مپنا تولید شده اند. توربین های نصب شده در این مرکز بزرگ ترین توربین بادی کشور محسوب می شوند به طوری که هر کدام ۸۵ متر ارتفاع و دارای ۳۰۰ تن وزن می باشند. توربین ها ۳ پره ای بوده و طول هر پره ۵۳ متر می باشد. هر کدام از این توربین ها ظرفیت تولید ۲٫۵ مگاوات برق را داراست. این توربین بادی شامل سه بخش پایه یا برج، موتورخانه و روتور است.
نیروگاه بادی جرندق نام نیروگاهی در دست ساخت در استان قزوین می باشد که با تبدیل انرژی جنبشی باد به الکتریکی، برق تولید خواهد کرد.
اهداف ایجاد نیروگاه
از جمله اهداف برای ایجاد نیروگاه بادی جرندق عبارتند از:
ایجاد امکان جدید در ایران به منظور دریافت و منتقل کردن علم فنی طراحی و ساخت توربین های اندازه بزرگ (بزرگتر از ۵/۱ مگاوات) (به دلیل اقتصادی بودن این نوع در مقایسه با اندازه کمتر)
تامین تولید انرژی الکتریکی با استفاده از انرژی تجدیدپذیر به منظور تامین بخشی از میزان ۱٪ کل تولید برق کشور
شرح برنامه ساخت
این برنامه از تعیین مشاور، انجام مطالعه های تکمیلی و مورد نیاز توسط آن نظیر تکنولوژی توربین، انتخاب روش اجرا و تهیه اسناد مناقصه و… تشکیل شده است و سپس تعیین پیمانکار واجد شرایط و نظارت بر اجرای طرح می باشد. تا آخر سال ۱۳۸۴ مطالعات امکان سنجی مربوط به این طرح و تهیه گزارش توجیه فنی و اقتصادی آن جهت ارائه به سازمان مدیریت و برنامه ریزی به پایان رسید و در صورت تصویب گزارش ها و تامین اعتبار مورد نیاز، عملیات اجرائی طرح شروع خواهد شد.

انرژی های بادی :
دید کلی
یکی از مظاهر انرژی خورشیدی و همان هوای متحرک است باد پیوسته جزء کوچکی از تابش خورشید که از خارج به اتمسفر می رسد، به انرژی باد تبدیل می شود.
گرم شدن زمین و جو آن بطور نامساوی سبب تولید جریانهای همرفت (جابجایی) می شود و نیز حرکت نسبی جو نسبت به زمین سبب تولید باد است.با توجه به اینکه مواد قابل احتراق فسیلی در زمین رو به کاهش است، اخیرا پیشرفتهای زیادی در مورد استفاده از انرژی باد حاصل شده است.

انرژی باد اغلب در دسترس بوده و هیچ نوع آلودگی بر جای نمی گذارد و می تواند از نظر اقتصادی نیز در دراز مدت قابل مقایسه با سایر منابع انرژی شود. در سالهای اخیر کوشش فراوانی برای استفاده از انرژی باد بکار رفته و تولید انرژی از باد با استفاده از تکنولوژی پیشرفته در ابعاد بزرگ لازم و ضروری جلوه کرده است.
تاریخچه:
احتمالا نخستین ماشین بادی توسط ایرانیان باستان ساخته شده است و یونانیان برای خرد کردن دانه ها و مصریها ، رومی ها و چینی ها برای قایقرانی و آبیاری از انرژی باد استفاده کرده اند. بعدها استفاده از توربینهای بادی با محور قائم سراسر کشورهای اسلامی معمول شده و سپس دستگاههای بادی با محور قائم با میله های چوبی توسعه یافت و امروزه نیز ممکن است در برخی از کشورهای خاورمیانه چنین دستگاههایی یافت شوند.
در قرن 13 این نوع توربینها توسط سربازان صلیبی به اروپا برده شد و هلندیها فعالیت زیادی در توسعه دستگاههای بادی مبذول داشتند، بطوری که در اواسط قرن نوزدهم در حدوود 9 هزاز ماشین بادی به منظورهای گوناگون مورد استفاده قرار می گرفته است. در زمان انقلاب صنعتی در اروپا استقاده از ماشینهای بادی رو به کاهش گذاشت. استفاده از انرژی باد در ایالات متحده از سال 1854 شروع شد.
این ماشینها بیشتر برای بالا کشیدن آب از چاههای آب و بعدها برای تولید الکتریسیتهاستفاده شد.
بزرگترین ماشین بادی در زمان جنگ جهانی دوم توسط آمریکائیها ساخته شد. شوروی سابق در سال 1931 ماشینی بادی با محور افقی بکار انداختند که انتظار می رفت 100 کیلو وات برق به شبکه بدهد. ارتفاع برج 23 متر و قطر پره ها 30.5 متر بود.

باد مخرب است یا مفید؟
گهگاه توفانها و گردبادهای سهمگینی در گوشه و کنار جهان پدیدار می شود که اگر نیروی آنها بطور صحیح بکار گرفته شود، می تواند به جای مخرب بودن ، مفید باشد. اصول بهره برداری از انرژی باد از نخستین کوششهای انسان تا کنون تغییر نکرده است.
با وزش باد ، قایقها و کشتیها به حرکت در می آیند و یا پره آسیاب بادی از طریق دنده ها گردانده می شود. امروزه مولدهای الکتریسیته بادی به نحوی طراحی شده اند که از حداکثر نیروی باد بهره برداری شود و انرژی باد بجای آسیاب کردن غلات ، بوسیله یک ژنراتور توربینی تبدیل به الکتریسیته می شود.
مزایای انرژی بادی:
یکی از مزایای انرژی باد آن است که وزش باد در زمستانها سریعتر است و هنگامی که نیاز بیشتری به برق داریم، الکتریسیته بیشتری تولید می شود.
این انرژی بدون ایجاد آلودگی ، دارای منبع انرژی پایان ناپذیر و فن آوری آزموده شده است. پیشرفتهای اخیر در صنعت ، همواره سبب کاهش هزینه الکتریسیته تولید شده توسط مولدهای بادی می باشد؛ زغال سنگ و شکافت هسته ای الکتریسیته تولید شده توسط این مبلغ کمتر از هزینه است و از نظر اقتصادی قابل رقابت با سایر موارد می باشد.
همچنین مانند دیگر انرژیهای قابل تجدید و ادامه دار مخالفان زیادی ندارد. بریتانیا دارای موقعیتهای خوبی از نظر منبع باد در اروپا است. دانمارک در مقایسه با انگلستان که فقط 25% درصد الکتریسیته مورد نیاز خود را از نیروی باد تامین می کند.
3.7 درصد600 میلیون وات الکتریسیته مورد نیاز را از انرژی باد تهیه می کند؛ در صورتی که منبع باد انگلستان 28 برابر بیش از دانمارک است.
ناکار آمدیهای انرژی بادی:
گفته می شود که یکی از بزرگترین موانع بهره برداری از نیروی باد در بریتانیا ، مساله تاثیر زیست محیطی آن است.
بسیاری از مردم می گویند مولدهای بادی از نظر ظاهری ناخوشایند بوده و پر سر و صدا می باشند؛ بخصوص چون در نواحی زیبای خارج از مناطق شهری قرار دارند.
اما باید گفت مولدی که سوخت آن زغال سنگ است، مسلما پر سر و صداتر و زشت تر از دکلهای آسیاب بادی خواهد بود. صدای متوالی توربینهای دکلهای آسیاب بادی برای کسانی که در نزدیکی آنها می باشند، یک موضوع مهم به شمار می رود. اکنون صدای این مولدها به کمک فناوری چرخ دنده ها توربینهای سه تیغه ای قابل کنترل می باشد.

نیروگاه ساحلی :
یک راه پیشگیری از شکایات مذکور ، بنا کردن مجموعه دکلهای بادی در پایگاههای ساحلی است که هیچ کس نه آنها را می بیند و نه صدایشان را می شنود؛ همچنین در آنجا اغلب وزش باد دو برابر خشکی می باشد. با اینکه هوای دریا طبیعتی تباه کننده دارد و سبب کاهش عمر مولدها می گردد، اما در عوض احتمال تخریب و خرابکاری در آنها کاسته می شود نیروگاههای جدید بادی: امروزه ارتفاع برجهای مخصوص انرژی باد به 70 متر می رسد، می توانند 1.5 مگاوات برق تولید کنند. اما نصب روتورهای (چرخنده ها) قویتر در این تاسیسات می تواند بهای الکتریسته حاصل از این منبع غیر سنگواره ای را تا حد قابل ملاحظه ای کاهش دهد. در حال حاضر یک شرکت آلمانی در صدد است تا با تولید نسل جدیدی از تاسیسات بادی هزینه این منبع انرژی جایگزین را تا حد الکتریسیته هسته ای کاهش دهد. برج جدید که 90 متر ارتفاع دارد، قادر است 5 مگاوات الکتریسیته تولید کند، از آنجا که مجموعه چرخ دنده ها و مواد در یک واحد جای دارند، بخش محرک بسیار سبکتر از نمونه های قبلی است. این ویژگی امکان استفاده از این تاسیسات را در دریاهای آزاد که در آنها بادهای قویتری می وزد، آسانتر می سازد
از اطلاعات مربوط به صنعت هواپیمایی ، آیرودینامیک ، الکترونیک و … درساخت این ماشینها بهره گیری می شود. به این ترتیب پروانه هایی ساخته می شود که :
برای بادهای تند بطور سریع کار می کند. ماشینهای دیگر غیر از پروانه نیز مورد نظر بوده و در حال توسعه است. دو درصد از انرژی خورشید که به زمین می رسد به باد تبدیل می گردد، 35 درصد انرژی باد در ضخامت یک کیلومتری از سطح زمین موجود است. محاسبات نشان می دهد که برای تمام سیاره زمین این انرژی 20 برابر انرژی مصرفی دنیا است.
نیروگاه بادی در آسمان:
بهره گیری از نیروی باد به عنوان یکی از منابع انرژی نو روز به روز بیشتر می شود. توان کنونی جهان ، حدود 50 هزار مگاوات است؛ یعنی چیزی در حدود توان 50 نیروگاه هسته ای. اماهنوزمشکلاتی بر سر راه بهره برداری از این الکتریسیته سبز وجود دارد. توربینهای چرخان باعث تداخل در دریافت تلویزیونی می شوند و به نظر می رسد وقتی باد نمی وزد، منظره ناخوشایندی از چیزهایی بی مصرف را به نمایش می گذارند .
اما برایان رابرت ، مهندس استرالیایی ، راه حل جالبی برای این کار دارد: به جای برافراشتن توربینها روی زمین ، آنها را در جریان تند باد در ارتفاع 15 تا 45 هزار پایی شناور می سازیم.
او با همکاری سه مهندس دیگر دستگاهی را ساخته اند که ژنراتور الکتریکی پرنده (FEG) نام گرفته است.
این دستگاه مانند بادبادک در هوا شناور می ماند و بادهایی با سرعت 200 مایل بر ساعت ، پره های آن را می چرخانند. جریان الکتریکی تولید شده از راه رشته بسیار محکمی به ایستگاه زمینی فرستاده می شود. به نظر این مهندس استرالیایی می توان 600 عدد از این دستگاهها را در هوا داشت که هر کدام 20 مگاوات برق تولید می کنند.
محاسبه سرعت میانگین باد:
بادها از یک قانون کلی تبعیت می کنند، ولی از لحاظ شدت روزانه و مدت وزش در هر نقطه از زمین بطور قابل ملاحظه ای تغییر می کند .
سرعت باد نسبت به ارتفاع از سطح دریا تغییر می کند. با آزمایشهایی که انجام یافته ، نسبت توان تولیدی در ارتفاع 1500 متری به توان تولیدی در ارتفاع 50 متری برابر 25 و در ارتفاع 300 متری این نسبت برابر 10 می باشد.
مسائل اقتصادی ماشینهای بادی:
امروزه تکنولوژی استفاده از انرژی باد در بسیاری از کشورها در دسترس بوده و ارزانترین راه برای تهیه الکتریسیته از مشتقات انرژی خورشیدی تشخیص داده شده است بهای انرژی تولید شده به عوامل محیطی و عملی و نیز نوع ماشین بکار گرفته شده بستگی دارد.
با بررسیهای مختلفی که در زمینه قیمت استفاده از انرژی باد انجام گرفته است، نشان می دهد که گر چه هزینه ماشینهای بادی با بزرگی و نیز ازدیاد توان تخمینی آنها افزایش می یابد، ولی بهای هر کیلو وات انرژی آنها کاهش پیدا می کند.
وقتی کاربردهای جمعی ماشینهای بادی مورد نظر باشد، هزینه های کاربردهای جمعی ماشینها در ابعاد کوچک است. لازم به یاد آوری است که در انتخاب دستگاههای بزرگ محدودیتهایی وجود دارد. مثلا اگر سرعت انتهایی پره ماشین بادی به حد سرعت صوت و یا بیشتر برسد تولید موج ضربه کرده و سبب گرم شدن و فرسودگی و از کار افتادن سریع ماشین می شود.
علاوه بر اینکه باید سعی شود تا ماشینهای بادی هزینه اصلی( هزینه ساخت رتور دکل و ..) کمتری داشته باشند و بایستی در محلهایی نیز که باد قابل ملاحظه ای دارند نصب شوند و ماشین برای سرعت باد عملی تنظیم شده باشد. تهیه ماشینی که برای تمام سرعتهای باد کار کند، گرانتر تمام می شود. ماشینهای معمولی بادی اصولا برای جلوگیری از مصرف سوختهای دیگر در ایام وزش باد بکار می روند دستگاههای تولید انرژی نیز ار آنها استفاده وهمراه با می شود.
اگر از ماشین بادی بصورت تنها منبع انزژی استفاده شود، باید دستگاههای ذخیره انرژی در کنار ماشینهای بادی نظیر انباره ها ، ذخیره هیدروژن توسط الکتریسیته ، دستگاههای ذخیزه حرارتی ، دستگاههای ذخیره انرژی جنبشی(چرخ طیار ، دستگاههای الکترومغناطیسی فوق هادی) ، دستگاههای ذخیره انرژی پتانسیل (نظیر دستگاههای سیالی پمپی با دستگاههای ذخیره فشاری) بکار گرفته شوند. با اضافه ، بهای برق تولیدی کردن دستگاههای ذخیره ممکن است به مراتب افزایش یابد.
نیروگاه بادی منجیل:
هزاران سال است که بشر برای بیرون آوردن آب از درون چاها و همچنین چرخاندن سنگ آسیاها – برای تولید آرد گندم – از انرژی باد استفاده کرده است. اما امروزه ،به کمک آسیاهای بادی عظیم که توربین های بادی نیز نامیده می شوند ، می توان انرژی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل کرد.
روز گذشته هنگام بازگشت از سفری چند روزه به برخی از شهرهای شمالی ، از شهر منجیل گذشتیم . آنچه در ابتدای ورود به این شهر توجه هر کسی را جلب می کند توربین های بادی عظیمی است که در چند قسمت اطراف شهر نصب شده اند .
این توربین ها که از سه پره به طول تقربیی ۳۰ متر ساخته شده اند انرژی جنبشی باد را توسط ژنراتوری که در پشت پره ها قرار دارد ، به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.
در شرایطی که وزش باد مناسب باشد ، هر کدام از این توربین ها قادرند در هر ثانیه حدود یک مگا ژول انرژی الکتریکی تولید کنند( یعنی توان الکتریکی آن یک مگا وات است

توربین های بادی جدید برای پرندگان کم خطرتر است:
به گزارش خبرگزاری یونایتدپرس از میلان، یک برنامه نظارتی جدید که آزمایش های اولیه خود را گذرانده است و وارد مرحله بعدی آزمایش خواهد شد. WT-Birdکه توسط "مرکز تحقیقات انرژی" در هلند ابداع شده است، از فناوری های متعددی برای نظارت بر تصادف پرندگان استفاده می کند.
"ادوین ویگلینک" از ‪ ERCگفت، موضوع مرگ و میر پرندگان حائز اهمیت است زیرا به روندهای برنامه ریزی و شهرت توربین های بادی آسیب می زند. حسگرهای صوتی موجود در تیغه های توربین زمانیکه پرنده، چوب و یا اشیاء دیگری به ملخک برخورد می کند، لرزش ایجاد می کنند. این حسگر پیامی به اپراتور ارسال می کند و دوربین هایی که در نزدیکی پایه این توربین قرار دارند، از چهار زاویه ملخک را نشان می دهند و اپراتور می تواند تصاویر ویدیویی آنها را کنترل کند.
WT-Bird
اندکی پیشرفته تر از روش های تحقیقاتی استاندارد است. روشهای استاندارد شدت برنظارت فیزیکی انسان و رادارها تکیه دارند که می توانند نادرست باشند.ویگلینک گفت، با وجود اینکه هنوز مشکلاتی در ارتباط با مرگ ومیر پرندگان به ویژه در توربین های کم سرعت وجود دارد اما هر پرنده ای که به ملخک برخورد می کند، تلف نمی شود. این فناوری همچنین زمان وقوع صاعقه را نشان می دهد و به همین دلیل می توان به سرعت هرگونه خسارت وارد شده را ترمیم کرد .

مزیت اصلی و پر کاربرد ترین مزیت :
عدم آلودگی محیط زیست در کشورهای پیشرفته نظیر آلمان، دانمارک، آمریکا،اسپانیا، انگلستان، و بسیاری کشورهای دیگر، توربینهای بادی بزرگ و کوچک ساخته شده است و برنامه هایی نیز جهت ادامه پژوهشها و استفاده بیشتر از انرژی باد جهت تولید برق در واحدهایی با توان چند مگاواتی مورد مطالعه می باشد.
در ایران نیز با توجه به وجود مناطق بادخیز طراحی و ساخت آسیابهای بادی از 2000 سال پیش از میلاد مسیح رایج بوده و هم اکنون نیز بستر مناسبی جهت گسترش بهره برداری از توربینهای بادی فراهم می باشد.
مولدهای برق بادی می تواند جایگزین مناسبی برای نیروگاه های گازی و بخاری باشند. مطالعات و محاسبات انجام شده در زمینه تخمین پتانسیل انرژی باد در ایران نشان داده اند که تنها در 26 منطقه از کشور( شامل بیش از 45 سایت مناسب) میزان ظرفیت اسمی سایتها، با در نظر گرفتن یک راندمان کلی 33%، در حدود 6500 مگاوات می باشد و این در شرایطی است که ظرفیت اسمی کل نیروگاه های برق کشور، (در حال حاضر) 34000 مگاوات می باشد. در توربینهای بادی، انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد.
استفاده فنی از انرژی باد وقتی ممکن است که متوسط سرعت باد در محدوده 5/ الی 25/ باشد. پتانسیل قابل بهره برداری انرژی باد در جهان 110 اگاژول (هر اگاژول معادل 1018ژول) برآورد گردیده است که از این مقدار 40 مگاوات ظرفیت نصب شده تا اواخر سال 2003 میلادی(1382 ه.ش.) در جهان می باشد.
از مزایای استفاده از این انرژی عدم نیاز توربین بادی به سوخت، تامین بخشی از تقاضاهای انرژی برق، کمتر بودن نسبی انرژی باد نسبت به انرژی فسیلی در بلند مدت، تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی، قدرت مانور زیاد در بهره برداری( از چند وات تا چندین مگاوات) ، عدم نیاز به آب و نداشتن آلودگی محیط زیست می باشد.
توربینهای بادی کوچک
از توربینهای بادی کوچک جهت تامین برق جزیره های مصرف و یا مناطقی که تامین برق از طریق شبکه سراسری برق مشکل می باشد استفاده می شود. این توربینها تا قدرت 10 کیلووات توان تولید برق را دارا می باشند.
توربینهای بادی متوسط
عموماً تولید این توربینها بین 250-10 کیلووات است. از این توربینها جهت تامین مصارف مسکونی، تجاری، صنعتی و کشاورزی استفاده می شود.
توربینهای بادی بزرگ( مزارع بادی
این نوع توربینها معمولاً شامل چند توربین بادی متمرکز با توان تولیدی 250 کیلووات به بالا می باشند که به صورت متصل به شبکه و یا جدا از شبکه طراحی می گردند.
نیروی باد به عنوان یک منبع جدید تامین برق با سریعترین رشد در سطح جهان
مسائل مربوط به انرژی در وضع محیط زیست زمین اهمیت حیاتی دارند. فایل واشنگتن به مناسبت "روز زمین" – 22 آوریل – در سال 2005 در تدارک انتشار مجموعه مقالاتی درباره انرژی های قابل تجدید است که به مولفه هرچه نویدبخش تری در محاسبات انرژی در آینده بدل شده اند.
واشنگتن – نیروی باد، فن آوری استفاده از باد برای تولید برق، منبع جدید تامین برق با سریعترین رشد در سطح جهان است. به گفته کارشناسان، پیگیری این روند مستلزم تحقیق و توسعه هرچه بی پروا و التزام دولت به فراهم آوردن پشتوانه ای اقتصادی برای این فن آوری است.
عصر جدید نیروی باد در اواخر دهه هفتاد آغاز شد و نخستین نیروگاه های بادی در دهه هشتاد در کالیفرنیا آغاز به کار کردند. به گفته چارلز مک گاوین (2)، مدیر فنی نیروی باد در "موسسه تحقیقات نیروی برق" (3)، که یک مرکز مستقل غیرانتفاعی برای تحقیقات درباره انرژی های مورد مصرف عمومی و همچنین درباره محیط زیست است، در حال حاضر این صنعت در سطح جهانی سالانه رشدی 20 تا 30 درصدی دارد.
فن آوری تولید برق از باد:
انرژی بادی عمدتا" توسط توربین های بادی سه پره ای بسیار بزرگ تولید میشود که بر بالای برجک های بلندی قرار میگیرند و مثل پنکه هایی کار میکنند که به حالت عکس میگردند. این توربین ها به جای آن که از برق برای ایجاد باد کمک بگیرند، از باد برای تولید برق استفاده میکنند.
باد پره ها را به چرخش در میآورد و پره ها محوری را میچرخانند که به یک ژنراتور متصل است؛ و در نتیجه این چرخش برق تولید میشود. توربین هایی در ابعاد صنعتی برای ارائه خدمات عمومی ساخته میشوند قادرند از 750 کیلووات تا 5/1 مگاوات برق تولید کنند. منازل، دیش های ارتباطات راه دور، و پمپ های آب از توربین کوچکی استفاده میکنند که کمتر از 50 کیلووات برق تولید میکند.
توربین های بادی سه پره در حالت خلاف جهت باد قرار گرفته و پره هایشان رودرروی باد قرار میگیرد. نوع متداول دیگر توربین بادی توربین دوپره است که در مسیر موافق باد قرار داده میشود.
به لطف تحقیقات و توسعه، توربین های بادی در طول دو دهه گذشته به شکل چشمگیری متحول شده اند.ترشر میگوید: "قطر آرمیچرها در سال 1984 یا 1985 باید 20 متر میبود. حالا قطر آرمیچرها 100 متر است .حالا از پره های چرخانی حرف میزنیم که مساحتی به ابعاد یک زمین فوتبال (را پوشش میدهند). پهنای توربین های بادی امروزی از پهنای بال های یک (هواپیمای) 747 هم بیشتر است.
در نیروگاه های بادی یا میادین های بادخیز، مجموعه ای از توربین ها برای تولید برق و انتقال آن به شبکه اصلی برق به هم متصل شده اند. این نیرو از طریق خطوط انتقال و توزیع برق به مصرف کنندگان میرسد

طراحی میادین بادخیز:
بهترین نقاط برای استقرار توربین های بادی مناطقی هستند که بادهای دائمی و شدیدی در آنجا بوزد. "آزمایشگاه ملی انرژی های قابل تجدید" نقشه های بادنشانی برای مناطقی در نقاط مختلف دنیا تهیه کرده که سرعت وزش باد در آن مناطق را در طول سال را با استفاده از ایستگاه های کنترل و همچنین الگوهای هواشناسی محاسبه و ارائه میکنند.
در مورد برخی مناطق خاص، میانگین سرعت سالانه باد برای محاسبه میزان تولید انرژی بادی به وسیله آرمیچر توربین بادی در هر متر مربع مورد استفاده قرار میگیرد. در نتیجه محاسبات مربوط به انرژی نهفته در باد، مناطق جغرافیایی کوچکی به مساحت یک مایل مربع از لحاظ حجم نیروی بادی از 1 تا 7 درجه بندی میشوند و شماره 7 نشانگر منطقه ای است که شدیدترین وزش باد را دارد. طراحان از این اطلاعات برای طراحی بهترین میادین بادخیز استفاده میکنند. مناطقی که درجه 3 یا بالاتر را کسب کنند گزینه هایی برای طراحی میادین بادخیز محسوب میشوند. مناطق دارای درجه 2 یا بالاتر هم مکان های مناسبی برای استقرار ژانراتورهای بادی کوچک به شمار میروند.
سازمان ملل نیز در حال تهیه نقشه های بادنشان است. "ارزیابی منابع انرژی خورشیدی و بادی" (7) یک پروژه چهارساله برای ترسیم نقشه منابع انرژی های خورشدی و بادی در 13 کشور در حال توسعه است در نتیجه این برنامه، تا کنون منابع بالقوه ای برای تولید هزاران مگاوات برق در منابع انرژی قابل تجدید در آفریقا، آسیا، و آمریکای جنوبی و مرکزی کشف شده است.
بنا بر اعلامیه رسمی سازمان ملل، این سازمان در حال هماهنگ سازی "برنامه زیست محیطی" (8) خود یا پروژه مذکور از طرق 25 نهاد در سرتاسر دنیاست.
نتایج این پروژه نقشه کشی در کشورهای مختلفی از جمله نیاکاراگوئه، گواتمالا، و سریلانکا اقدامات عملی را در پی داشته است.
در غنا، بیش از 2000 مگاوات انرژی بالقوه بادی، به ویژه در مناطق مرزی این کشور با توگو، کشف شده است.
این پروژه پژوهش هایی را در بنگلادش، برزیل، چین، کوبا، السالوادور، اتیوپی، هندوراس، کنیا و نپال به اجرا در آورده است. نهادهای همکار این پروژه سازمان ملل "آزمایشگاه ملی انرژی های قابل تجدید" و "ناسا" هستند.
رشد رواج انرژی باد در سطح بین المللی
به گفته مک گاوین، استفاده از انرژی باد در سطح بین المللی نیز در حال افزایش است. کارخانجات اصلی ساخت توربین ها بادی در دانمارک قرار دارند، و کارخانجاتی هم در هند، آلمان، اسپانیا، و ژاپن تاسیس شده اند.
او در مورد انرژی استخراج شده از نیروگاه های بادی مستقر میافزاید: تا به حال آلمان در رتبه اول قرار داشته – 17000 مگاوات از مجموع 47000 مگاواتی که ظرفیت کل نیروگاه های بادی مستقر در سرتاسر جهان محسوب میشود.
اسپانیا درمرتبه دوم و ایالات متحده در رتبه سوم قرار گرفته اند.
ترشر، مدیر "آزمایشگاه ملی انرژی های قابل تجدید"، میگوید که "پروتکل کیوتو" (9) – توافق نامه ای بین المللی بین 141 کشور برای کاهش انتشار دی اکسید کربن و پنج گاز گلخانه ای دیگر – استفاده از انرژی بادی را در کشورهای اروپایی افزایش داده، و دولت های اروپایی یارانه هایی برای افزایش ظرفیت نیروگاه های بادی مستقر در نظر گرفته اند.
"پروتکل کیوتو"، به عنوان متمم "چارچوب اصولی سازمان ملل در مورد تغییرات جوی" (10)، از 16 فوریه به اجرا گذاشته شد. ایالات متحده از امضاکنندگان این پروتکل نیست.
به گفته ترشر، در ایالات متحده ظرفیت تولید برق در نیروگاه های بادی مستقر در این کشور 6700 مگاوات از مجموعه 800000 مگاواتی است که نیاز کلی کشور به نیروی برق محسوب میشود.
او میگوید: "در حال حاضر، باد کمتر از 1 درصد نیاز کشور به نیروی برق را تامین میکند. این رقم در مقایسه، برای دانمارک 20 درصد و برای آلمان حدود 6 درصد است."
نیروگاه های دریایی:
ترشر میافزاید، همه کشورهای اروپایی نیروگاه های بادی مستقر دارند، اما در بعضی از آن ها مکان های مناسب برای استقرار توربین ها در خشکی رو به اتمام است.
"آن ها اکنون در حال انتقال دادن توربین ها بادی به سمت مناطق ساحلی اند. برنامه فعلی اتحادیه اروپا استقرار نیروگاه های بادی با ظرفیت 50000 مگاوات در مناطق ساحلی، در آب های کم عمق، تا سال 2025 است."
توربین های بادی دریایی، که در مراحل اولیه طراحی به سر میبرند، در مقایسه با توربین های روی خشکی گرانتر و نصب و نگهداری آن ها سختتر است. توربین های دریایی باید در برابر امواج و تغییرات آب و هوا پایدار، و در برابر محیط فرساینده مقاوم باشند. نیروگاه های دریایی دو مزیت دارند، یکی این که میتوان آن ها را بزرگتر از توربین های روی خشکی ساخت و بنابراین حجم برق تولیدی در هر توربین افزایش مییابد، و دیگر این که در سطح دریاها بادهای بیشتر و عظیمتری می وزد.
ایالات متحده هیچ نیروگاه بادی ای در دریا مستقر نکرده، اما دو پروژه برای راه اندازی این نیروگاه ها در سواحل شمال شرقی کشور در مرحله برنامه ریزی است. به گفته ترشر، در جریان اظهارات رسمی خود در "کمیته سنای آمریکا در مورد انرژی و منابع طبیعی" (11) در 19 آوریل، با توسعه فن آوری های مربوط به نیروگاه های بادی دریایی به طور بالقوه تا سال 2025 میتوان 70000 مگاوات برق حاصل از نیروی باد را به شکبه برق کشور تزریق کرد که این رقم ده برابر سطح فعلی است.
به گفته او، برق تولیدی از نیروگاه های بادی دریایی در سرتاسر جهان 600 مگاوات است و این نیروگاه ها همگی در آب هایی با عمق کمتر از 20 متر استقرار یافته اند. با تدوین یک برنامه تحقیق و توسعه میتوان با ساخت سکوهای شناوری مشابه سکوهای مورد استفاده برای دکل های حفاری دریایی، امکان استقرار توربین ها در آب های عمیقتر را هم فراهم کرد.
به گفته او، هدف چنین برنامه ای دستیابی به انرژی بادی با هزینه 3 تا 4 سنت برای هر کیلووات ساعت برق تا سال 2020 است.
ترشر میگوید: "در حال حاضر، هزینه تولید برق از نیروی باد برای یک سایت معمولی 4 تا 6 سنت برای هر کیلووات ساعت است. این هزینه خیلی زیاد به نظر نمیرسد چون متوسط هزینه تولید برق در ایالات متحده حدود 8 سنت برای هر کیلووات ساعت است، و این رقم البته هزینه تامین تجهیزات ژنراتورها و هزینه سوخت را هم شامل میشود."
سوخت مولدهای برق میتواند، با توجه به محل استقرار نیروگاه، سوخت های فسیلی ای مثل نفت، انرژی هسته ای، ذغال سنگ یا گاز طبیعی، یا منابع انرژی قابل تجدیدی مثل آب یا باد، یا ترکیبی از این ها باشد.
به گفته ترشر، مشکل استفاده از نیروی باد این است که باد یک منبع موسمی است، و بنابراین به توربین های بادی منابع همیشه قابل اتکایی برای تولید برق نیستند.
او میگوید: "برای آن که توربین های بادی جدی گرفته شوند باید برق آن ها ارزانتر از بهای نفت باشند." در ایالات متحده "برق تولید شده از توربین های آبی خیلی ارزان است – 3 تا 4 سنت برای هر کیلووات ساعت. این رقم برای ذغال سنگ احتمالا" 2 تا 3 سنت برای هر کیلووات ساعت است. این رقم برای گاز طبیعی حدود 5 تا 6 سنت برای هر کیلووات ساعت است، و بنابراین با توجه به بهای فعلی گاز طبیعی، باد فقط میتواند با آن رقابت کند."

مرکز توسعه انرژیهای نو :
مرکز توسعه انرژیهای نو با ادامه خط مشی تولید برق از منابع تجدید پذیر، در ادامه عملیات انتقال تکنولوژی به داخل کشور و ساخت داخل تجهیزات نیروگاههای انرژی های نو فعالیت می نماید. ایجاد نیروگاههای بادی منجیل، والنصر رودبار و الفتح هرزویل، اقدام به اجرای پروژه راکتور بیوگاز در ساوه، مطالعه طرح تولید برق ژئوترمال، ساخت تجهیزات نیروگاهای خورشید فتولتائی برای توسعه نیروگاه خورشیدی دربید یزد و نیروگاه سر کویر حسینیان – معلمان و جهرم نیز تلاشهای این مرکز است.
در سیاست های جدید توسعه اقتصادی جمهوری اسلامی ایران، استراتژی تولید برق از منابع تجدید پذیر به علت موقعیت خاص جغرافیایی کشور و دوری از وابستگی به نفت و سایر سوخت های فسیلی مد نظر قرار گرفته است. این مرکز با تکیه بر تجربیات گذشته در خصوص ساخت توربین های بادی در سال 1373 اولین گام درخصوص ایجاد نیروگاه برق بادی در ناحیه باد خیز منجیل و رودبار را برداشت که حاصل آن احداث دو واحد نمونه 500 کیلوواتی دراین دو ناحیه بود. هدف اصلی احداث این دو واحد نمونه، ایجاد باور تولید برق از انرژی بادی در ایران بود.
طی سالهای بعد، پس از عقد قرارداد انتقال تکنولوژی و خرید تجهیزات خارجی، این مرکز توانست مرحله احداث 27 واحد نیروگاه برق بادی را در مدتی کمتر از 3 سال با انتقال بیش از 50 درصد تکنولوژی و ساخت تجهیزات نیروگاههای برق بادی در داخل کشور و مونتاژ کامل، نصبت و راه اندازی توسط متخصصان مرکز عملی نماید . و تاکنون چندین واحد از این توربین ها که از انواع 300 و 550 کیلوواتی هستند در محدوده شهر منجیل، ارتفاعات رودبار و ناحیه هرزویل نصب و راه اندازی شده اند. با احداث نیروگاههای برق بادی ضمن تزریق برق به شبکه سراسری، برق مورد نیاز سه شهر منجیل، رودبار و لوشان تامین گردیده است.
با نصب نیروگاههای فوق، این مرکز توانسته است، سالیانه از سوختن حدود یازده میلیون وسیصدو پنجاه هزار لیتر نفت جلوگیری به عمل آورد.
به طوری که اگر نفت بشکه ای 20 دلار باشد، با انجام پروژه فوق سالیانه بالغ بر یک میلیون و هشتصد هزار دلار صرفه جویی ارزی خواهد شد.
هم اکنون این مرکز با عقد قرارداد و ادامه ساخت داخل تجهیزات نیروگاه یکصد مگاواتی برق بادی به سرعت به سمت توسعه بهره گیری ازاین منبع مجانی و غیر آلاینده پیش می رود.
مرکز توسعه انرژیهای نو سازمان انرژی اتمی ایران در زمینه تولید برق از دیگر منابع تجدید پذیر نیز فعالیت چشمگیر داشته است. در این راستا اولین نیروگاه تحقیقاتی فتوولتایی خورشیدی را در روستای دربید یزد، در آبان ماه سال 1372 و دومین نیروگاه تحقیقاتی فتوولتائی خورشیدی رابه ظرفیت 27 کیلووات در روستای حسینیان و معلمان در منطقه کویری سمنان راه اندازی کرده وکار توسعه این نیروگاهها را بر عهده دارد.
در زمینه بیوگاز نیز یک واحد نمونه راکتور بیوگاز به حجم 65 مترمکعب در مرکز آموزش کشاورزی ماهدشت کرج و یک راکتور بیوگاز به حجم 13 متر مکعب به صورت پایلوت برای شرکت خدماتی کیش طراحی و احداث کرده و همچنین با اجرای طرح نمونه تولید برق از راکتور بیوگاز بااستفاده از فاضلابهای شهری ، امید می رود این منبع جدید را نیز به منابع تولید انرژی برق کشور بیافزاید و بالاخره این مرکز با ارایه طرح تولید برق از منابع ژئوترمال سبلان و خوی بررسیهای زمین شناسی، ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی و نیز حفر گمانه های اکتشافی را در این زمینه انجام داده است که پیش بینی می شود تا میزان 200 مگاوات برق از مخازن زمین گرمایی خوی و سبلان برای کشور تامین گردد .
یک هزار مگاوات نیروگاه بادی در قالب اصل 44 تاسیس می شود: مدیرعامل سازمان انرژی های نو درگفتگو با مهر گفت: با ابلاغ اصل 44 قانون اساسی ، سازمان انرژی های نو برنامه خود را خروج از بخش بخش تولید و ایجاد نیروگاه قرار داده است.
یوسف آرمودلی افزود: در قالب اصل 44 قانون اساسی مقرر شده یک هزار مگاوات ساعت نیروگاه بادی توسط بخش خصوصی ایجاد شود.
وی گفت: براساس قانون، برق تولیدی توسط بخش خصوصی به طور سوبسیدی توسط دولت خریداری می شود که بدین ترتیب هرکیلووات ساعت برق تولید شده توسط بخش خصوصی برای مدت 20 ساعت به قیمت 65 تومان ، و در 4 ساعت زمان کم بار نیز هرکیلووات ساعت 45 تومان خریداری می شود.
وی گفت: متوسط خرید هرکیلووات ساعت برق از بخش خصوصی 62 تومان خواهد بود. آرمودلی تصریح کرد: قطعی شدن انعقاد این قراردادها به حل مشکلات بستگی دارد، زیرا بخش خصوصی معتقد است بهای خرید هرکیلووات ساعت برق توسط دولت کم بوده و از سویی دیگر این بخش با کمبود اعتبار مواجه است.
سازمان انرژی های نو گفت: این قراردادها در سال آینده به مرحله انعقاد می رسد.وی همچنین از انجام دو پروژه دولتی در بخش باد خبر داد و افزود: در بخش باد دو نیروگاه منجیل و بینالود به ظرفیت 150 میلیون کیلووات ساعت نصب می شود.
آرمودلی همچنین درباره دیگر برنامه های این سازمان گفت: انجام کارهای پتانسیل سنجی و سنجش ظرفیت های کشور در بخش انرژی باد، خورشید، زمین گرمایی اجرا و نصب 128مگاوات نیروگاه بادی ازمهمترین برنامه هامحسوب می شود.
وی با اشاره به اهمیت انرژی خورشیدی نیز اضافه کرد: مقرر شده انرژی همه روستاهای دوردست توسط انرژی فتوولتاییک یا انرژی خورشیدی تامین شود.
وی در پایان گفت: در سال جاری میزان انرژی تولید شده از منابع تجدید شونده 150 میلیون کیلووات ساعت خواهد بود که این رقم در سال گذشته 100 میلیون کیلو ساعت بوده است.‬‬‬‬
گستردگی نیاز انسان به منابع انرژی همواره از مسائل اساسی مهم در زندگی بشر بوده و تلاش برای دستیابی به یک منبع تمام نشدنی انرژی از آرزوهای دیرینه انسان بوده است، از نقوش حک شده بر دیوار غارها می توان دریافت که بشر اولیه تواتشته بود نیروی ماهیچه ای را به عنوان یک منبع انرژی مکانیکی به خوبی شناخته و از آن استفاده کند. ولی از آنجایی که این نیرو بسیار محدود و ضعیف است انسان همواره در تصورات خود نیرویی تمام نشدنی را جستجو می کرد که همواره در هر زمان و مکان در دسترس باشد. این موضوع را می توان در داستان های مختلف که ساخته تخیل و ذهن بشر نخستین بوده، به خوبی دریافت. کم کم با پیشرفت تمدن بشری، چوب و پس از آن ذغال سنگ، نفت و گاز وارد بازار انرژی گردید. اما به دلیل افزایش روزافزون نیاز به انرژی و محدودیت منابع فسیلی از یک سو افزایش آلودگی محیط زیست ناشی از سوزاندن این منابع از سوی دیگر اسبفاده از انرژی های تجدیدپزیر را روز به روز با اهمیت تر و گسترده تر نموده است.

انرژی باد یکی از انواع اصلی انرژی های تجدیدپذیر می باشد که از دیر باز ذهن بشر را به خود معطوف کرده بود به طوری که وی همواره به فکر کاربرد این انرژی در صنعت بوده است. بشر از انرژی باد برای به حرکت درآوردن قایق و کشتی های بادبانی و آسیاب های بادی استفاده می کرده است. در شرایط کنونی نیز با توجه به موارد ذکر شده و توجیه پذیری اقتصادی انرژی باد در مقایسه با سایر منابع انرژی های نو، پرداختن به انرژی باد امری حیاتی و ضروری به نظر می رسد. در کشور ما ایران قابلیت ها و پتانسیل های مناسبی جهت نصب و رها اندازی توربین های برق بادی وجود دارد، که با توجه به توجیه پذیری آن و تحقیقات، مطالعات و سرمایه گذاری که در این زمینه صورت گرفته، توسعه و کاربرد این تکنولوژی چشم آنداز روشنی را فراروی سیاست گذاران بخش انرژی کشور در این زمینه قرار داده است.

کلیاتی درباره انرژی باد:
انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدبدپذیر از نظر جغرافیایی گسترده و در عین حال به صورت پراکنده و غیر متمرکز و تقریبا همیشه در دسترس می باشد. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد. هزاران سال است که انسان با استفاده از آسیاب های بادی تنها جز بسیار کوچکی از آن را استفاده می کند.
این انرژی تا پیش از انقلاب صنعتی به عنوان یک منبع انرژی، به طور گستوره ای مورد بهره برداری قرار می گرفت و لی در دوران انقلاب صنعتی، استفاده از سوخت های فسیلی به دلیل ارزانی و قابلیت اطمینان بالا جایگزین انرژی باد شد. در این دوره توربین بادی قدیمی دیگر از نظر اقتصادی قابل رقابت با بازار انرژی های نفت و گاز نبودند. تا این که در سال های 1973و 1978 دو شوک بزرگ نفتی ضربه بزرگی به اقتصاد انرژی های حاصل از نفت و گاز وارد آورد. به این ترتیب هزیته انرژی تولید شده به وسیله توربین های بادی در مقایسه با نرخ جهانی قیمت انرژی بهبود یافت. پس از آن مراکز و موسسات تحقیقاتی و آزمایشگاهی متعددی در سراسر دنیا به بررسی تکنولوژی های مختلف جهت استفاده از انرژی باد به عنوان یک منبع بزرگ انرژی پرداختند. به علاوه این بحران باعث ایجاد تمایلات جدیدی در زمینه کاربرد تکنولوژی انرژی باد جهت تولید برق متصل به شبکه پمپاژ آب، و تامین انرژی الکتریکی نواحی دور افتاده شد. همچنین در سال های اخیر، مشکلات زیست محیطی و مسائل مربوط به تغییر آب و هوای کره زمین به علت استفاده از منابع انرژی فسیلی بر شدت این تمایلات افزوده است. از سال 1975 پیشرفت های شگرفی در زمینه توربین های بادی در جهت تولید برق به عمل آمده است. در سال 1980 اولین توربین برق بادی متصل به شبکه سراسری نصب گردید. بعد از مدت کوتاهی اولین مزرعه برق بادی چند مگاواتی در امریکا نصب و به بهره برداری رسید.
در پایان سال 1990 ظرفیت توربین های برق بادی متصل به شبکه در جهان به 200 MW رسید که توانایی تولید سالانه 3200 Gwh برق را داشته که تقریبا تمام این تولید مربوط به ایالت کالیفرنیا آمریکا و کشور دانمارک بود. امروزه کشورهای دیگر نظیر هلند، آلمان، بریتانیا، ایتالیا و هندوستان برنامه های ملی و ویژه ای را در جهت توسعه و عرضه تجاری باد آغاز کرده اند. در طی دهه گذشته، هزینه تولید انرژی به کمک توربین های بادی به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است.
در حال حاضر توربین های بادی از کارآیی و قابلیت اطمینان بیشتری در مقایسه با 15 سال پیش برخوردارند. با این همه استفاده وسیع از سیستم های مبدل انرژی باد ( WECS ) هنوز آغاز نگردیده است. در مباحث مربوط به انرژی باد، بیشتر تاکیدات بر توربین های بادی مبدل برق جهت اتصال به شبکه است. زیرا این نوع از کاربرد انرژی باد می تواند سهم مهمی در تامین برق مصرفی جهان داشته باشد. بر اساس برنامه سیاست های جاری ( CP ) تخمین زده می شود که سهم انرژی باد در تامین انرژی جهان در سال 2020 تقریبا برابر با 375Twh در سال خواهد بود. این میزان انرژی با استفاده از توربین های بادی به ظرفیت مجموع 180 GW تولید خواهد گردید.
اما در قالب برنامه ضرورت های زیست محیطی ( ED) سهم این انرژی در سال 2020 بالغ بر 970 Twh در سال خواهد بود. که با استفاده از توربین های بادی به ظرفیت مجموع 470 GW تولید خواهد شد. به طور کلی با استفاده از انرژی باد، به عنوان یک منبع انرژی در دراز مدت می توان دو برابر مصرف انرژی الکتریکی فعلی جهان را تامین کرد.‬‬‬‬‬
اریخچه استفاده از انرژی باد
بشر از زمان های بسیار دور به نیروی لایزال باد پی برده و سال ها بود که از این انرژی برای به حرکت درآوردن کشتی ها و آسیاب های بادی بهره می گرفت.
طی سالیان دراز ثابت شده است که می توان انرژی باد را به انرژی مکانیکی یا الکتریکی تبدیل کرد و مورد استفاده قرار داد. منابع تاریخی نشان می دهد که ساخت آسیاب ها در ایران، عراق، مصر و چین قدمت باستانی داشته و در این تمدن ها، از آسیاب های بادی برای خرد کردن دانه ها و پمپاژ آب استفاده می شده است. چنانچه از شواهد تاریخی برمی آید، در قرن 17 قبل از میلاد، هامورابی پادشاه بابل طرحی ارائه داده بود تا بتوان به کمک آن دشت حاصلخیز بین النهرین را توسط انرژی حاصل از باد آبیاری نمود. آسیاب هایی که در آن زمان ساخته می شدند از نوع ماشین های محود قائم و شبیه به آن هایی هستند که امروزه آثار آن ها در نواحی خواف و تایباد ایران به چشم می خورد.
ایرانیان اولین کسانی بودند که حدود 200 سال قبل از میلاد مسیح برای آرد کردن غلات از آسیاب های بادی با محور قائم استفاده کرده اند. مثلا در کتاب های قدیمی نوشته اند: دیار سیستان دیار باد و ریگ است و همان شهری است که گویند باد آنجا آسیاب ها را گرداند و آب از چاه کشد و باغ ها را سیراب کند و در همه دنیا شهری نیست که بیشتر از آنجا از باد سود ببرد. و نیز نوشته اند که در سیستان بادهای سخت مدام می وزد و به همین سبب در آنجا آسیاب های بادی برای آرد کرن گندم ساخته اند. از دیگر استان های دارای قدمت کاربرد انرژی باد می توان به کرمان، اصفهان و یزد اشاره نمود که در این مکان ها در زمان های قدیم برای خنک کردن منازل از کانال های مخصوصی جهت هدایت باد استفاده می کردند. بعد از ایران کشورهای عربی و اروپایی پی به قدرت باد در تبدیل انرژی بردند.
در قرن سوم قبل از میلاد، یک محقق مصری که در زمینه نیروی هوای فشرده تحقیق می کرد، آسیاب بادی 4 پره ای را با محور افقی طراحی نمود که از هوای فشرده آن جهت نواختن یک ارگ استفاده می کرد. با توجه به شواهد موجود می توان ادعا کرد که زادگاه های ماشین های بادی از نوع محور قائم، حوزه شرقی مدیترانه و چین بوده است.
در قرون وسطی، آسیاب های بادی در ایتالیا، فرانسه، اسپانیا و پرتغال متداول گردید و کمی بعد در بریتانیا، هلند و آلمان نیز به کار گرفته شد. برخی از مورخان اظهار داشته اند که ورود این آسیاب ها به اروپا را باید مدیون شرکت کنندگان در جنگ های صلیبی دانست که از خاورمیانه بازمی گشتند. آسیاب های بادی که در اروپا ساخته می شدند از نوع آسیاب های محور محور افقی و 4 پره بودند که برای آرد کردن حبوبات و گندم به کار می رفتند. مردم هلند آسیاب های بادی را از سال 1350 میلادی به منظور خشک کردن زمین های پست ساحلی و همچنین گرفتن روغن از دانه ها و بریدن چوب و تهیه پودر رنگ برای رنگرزی به کار گرفتند. آنچه که هلند را در قرن 17 میلادی در زمره غنی ترین و صنعتی ترین مردم اروپا قرار داد، صنعتکشتی سازی و ساخت آسیاب های بادی در آن کشور بود. توربین های بادی بطنی که شامل پره های متعدد هستند، بعدها متداول شدند. در آغاز قرن بیستم اولین توربین های بادی سریع و مدرن ساخته شدند. امروزه فعالترین کشورها در این زمینه آلمان، اسپانیا، دانمارک، هندوستان و امریکا می باشند.
منشا باد
هنگامی که تابش خورشید به طور نا مساوی به سطوح نا هموار زمین می رسدسبب ایجاد تغییرات در دما و فشار می گردد و دراثر این تغییرات باد به وجود می آید.

همچنین اتمسفر کره زمین به دلیل حرکت وضعی زمین، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که این امر نیز باعث به وجود آمدن باد می گردد. جریانات اقیانوسی نیز به صورت مشابه عمل نموده و عامل 30% انتقال حرارت کلی در جهان می باشند.در مقیاس جهانی این جریانات اتمسفری به صورت یک عامل قوی جهت انتقال حرارت و گرما عمل می نماید. دوران کره زمین نیز می تواند در برقراری الگوهای نیمه دائم جریانات سیاره ای در اتمسفر، انرژی مضاعف ایجاد نماید.
پس همان طور که عنوان شد باد یکی از صورت های مختلف انرژی حرارت خروشیدی می باشد که دارای یک الگوی جهانی نیمه پیوسته می باشد. تغییرات سرعت باد، ساعتی، روزانه و فصلی بوده و متاثر از هوا و توپوگرافی سطح زمین می باشد. بیشتر منابع انرژی باد در نواحی ساحلی و کوهستانی واقع شده اند.
مقدمه:
گستردگی نیاز انسان به منابع انرژی همواره از مسائل اساسی مهم در زندگی بشر بوده و تلاش برای دستیابی به یک منبع تمام نشدنی انرژی از آرزوهای دیرینه انسان بوده است، از نقوش حک شده بر دیوار غارها می توان دریافت که بشر اولیه تواتشته بود نیروی ماهیچه ای را به عنوان یک منبع انرژی مکانیکی به خوبی شناخته و از آن استفاده کند. ولی از آنجایی که این نیرو بسیار محدود و ضعیف است انسان همواره در تصورات خود نیرویی تمام نشدنی را جستجو می کرد که همواره در هر زمان و مکان در دسترس باشد. این موضوع را می توان در داستان های مختلف که ساخته تخیل و ذهن بشر نخستین بوده، به خوبی دریافت. کم کم با پیشرفت تمدن بشری، چوب و پس از آن ذغال سنگ، نفت و گاز وارد بازار انرژی گردید. اما به دلیل افزایش روزافزون نیاز به انرژی و محدودیت منابع فسیلی از یک سو افزایش آلودگی محیط زیست ناشی از سوزاندن این منابع از سوی دیگر اسبفاده از انرژی های تجدیدپزیر را روز به روز با اهمیت تر و گسترده تر نموده است

انرژی باد یکی از انواع اصلی انرژی های تجدیدپذیر می باشد که از دیر باز ذهن بشر را به خود معطوف کرده بود به طوری که وی همواره به فکر کاربرد این انرژی در صنعت بوده است. بشر از انرژی باد برای به حرکت درآوردن قایق و کشتی های بادبانی و آسیاب های بادی استفاده می کرده است. در شرایط کنونی نیز با توجه به موارد ذکر شده و توجیه پذیری اقتصادی انرژی باد در مقایسه با سایر منابع انرژی های نو، پرداختن به انرژی باد امری حیاتی و ضروری به نظر می رسد. در کشور ما ایران قابلیت ها و پتانسیل های مناسبی جهت نصب و رها اندازی توربین های برق بادی وجود دارد، که با توجه به توجیه پذیری آن و تحقیقات، مطالعات و سرمایه گذاری که در این زمینه صورت گرفته، توسعه و کاربرد این تکنولوژی چشم آنداز روشنی را فراروی سیاست گذاران بخش انرژی کشور در این زمینه قرار داده است.

کلیاتی درباره انرژی باد:
انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدبدپذیر از نظر جغرافیایی گسترده و در عین حال به صورت پراکنده و غیر متمرکز و تقریبا همیشه در دسترس می باشد. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد. هزاران سال است که انسان با استفاده از آسیاب های بادی تنها جز بسیار کوچکی از آن را استفاده می کند.

این انرژی تا پیش از انقلاب صنعتی به عنوان یک منبع انرژی، به طور گستوره ای مورد بهره برداری قرار می گرفت و لی در دوران انقلاب صنعتی، استفاده از سوخت های فسیلی به دلیل ارزانی و قابلیت اطمینان بالا جایگزین انرژی باد شد. در این دوره توربین بادی قدیمی دیگر از نظر اقتصادی قابل رقابت با بازار انرژی های نفت و گاز نبودند. تا این که در سال های 1973و 1978 دو شوک بزرگ نفتی ضربه بزرگی به اقتصاد انرژی های حاصل از نفت و گاز وارد آورد. به این ترتیب هزیته انرژی تولید شده به وسیله توربین های بادی در مقایسه با نرخ جهانی قیمت انرژی بهبود یافت. پس از آن مراکز و موسسات تحقیقاتی و آزمایشگاهی متعددی در سراسر دنیا به بررسی تکنولوژی های مختلف جهت استفاده از انرژی باد به عنوان یک منبع بزرگ انرژی پرداختند. به علاوه این بحران باعث ایجاد تمایلات جدیدی در زمینه کاربرد تکنولوژی انرژی باد جهت تولید برق متصل به شبکه پمپاژ آب، و تامین انرژی الکتریکی نواحی دور افتاده شد. همچنین در سال های اخیر، مشکلات زیست محیطی و مسائل مربوط به تغییر آب و هوای کره زمین به علت استفاده از منابع انرژی فسیلی بر شدت این تمایلات افزوده است. از سال 1975 پیشرفت های شگرفی در زمینه توربین های بادی در جهت تولید برق به عمل آمده است. در سال 1980 اولین توربین برق بادی متصل به شبکه سراسری نصب گردید. بعد از مدت کوتاهی اولین مزرعه برق بادی چند مگاواتی در امریکا نصب و به بهره برداری رسید.

در پایان سال 1990 ظرفیت توربین های برق بادی متصل به شبکه در جهان به 200 MW رسید که توانایی تولید سالانه 3200 Gwh برق را داشته که تقریبا تمام این تولید مربوط به ایالت کالیفرنیا آمریکا و کشور دانمارک بود. امروزه کشورهای دیگر نظیر هلند، آلمان، بریتانیا، ایتالیا و هندوستان برنامه های ملی و ویژه ای را در جهت توسعه و عرضه تجاری باد آغاز کرده اند. در طی دهه گذشته، هزینه تولید انرژی به کمک توربین های بادی به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است.

در حال حاضر توربین های بادی از کارآیی و قابلیت اطمینان بیشتری در مقایسه با 15 سال پیش برخوردارند. با این همه استفاده وسیع از سیستم های مبدل انرژی باد ( WECS ) هنوز آغاز نگردیده است. در مباحث مربوط به انرژی باد، بیشتر تاکیدات بر توربین های بادی مبدل برق جهت اتصال به شبکه است. زیرا این نوع از کاربرد انرژی باد می تواند سهم مهمی در تامین برق مصرفی جهان داشته باشد. بر اساس برنامه سیاست های جاری ( CP ) تخمین زده می شود که سهم انرژی باد در تامین انرژی جهان در سال 2020 تقریبا برابر با 375Twh در سال خواهد بود. این میزان انرژی با استفاده از توربین های بادی به ظرفیت مجموع 180 GW تولید خواهد گردید.

اما در قالب برنامه ضرورت های زیست محیطی ( ED) سهم این انرژی در سال 2020 بالغ بر 970 Twh در سال خواهد بود. که با استفاده از توربین های بادی به ظرفیت مجموع 470 GW تولید خواهد شد. به طور کلی با استفاده از انرژی باد، به عنوان یک منبع انرژی در دراز مدت می توان دو برابر مصرف انرژی الکتریکی فعلی جهان را تامین کرد.
گستردگی نیاز انسان به منابع انرژی همواره از مسائل اساسی مهم در زندگی بشر بوده و تلاش برای دستیابی به یک منبع تمام نشدنی انرژی از آرزوهای دیرینه انسان بوده است، از نقوش حک شده بر دیوار غارها می توان دریافت که بشر اولیه توانسته بود نیروی ماهیچه ای را به عنوان یک منبع انرژی مکانیکی به خوبی شناخته و از آن استفاده کند. ولی از آنجایی که این نیرو بسیار محدود و ضعیف است انسان همواره در تصورات خود نیرویی تمام نشدنی را جستجو می کرد که همواره در هر زمان و مکان در دسترس باشد. این موضوع را می توان در داستانهای مختلف که ساخته تخیل و ذهن بشر نخستین بوده ، به خوبی دریافت. کم کم با پیشرفت تمدن بشری ، چوب و پس از آن ذغال سنگ ، نفت و گاز وارد بازار انرژی گردیدند. اما به دلیل افزایش روز افزون نیاز به انرژی و محدودیت منابع فسیلی از یک سو افزایش آلودگی محیط زیست ناشی از سوزاندن این منابع از سوی دیگر استفاده از انرژی های تجدید پذیر را روز به روز با اهمیت تر و گسترده تر نموده است.
انرژی باد یکی از انواع اصلی انرژی های تجدید پذیر می باشد که از دیر باز ذهن بشر را به خود معطوف کرده بود به طوری که وی همواره به فکر کاربرد این انرژی در صنعت بوده است. بشر از انرژی باد برای به حرکت در آوردن قایقها و کشتیهای بادبانی و آسیابهای بادی استفاده می کرده است. در شرایط کنونی نیز با توجه به موارد ذکر شده و توجیه پذیری اقتصادی انرژی باد در مقایسه با سایر منابع انرژیهای نو، پرداختن به انرژی باد امری حیاتی و ضروری به نظر می رسد. در کشور ما ایران- قابلیتها و پتانسیل های مناسبتی جهت نصب و راه اندازی توربین های برق بادی وجود دارد، که با توجه به توجیه پذیری آن و تحقیقات ، مطالعات و سرمایه گذاری که در این زمینه صورت گرفته ، توسعه و کاربرد این تکنولوژی چشم انداز روشنی را فراروی سیاست گذاران بخش انرژی کشور در این زمینه قرار داده است.

کلیاتی درباره انرژی باد
انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدید پذیر از نظر جغرافیایی گسترده و در عین حال به صورت پراکنده و غیر متمرکز و تقریبا همیشه در دسترس می باشد. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد. هزاران سال است که انسان با استفاده از آسیابهای بادی ، تنها جزء بسیار کوچکی از آن را استفاده می کند.
این انرژی تا پیش از انقلاب صنعتی به عنوان یک منبع انرژی ، به طور گسترده ای مورد بهره برداری قرار می گرفت، ولی در دوران انقلاب صنعتی ، استفاده از سوختهای فسیلی به دلیل ارزانی و قابلیت اطمینان بالا، جایگزین انرژی باد شد. در این دوره ، توربینهای بادی قدیمی دیگر از نظر اقتصادی قابل رقابت با بازار انرژیهای نفت و گاز نبودند. تا اینکه در سالهای 1973 و 1978 دو شوک بزرگ نفتی ، ضربه بزرگی به اقتصاد انرژی های حاصل از نفت و گاز وارد آورد. به این ترتیب هزینه انرژی تولید شده بوسیله توربینهای بادی ، در مقایسه با نرخ جهانی قیمت انرژی بهبود یافت . پس از آن مراکز و موسسات تحقیقاتی و آزمایشگاهی متعددی در سراسر دنیا به بررسی تکنولوژیهای مختلف جهت استفاده از انرژی باد به عنوان یک منبع بزرگ انرژی پرداختند. به علاوه این بحران باعث ایجاد تمایلات جدیدی در زمینه کاربرد تکنولوژی انرژی باد جهت تولید برق متصل به شبکه ، پمپاژ آب و تامین انرژی الکتریکی نواحی دور افتاده شد. همچنین در سالهای اخیر ، مشکلات زیست محیطی و مسایل مربوط به تغییر آب و هوای کره زمین به علت استفاده از منابع انرژی فسیلی بر شدت این تمایلات افزوده است. از سال 1975 پیشرفتهای شگرفی در زمینه توربینهای بادی درجهت تولید برق به عمل آمده است. در سال 1980 اولین توربین برق بادی متصل به شبکه سراسری نصب گردید. بعد از مدت کوتاهی اولین مزرعه برق بادی چند مگاواتی در آمریکا نصب و به بهره برداری رسید.
در پایان سال 1990 ظرفیت توربینهای برق بادی متصل به شبکه در جهان به MW 200 رسید که توانایی تولید سالانه Gwh 3200 برق را داشته که تقریبا تمام این تولید مربوط به ایالت کالیفرنیا آمریکا و کشور دانمارک بود. امروزه کشورهای دیگر نظیر هلند، آلمان ، بریتانیا، ایتالیا و هندوستان برنامه های ملی و ویژه ای را در جهت توسعه و عرضه تجاری انرژی باد آغاز کرده اند. در طی دهه گذشته ، هزینه تولید انرژی به کمک توربینهای بادی به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است.
در حال حاضر توربینهای بادی از کارآیی و قابلیت اطمینان بیشتری در مقایسه با 15 سال پیش برخوردارند. با این همه استفاده وسیع از سیستم های مبدل انرژی باد ( WECS ) هنوز آغاز نگردیده است. در مباحث مربوط به انرژی باد ، بیشتر تاکیدات اتصال به شبکه است زیرا این نوع از کاربرد انرژی باد می تواند سهم مهمی در تامین برق مصرفی جهان داشته باشد. بر اساس برنامه سیاستهای جاری (CP ) ، تخمین زده می شود که سهم انرژی باد درتامین انرژی جهان در سال 2020 تقریبا برابر با Twh 375 در سال خواهد بود. این میزان انرژی با استفاده از توربینهای بادی ، به ظرفیت مجموع GW 180 تولید خواهد گردید.
اما در قالب برنامه ضرورتهای زیست محیطی (ED ) سهم این انرژی در سال 2020 بالغ بر Twh 970 در سال خواهد بود، که با استفاده از توربینهای بادی به ظرفیت مجموع GW 470 تولید خواهد شد. به طور کلی با استفاده از انرژی باد ، به عنوان یک منبع انرژی در دراز مدت می توان دو برابر مصرف انرژی الکتریکی فعلی جهان را تامین کرد.

تاریخچه استفاده از انرژی باد :
انسان از زمانهای بسیار دور به نیروی لایزال باد پی برده و سالها بود که از این انرژی برای به حرکت در آوردن کشتی ها و آسیابهای بادی بهره می گرفت . طی سالیان دراز ثابت شده است که می توان انرژی باد را به انرژی مکانیکی و یا انرژی الکتریکی تبدیل کرد و مورد استفاده قرار داد. منابع تاریخی نشان می دهند که ساخت آسیابها در ایران ، عراق، مصر و چین قدمت باستانی داشته و در این تمدنها ، از آسیابهای بادی برای خرد کردن دانه ها و پمپاژ آب استفاده می شده است. چنانچه از شواهد تاریخی بر می آید ، در قرن 17 قبل از میلاد، هامورابی پادشاه بابل طرحی ارائه داده بود تا بتوان به کمک آن دشت حاصلخیز بین النهرین را توسط انرژی حاصل از باد آبیاری نمود. آسیابهای که در آن زمان ساخته می شدند از نوع ماشینهای محور قائم و شبیه به آنهایی هستند که امروزه آثار آنها در نواحی خواف و تایباد ایران به چشم می خورد. ایرانیان اولین کسانی بودند که در حدود 200 سال قبل از میلاد مسیح برای آرد کردن غلات از آسیابهای بادی با محور قائم استفاده کردند. مثلا در کتابهای قدیمی نوشته اند: دیار سیستان دیار باد و ریگ است و همان شهری است که گویند باد آنجا آسیابها را گرداند و آب از چاه کشد و باغها را سیراب کند و در همه دنیا شهری نیست که بیشتر از آنجا از باد سود ببرد. و نیز نوشته اند که در سیستان بادهای سخت مدام می وزد و به همین سبب در آنجا آسیابهای بادی برای آرد کردن گندم ساخته اند. از دیگر استانهای دارای قدمت کاربرد انرژی باد می توان به کرمان ، اصفهان ، و یزد اشاره نمود که در این مکانها در زمانهای قدیم برا ی خنک کردن منازل از کانالهای مخصوص جهت هدایت باد استفاده می کردند. بعد از ایران کشورهای عربی و اروپایی پی به قدرت باد در تبدیل انرژی بردند.
در قرن سوم قبل از میلاد ، یک محقق مصری که در زمینه نیروی هوای فشرده تحقیق می کرد، آسیاب بادی چهار پره ای را با محور افقی طراحی نمود که از هوای فشرده آن جهت نواختن یک ارگ استفاده می کرد. با توجه به شواهد موجود می توان ادعا کرد که زادگاه ماشینهای بادی از نوع محور قائم ، حوزه شرقی مدیترانه و چین بوده است. در قرون وسطی ، آسیابهای بادی در ایتالیا ، فرانسه ، اسپانیا و پرتقال متداول گردید وکمی بعد در بریتانیا ، هلند و آلمان نیز بکار گرفته شد. برخی از مورخان اظهار داشته اند که ورود این آسیابها به اروپا را باید مدیون شرکت کنندگان در جنگهای صلیبی دانست که از خاورمیانه باز می گشتند. آسیابهای بادی که در اروپا ساخته می شدند از نوع آسیابهای محور افقی و چهار پره بودند که برای آرد کردن حبوبات و گندم بکار می رفتند. مردم هلند آسیابهای بادی را از سال 1350 میلادی به منظور خشک کردن زمین های پست ساحلی و همچنین گرفتن روغن از دانه ها و بریدن چوب و تهیه پودر رنگ برای رنگرزی به کار گرفتند. آنچه که هلند را در قرن هفدهم میلادی در زمره غنی ترین و صنعتی ترین مردم اروپا قرار داد، صنعت کشتی سازی و ساخت آسیابهای بادی در آن کشور بود. توربین های بادی بطنی که شامل پره های متعدد هستند، بعدها متداول شدند. در آغاز قرن بیستم اولین توربین های بادی سریع و مدرن ساخته شدند. امروزه فعالترین کشورها در این زمینه آلمان، اسپانیا ، دانمارک، هندوستان و آمریکا می باشند.

منشاء باد :
هنگامی که تابش خورشید به طور نامساوی به سطوح ناهموار زمین می رسد سبب ایجاد تغییرات در دما و فشار می گردد و در اثر این تغییرات باد بوجود می آید.
همچنین اتمسفر کره زمین به دلیل حرکت وضعی زمین، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد. که این امر نیز باعث بوجود آمدن باد می گردد. جریانات اقیانوسی نیز به صورت مشابه عمل نموده و عامل 30% انتقال حرارت کلی در جهان می باشند. در مقیاس جهانی این جریانات اتمسفری به صورت یک عامل قوی جهت انتقال حرارت و گرما عمل می نمایند. دوران کره زمین نیز می تواند در برقراری الگوهای نیمه دائم جریانات سیاره ای در اتمسفر، انرژی مضاعف ایجاد نماید.
پس همانطور که عنوان شد باد یکی از صورتهای مختلف انرژی حرارت خورشیدی می باشد که دارای یک الگوی جهانی نیم پیوسته می باشد. تغییرات سرعت باد، ساعتی ، روزانه و فصلی بوده و متاثر از هوا و توپوگرافی سطح زمین می باشد. بیشتر منابع انرژی باد در نواحی ساحلی و کوهستانی واقع شده اند.
توزیع جهانی باد :
به طور کلی جریان باد در جهان دارای دو نوع توزیع می باشد:
الف – جریان چرخشی هادلی Hadly
بین عرضهای جغرافیایی 30 درجه شمالی و 30 درجه جنوبی ، هوای گرم شده در استوا به بالا صعود کرده و هوای سردتری که از شمال و جنوب می آید جایگزین آن می شود. این جریان را چرخش هادلی می نامند. در سطح کره زمین این جریان بدین معنی است که بادهای سرد به طرف استوا می وزند و از طرف دیگر هوایی که در 30 درجه شمالی و 30 درجه جنوبی به پایین می آید خیلی خشک است و به دلیل آنکه سرعت دوران زمین در این عرضهای جغرافیایی به مراتب کمتر از سرعت دوران زمین در استوا است، به سمت شرق حرکت می کند. معمولا در این عرض های جغرافیایی نواحی بیابانی مانند صحرا قرار دارند.
ب- جریان چرخش راسبی ( rossby )
بین عرضهای جغرافیایی 30 درجه شمالی ( جنوبی ) و 70 درجه شمالی (جنوبی ) عمدتا بادهای غربی در جریان هستند. این بادها تشکیل یک چرخش موجی را می دهند و هوای سرد را به جنوب و هوای گرم را به شمال انتقال می دهند. این الگو را جریان راسبی می نامند.

اندازه گیری پتانسیل انرژی باد
پتانسیل انرژی باد به عنوان یک منبع قدرت در مناطق مختلف و بر اساس اطلاعات موجود در مورد منابع باد قابل دسترس در هر منطقه مورد مطالعه قرار گرفته است.
پتانسیل مربوط به منابع باد به طور کلی به پنج دسته تقسیم می شود:
1- پتانسیل هواشناسی :
این پتانسیل بیانگر منبع انرژی باد در دسترس می باشد.
2- پتانسیل محلی :
این پتانسیل بر مبنای پتانسیل هواشناسی بنا شده ولی محدود به محلهایی است که از نظر جغرافیایی برای تولید انرژی در دسترس هستند.
3- پتانسیل فنی:
این پتانسیل با در نظر گرفتن نوع تکنولوژی در دسترس ( کارایی ، اندازه توربین و … ) از پتانسیل محلی محاسبه می شود.
4- پتانسیل اقتصادی :
این پتانسیل ، استعداد بالقوه فنی است که به صورت اقتصادی و بر پایه سیاستهای اقتصادی قابل تحقق و اجرا است.
5- پتانسیل اجرایی :
این پتانسیل با در نظر گرفتن محدودیت ها و عوامل تشویقی برای تعیین ظرفیت توربین های بادی قابل اجراء در یک محدوده زمانی خاص تعیین می شود . مانند تعرفه های تشویقی که طبق سیاستهای دولتهای مختلف به تولید کنندگان انرژی برق بادی حاصل از توربینهای بادی تخصیص داده می شود.
قدرت باد :
انرژی جنبشی باد همواره متناسب با توان دوم سرعت باد است. هنگامی که باد به یک سطح برخورد می کند انرژی جنبشی آن به فشار ( نیرو) روی آن سطح تبدیل می شود. حاصلضرب نیروی باد در سرعت باد مساوی قدرت باد میشود نیروی باد متناسب با مربع سرعت باد است پس قدرت باد متناسب با مکعب سرعت باد خواهد بود. بنابراین هر چه سرعت باد بیشتر باشد قدرت آن نیز بیشتر خواهد شد. مثلا اگر سرعت باد دو برابر شود قدرت آن هشت برابر و اگر سرعت باد سه برابر گردد. قدرت باد بیست وهفت برابر خواهد شد.
روند تحولات تکنولوژی انرژی باد در سالهای اخیر :
بزرگترین شرکتهای سازنده توربینهای بادی در جهان در حال حاضر شرکت وستاس ، شرکت انرکون و شرکت NEG مایکون هستند که به ترتیب 3/23 ، 6/14 و 4/12 درصد از بازار جهان را در اختیار دارند.
اطلاعاتی که از بررسی بازار تکنولوژی باد در آلمان به عنوان کشوری پیشتاز در صنعت باد در جهان بدست آمده ، بیانگر روند تحولات این صنعت در سالهای اخیر می باشد و لذا توجه به این داده ها در پیش بینیهای مربوط به آینده این انرژی سودمند خواهد بود. میانگین ظرفیت هر توربین بادی نصب شده در آلمان تقریبا 900 کیلو وات است، اما اگر فقط توربینهای نصب شده در نیمه اول سال 2003 را در نظر بگیریم ، میانگین ظرفیت توربین های جدید 1560 کیلو وات می باشد. لذا روند آشکاری از افزایش سایز توربینهای بادی مدرن قابل مشاهده است.
در بازار توربینهای بادی 58 مدل توربین وجود دارد که از این 58 مدل فقط 4 مدل آن بدون گیربکس هستند که روی سایز های متوسط و بزرگ آزمایش شده اند. اما 54 مدل دیگر ( شامل سایز های متوسط ، بزرگ و خیلی بزرگ) هنوز از گیربکس استفاده می کنند. بنابراین توربینهای بدون گیربکس هنوز در ابتدای راه هستند و وضعیت آنها پس از سالها تجربه و بهره برداری روشن خواهد شد.
در گذشته توربینهای بادی با یک سرعت دورانی ثابت ( دور روتور ) کار می کردند، اما مدلهای امروزی تقریبا سیستم یک سرعته را کنار گذاشته و به سیستم های دو سرعته یا سرعت متغیر روی آورده اند. از میان 58 مدل موجود در بازار، فقط 2 مدل از نوع یک سرعته هستند و 22 مدل دو سرعته و 34 مدل با سرعت متغیر دیده می شوند.

مزایای بهره برداری از انرژی باد :
انرژی باد نیز مانند سایر منابع انرژی تجدید پذیر از ویژگیها .و مزایای بالاتری نسبت به سایر منابع انرژی برخوردار است که اهم این مزایا عبارتند از :
1- عدم نیاز توربینهای بادی به سوخت، که در نتیجه از میزان مصرف سوختهای فسیلی می کاهد.
2- رایگان بودن انرژی باد
3- توانایی تامین بخشی از تقاضای انرژی برق
4- کمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد نسبت به انرژیهای فسیلی
5- کمتر بودن هزینه های جاری و هزینه های سرمایه گذاری انرژی باد در بلند مدت
6- تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی
7- قدرت مانور زیاد، جهت بهره برداری در هر ظرفیت و اندازه (از چند وات تا چندین مگاوات)
8- عدم نیاز به آب
9- عدم نیاز به زمین زیاد برای نصب
10- نداشتن آلودگی محیط زیست نسبت به سوختهای فسیلی
آینده انرژی باد در ایران :
بازار تامین انرژی یک بازار رقابتی است که در آن تولید برق از نیروگاههای بادی در مقایسه با نیروگاههای سوخت فسیلی برتری های جدیدی در پیش روی دست اند کاران بخش انرژی قرار داده است. همچنین فعالیت گسترده تعدادی از کشورهای جهان برای تولید الکتریسیته از انرژی باد ، سرمشقی برای دیگر کشورهایی است که در این زمینه راه درازی در پیش دارند. بسیاری از منابع اقتصادی در حال رشد، در منطقه آسیا واقع شده اند. اقتصاد رو به رشد کشورهای آسیایی از جمله ایران ، باعث شده تا این کشورها بیش از پیش به تولید الکتریسیته احساس نیاز کرده و اقدام به تولید الکتریسیته از منابع غیر فسیلی کنند. افزون بر این موارد، نبود شبکه برق سراسری در بسیاری از بخشهای روستایی در کشورهای آسیایی ، مهر تاییدی بر سیستم های تولید الکتریسیته از انرژی باد زده است. در خصوص دور نمای آینده اقتصادی استفاده از انرژی باد در ایران می بایست گفت استفاده از این انرژی موجب صرفه جویی فرآورده های نفتی به عنوان سوخت می شود. صرفه جویی حاصله در درجه اول موجب حفظ فراورده های نفتی گشته که امکان صادرات ومهمتر اینکه تبدیل آن را به مشتقات بسیار زیاد پتروشیمی با ارزش افزوده بال فراهم می سازد. در درجه دوم تولید الکتریسیته از این انرژی فاقد هر گونه آلودگی زیست محیطی بوده که همین عامل کمک شایانی به حفظ طبیعت زیست بشری نموده و در نتیجه طبیعت زیست بشری نموده و در نتیجه مسیر برای نیل به توسعه پایدار اقتصادی اجتماعی فراهم می گردد. استفاده از انرژی باد در ایران علاوه بر عمران و آبادانی موجبات مشاغل جدید شده و بالاخره با بومی سازی فن آوری انرژی باد اقتصاد کشور رشد بیشتری می یابد.

پتانسیل سنجی سطحی انرژی باد
پتانسیل سنجی چیست؟
لفظ پتانسیل در مباحث مربوط به انرژی از اهمیت خاصی بر خوردار است، پتانسیل در واقع به نیروی موجودی اطلاق می گردد که در صورت شناخت کافی و صحیح از آن می توان به منبع بزرگی از انرژی دست یافت انرژی باد نیز از این قاعده مستثنی نیست
با بررسی انرژی بالقوه باد در هر مکان راه حلهای تولید انرژی در ابعاد وسیع مورد بررسی قرار گرفته و اهداف شخصی ر ارتباط با بهره برداری از انرژی باد در آینده تعیین می گردد. در ارزیابی مربوط به پتانسیل سنجی به بررسی عواملی چون فاکتورهای اقتصادی ، آب وهوایی و نیز فاکتورهای فنی و سازمانی پرداخته می شود.استعداد جهانی برای تولید انرژی از باد ، بطوریکه که بتوان آن را بعنوان پتانسیل نهایی تعریف کرد ، در چندین مطالعه بصورت کلی بررسی شده است ، که در یک بررسی کلی ، پتانسیل تئوریک انرژی باد در جهان در حدود (هر اگا ژول معادل ژول) معادل بشکه پتانسیل قابل بهره برداری آن حدود معادل بشکه نفت خام بوده که از این مقدار تا اواسط سال 1382 خورشیدی (2003 میلادی) 33400 مگاوات معادل بشکه نفت خام در سال ، ظرفیت نصب شده می باشد و پیش بینی شده است که تا سال 2020 میلادی 10 در صد از برق جهانی توسط انرژی باد تولید شده و تکنولوژی قوق الذکر 7/1 میلیون شغل ایجاد نماید.
در ضمن لابراتوار شمال غربی اقیانوس آرام (PNL) در مطالعه ای که برای سازمان هواشناسی جهانی (WMO) انجام داد نقشه هایی برای منابع باد در سطح جهان تهیه کرد که در آن متوسط سرعت چگالی انرژی باد برای مناطق مختلف جهان ارائه شده است بطور کلی در طول سالهای مختلف ممکن است تا 25% در متوسط سرعت باد تغییر حاصل شود. در اغلب نواحی جغرافیایی قابل توجه فصلی در سرعت متوسط باد ممکن است مشاهده شود. عمدتاً بادهای زمستانی دارای سرعت متوسط بالاتری هستند. ولی در این موارد استثنا نیز وجود دارد. برای نمونه در کالیفرنیا بادهای تابستانی بعلت توپوگرافی محل واثرات نسیم دریا از سایر مواقع قوی تر می باشند. از آنجایی که به سبب تغییرات فصلی ، انرژی بالقوه باد جهت تولید قدرت می تواند بطور قابل توجهی بیشتر از آنچه که سرعت متوسط سالیانه باد ارائه می دهد باشد ، بنابراین در محاسبه میزان برق تولیدی توربینهای بادی در یک منطقه، می بایست علاوه بر سرعت متوسط باد ، توزیع تناوبی سرعت باد را نیز مد نظر قرار داد چونکه به این ترنیب سرعت باد بسته به شرایط اتمسفری و زبری سطح با ارتفاع تغییر می نماید.
افزایش سرعت باد همواره با افزایش ارتفاع ومعمولاً بر حسب قانون توان یا توابع الگوریتمی بیان می شود.تغییرات ساعتی و روزانه نیز درسرعت باد وجود دارند. این تغییرات برای شرکتهای تولید کننده برق از انرژی باد بسیار مهم می باشند. زیرا آنها مجبورند تولید نیروگاههای متعارف را طوری تنظیم کنند که بتوانند هماهنگی های لازم با تقاضای انرژی الکتریکی را بوجود آورند. تغییرات سرعت باد در مقیاس دقیقه و ثانیه برای سازندگان توربینهای بادی مهم می باشد چون در طراحی بهینه توربین بادی موثر است.
بادسنجها و انواع آنها
یرای اندازه گیری سرعت باد در نواحی که مستعد تشخیص داده شده اند. لازم است که ایستگاههای بادسنجی نصب شود.این ایستگاهها علاوه بر سرعت باد پارامترهای دیگری مانند:
* جهت باد
* دمای منطقه
* میزان رطوبت
* شدت تشعشع
* میزان فشار هوا
برای سنجش هر کدام از عوامل فوق حس گر مخصوص این کمیت نصب و توسط آن ، مقدار کمیت سنجیده میشود. بعنوان مثال حس گری که شدت رطوبت هوا را اندازه گیری میکند Humidity نامیده میشود.
سرهت باد مهمترین عاملی است که در یک ایستگاه بادسنجی اندازه گیری میشود . هر ایستگاه بادسنجی حداقل دارای سه حس گر بادسنج است که در ارتفاع 10 ، 20 و 40 متری نصب شده و سرعت باد را اندازه گیری می کنند. طبق آخرین استانداردهای سازمان هواشناسی اطراف ایستگاه بادسنجی تا شعاع 90- متری نباید هیچگونه موانع طبیعی یا مصنوعی قرار داشته باشد.
سنسورهای بادسنجی امروزه از نظر ساخت تنوع بسیار زیادی دارند ولی از نظر ساختاری به دو دسته بزرگ تقسیم میشوند:
1- نوع مکانیکی
2- الکترونیکی یا اولتراسونیک
بادسنج نوع مکانیکی از سه نیم کره تو خالی مانند کاسه که هر کدام توسط یک بازو به محور اصلی متصل است ساخته شده به همین دلیل آن را بادسنج کاسه ای نیز می نامند.

پتانسیل باد درایران:
کشور ایران 195/648/1 کیلومتر مربع وسعت دارد و در غرب قاره آسیا واقع شده و جزء کشورهای خاور میانه محسوب می شود.
در مجموع محیط ایران 8731 کیلومتر می باشد. حدوداً 90 در صد خاک ایران در محدوده فلات ایران واقع است. بنابراین ایران کشوری کوهستانی محسوب می شود. بیش از نیمی از مساحت ایران را کوهها و ارتفاعات ، یک چهارم را صحراها و کمتر از یک چهارم را اراضی قابل کشت تشکیل می دهند. ایران دارای آب و هوای متنوع ومتفاوت است و با مقایسه نقاط کشور این نوع تنوع را بخوبی می توان مشاهده کرد.
ارتفاع کوههای شمالی ، غربی وجنوبی به قدر ی زیاد است که از تاثیر بادهای دریای خزر ، دریای مدیترانه و خلیج فارس درنواحی داخلی ایران جلوگیری می کند. به همین سبب دامنه های خارجی این کوهها دارای آب و هوای مرطوب بوده و دامنه های داخلی آن خشک است. در رابطه با بادهای ایران می توان گفت که ایران با موقعیت جغرافیایی که دارد ، در آسیا بین شرق وغرب ونواحی گرم جنوب و معتدل شمالی واقع شده است و در مسیر جریانهای عمده هوایی بین آسیا ، اروپا ، آفریقا ، اقیانوس هند واقیانوس اطلس است که تا کنون آنچه مسلم است ، قرار گرفتن ایران در مسیر جریانهای مهم هوایی زیر می باشد.
1- جریان مرکز فشار آسیای مرکزی درزمستان
2- جریان مرکز فشار اقیانوس هند در تابستان
3- جریان غربی از اقیانوس اطلس و دریای مدیترانه مخصوصاً درزمستان
4- جریان شمال غربی درتابستان
در خصوص تعیین پتانسیل باد ایران، در مطالعه فاز صفر پروژه (تعیین پتانسیل باد در ایران) که توسط معاونت امور انرژی وزارت نیرو انجام گرفته بود ، 26 منطقه کشور در 45 سایت مورد مطالعه قرار گرفته است که بر اساس نتایج این مطالعه ، ایران کشوری با باد توسط معاونت امور انرژی وزارت نیرو انجام گرفته بود، 26 منطقه کشور در 45 سایت مورد مطالعه قرار گرفته است که بر اساس نتایج این مطالعه، ایران کشوری با باد متوسط میباشد که در برخی از مناطق آن باد مناسب و مداوم تری برای تولید برق موجود می باشد.
بر اساس بررسیهای اولیه انجام شده در پروژه فوق الذکر ، توان بالقوه انرژی باد در سایتهای مطالعه شده حدود 6500 مگا وات برآورد گردیده است
در این راستا ، دفتر باد وامواج سازمان انرژیهای نو ایران (سانا) بمنظورتوسعه ، ترویج و برنامه ریزی جهت اجرای طرحها و بهره برداری از انرژی یادئب اقدام به نصب سایتهای ثبت آمار لحظه ای باد برای امکان سنجی احداث مزارع برق بادی به شرح زیر نموده است.
1- نصب 10 واحد ایستگاه بادسنجی 10 ، 20 و 40 متری در استان گیلان
2- نصب 7 واحد ایستگاه بادسنجی 10 ، 20 و 40متری در استانهای آذربایجان شرقی ، غربی و اردبیل
3- پروژه پتانسیل سنجی و تهیه اطلس باد کشور

نقشه ها و اطلس های موجود باد:
در طی دهه گذشته ، در بسیاری از کشورها مطالعاتی جهت تخمین منابع انرژی باد در دسترس در هر منطقه ، انجام گرفته است. برخی از این مطالعات منجر به تهیه اطلس ماننداطلس ملی منابع باد ایالت متحده آمریکا واطلس ملی باد اروپا و اطلس ملی باد آمریکای لاتین و کارائیب گشته اند. همچنین نقشه های باد برای کشورهای چین ،اسپانیا ، پرو ، مصر ، اردن ، صسومالی و تعدادی از کشورهای مشترک المنافع به چاپ رسیده است. بعلاوه یک نقشه باد هم برای کل دنیا چاپ شده است
استحصال انرژی از باد (توسط توربینهای بادی)
از نظر عملکردی در توربین های بادی انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل میگردد.
بهره برداری از انرژی باد توسط توربینهای بادی تفکر بسیار قدیمی است. مثلاً سیستم های اولیه انرژی باد در چین باستان و خاور نزدیک زمانهای طولانی به کار گرفته می شدند. یک دوره نیز در قرن پانزدهم که فعالیتهای اقتصادی در اروپای غربی افزایش پیدا کرد از توربینهای بادی جهت تامین نیروی مکانیکی برای پمپاژ آب و آسیاب غلات استفاده می کردند. امروزه گستره فعالیتها و کاربرد توربینهای بادی طیف وسیعی از صنایع را تحت پوشش قرار می دهد مثلاً برای پمپاژ آب یا شارژ باتری از این توربینها استفاده می شود. می توان این توربینها را جهت استفاده از بهینه و تولید بیشتر قدرت با سلولهای خورسیدی (فتووتالیک) 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 استفاده شده است.
شارژ باتری از کاربردهای مهم دیگری است که توربین های بادی دارند.
تولید انرژی مکانیکی جهت پمپاژ آب نیز از نمونه کاربردهای دیگر توربینهای بادی است. سیستم های شارژر باتری و پمپهای بادی با وجود کوچک بودن از اهمیت ویژه ای برخوردارند.
انواع توربینهای بادی
الف- توربینهای بادی با محور چرخش عمودی
توربینهای بادی با محور عمودی نظیر (ساوینوس ، داریوس ، صفحه ای وکاسه ای… )از 2 بخش اصلی تشکیل شده اند. یک میله اصلی که رو به باد قرار می گیرد ومیله های عمودی دیگری که عمود بر جهت باد کار گذاشته می شوند. این توربین شامل قطعاتی با اشکال گوناگون بوده که باد را در خود جمع کرده و باعث چرخش محور اصلی می گردد.ساخت این نوع توربین بسیار ساده است، ولی بازده پایینی دارد. در این نوع توربینها یک طرف توربین باد را بیشتر از طرف دیگر جذب می کند وباعث می شود سیستم لنگر پیدا کرده و بچرخد. نتیجه این نوع طراحی این است که سرعت چرخش سیستم دقیقاً با سرعت باد برابر بودخ ودر مناطقی که سرعت باد کم است ، چندان کار آمد نیست. یکی از مزایای آن وابسته نبودن سیستم به جهت وزش باد می باشد.
ب- توربینهای بادی با محور چرخش افقی
این نوع توربین ها نسبت به مدل با محور عمودی رایج تر می باشد، توربینهای بادی با محور افقی پیچیده تر وگران تر از نوع قبلی هستند و ساخت آنها هم مشکل تر است ولی راندمان بسیار بالایی دارند. در همه سرعتها حتی سرعتهای پایین باد کار می کنند و در انواع پیشرفته تر میتوان جهت آنها رابا جهت وزش باد تنظیم کرد. نمای ظاهری این توربینها 3 یا در مواردی 2 پره است که روی یک پایه بلند نصب شده اند. این پره ها همواره درجهت وزش باد قرار م یگیرند.

این توربینها چگونه کار می کنند؟
مراحل کار یک توربین کاملاً برعکس مراحل کار یک پنکه است . در پنکه انرژی الکتریسیته به انرژی مکانیکی تبدیل شده و باعث چرخیدن پره می شود. در توربینها ، چرخش پره ها انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. باد به چره ها برخورد می کند وآنها را می چرخاند.چرخش پره ها باعث چرخش محور اصلی می شود و این محور به یک ژنراتور برق متصل است. چرخش این ژنراتور، برق متناوب تولید می کند.
توربین های بادی عمودی امروزه می توانند بین 5 تا 6500 کیلو وات برق تولید کنند. یک توربین بادی مستقل با سایز کوچک میتواند مصرف یک خانه یا انرژی مورد نیاز برای پمپ کردن آب از چاه را تامین کند، ولی توربینهای سایز بزرگتر برای تولید برق و تزریق آن به شبکه سراسری مورد استفاده قرار می گیرند.
1- پره ها: بیشتر توربین ها 2 یا 3 پره دارند، باد به پره ها برخورد می کند و باعث چرخش آنها می شود.
2- ترمز:با استفاده ازسیستم ترمز دیسکی می توان توربین را بطور هیدرولیکی در مواقع عادی حتی اضطراری متوقف کرد.
3- بخش کنترل: بخش کنترل توربین را هنگامی که سرعت باد بین 4 تا 25 متر برثانیه است بکار می اندازد و هنگامی که سرعت باد به بالاتر از 25 متر بر ثانیه می رسد آن را متوقف می کند. توربین ها نمی توانند درسرعتهای بیشتر از 25 متر بر ثانیه به کار خود ادامه دهند در سرعت بالای 30 متر بر ثانیه امکان سقوط برج ها نیز وجود دارد.
4- جعبه دنده (گیربکس): توربینهای بادی میتواند سرعت کم چرخش محوره پره ها را با ضریب تبدیل مثبت به سرعت بالا که در ژنراتور استفاده می شود. تبدیل کند.
5- ژنراتور: ژنراتور در حقیقت بخش تبدیل انرژی مکانیکی باد بع انرژی برق (الکتریکی) است. ژنراتورهای بکار برده شده ، ژنراتورهای آسنکرون وسنکرون می باشند.
6- ناسل: قسمت اصلی توربین بادی که رتور به آن متصل است را ناسل میگویند. ناسل در بالای برج قرار دارد شامل جعبه دنده ، شافت اصلی ژنراتور ، بخش کنترل و ترمز است. بعضی از ناسل ها آنقدر بزرگند که تسکین ها می توانند داخل آن بایستند.
در گذشته توربین های بادی با یک سرعت دورانی ثابت (دور روتور) کار می کردند، اما مدلهای امروزی تقریباً سیستم یک سرعته را کنار گذاشته اند. از میان 58 مدل توربین موجود ، 2 مدل یک سرعته ، 22 مدل دو سرعته و 34 مدل با سرعت متغیر وجود دارند.
7- روتور: به مجموعه تیغه ها و توپی وسط آنها روتور می گوییم
8- دکل: دکلها معمولاً از فولادهای استوانه ای یا شبکه ای از میله های فولادی ساخته می شوند، چون سرعت باد با افزایش ارتفاع زیاد می شود، دکلهای بلند باعث می شوند توربین انرژی بیشتری بگیرد و الکتریسیته بیشتری تولید کند.
9- سنسورهای اندازه گیری: شامل دو سنسور سرعت سنج و جهت نما میباشنند که اولی سرعت با دو دومی جهت باد را با دقت مشخص می کند و اطلاعات حاصل را به بخش کنترل می دهدو بر اساس این اطلاعات زمان کار توربین زاویه چرخ انحراف (Yam system) مشخص میشود.
که این چرخ ، توربین را دقیقاً درجهت وزش باد قرار می دهد.
10- موتور انحراف: (سیستم Yaw) یک سیستم ترکیبی الکتریکی مکانیکی است. هدایت این سیستم توسط واحد کنترل انجام میشود. بر اساس اطلاعات رسیده از قثسمت اندازه گیری ، واحد کنترل جهت باد قالب را تعیین کرده و به موتور انحراف فرمان میدهد که این موتور توربین را در راستای مناسب بچرخاند. این سیستم فقط در توربینهای بزرگ متصل به شبکه کاربرد دارد.
در توربین های بادی سایز کوچک به جای انحراف (Yaw system) از بالچه استفاده می کنند. این بالچه ، توسط جریان باد خود به خود توربین را درراستای مناسب قرار می دهد.

انواع کاربرد توربینهای بادی
الف: کاربردهای غیر نیروگاهی
یکی از کاربردهای مهم غیر نیروگاهی انرژی باد ، پمپاژ آب می باشد. پس از دوران استفاده وسیع از پمپهای بادی در قرن گذشته و نیمه اول این قرن ، با افزایش کاربرد برق بعنوان انرژی برتر در طی دهه های 1950 و 1960 و جایگزینی روزافزون پمپهای الکتروموتوری به جای پمپهای بادی هنوز پمپهای بادی عمدتاً در چین ، آفریقای جنوبی ،آرژانتین و ایالت متحده آمریکا به فروش میرسند.
پمپهای بادی بهره برداری شده ، عمدتاً از نوع توربینهای بادی پرپره کلاسیک می باشند که تکنولوژی در این زمینه ،در طی 15 سال گذشته بطور مداوم بهبود یافته است. امروزه بطور کلی موارد استفاده از توربینهای بادی جهت پمپاژ آب عبارتند از:
1- تامین آب آشامیدن حیوانات در مناطق دورافتاده
2- آبیاری درمقیاس کم
3- آبکشی از عمق کم جهت پرورش آبزیان
4- تامین آب مصرفی خانگی
الف-2 )کاربرد توربینهای کوچک بعنوان تولید کننده برق
1- اصلی ترین کاربردهای غیر نیروگاهی توربین های برق بادی، تامین برق جزیره های مصرف میباشد.
یک جزیره مصرف محل یا منطقه ای است که تامین مصرف آن از طریق شبکه سراسری برق بسیار مشکل و غیر متطقی می باشد. تا چند سال پیش تامین برق این نقاط که تعدادشان کم نیست بسیار سخت و از طریق مولدهای کوچک دیزلی تامین می شد. امروزه از توربینهای بادی کوچک تا قدرت 10 کیلو وات برای تامین برق مورد نیاز این مناطق استفاده می شود. یک توربین بادی در مقیاس کوچک با نصب بسیار آسان و سریع حتی بر روی قایق حتی بر روی قایق ها و اتوبوس ها بدون هیچگونه هزینه ای برق مورد نیاز این مناطق را تامین می کند و قیمت این توربینها نسبت به مجموع قیمت موتور برق و هزینه سوخت آن اقتصادی نیز می باشد. این توربینها معمولاً به همراه باتریهای ذخیره کننده انرژی بکار برده می شوند و می توانند با سایر منابع مانندفتوولتائیک یا ژنراتور های دیزلی بصورت ترکیبی مورد بهره برداری قرار گیرند.
الف-3 )شارژ باتری
برای این کار بیشتر توربینهای بادی با قیمت ارزان و متوسط که روتورهایی با قطر 3 متر دارند استفاده می شود این نوع بهره برداری عموماً توربینهای بادی کوچک جهت مصارف خانگی را شامل می شوند. نمونه کاربرد چنین توربینهایی شامل تامین انرژی دستگاههای کمک ناوبری دریایی و مخابرات می شود.
ب: کاربردهای نیروگاهی
کاربردهای نیروگاهی توربین های برق بادی شامل کاربردهای متصل به شبکه برق رسانی است که به شرح زیر می باشند:
1- توربینها جهت تامین بارهای الکتریکی از نوع مسکونی ، تجاری و صنعتی یا کشاورزی استفاده می شود. بار مصرفی در مجاورت توربین قرار داشته و بار مصرفی به شبکه نیز متصل است. اکثراً این توربینها در نزدیکی کشتزارها یا گروهی از منازل قرار داده می شود. عموماً اندازه این توربین ها بین 10-100 کیلو وات است.
2- مزارع بادی
این کاربرد معمولاً چندین توربین بادی متمرکز راشامل می شود و بمنظور تامین انرژی که ازطریق شبکه توزیع می شود طراحی شده و این موضوع در مقابل توربینهای بادی منفرد مورد قبل که بمنظور تامین انرژی مصرفی بار الکتریکی درمحل طراحی می گردد ، مطرح است. اندازه های معمولی این توربین های بادی بین 50-500 کیلو وات است. سیاست های ملی تولید انرژی، تعیین کننده بازار پراکنده توربینهای متصل به شبکه است. مثلاً در آمریکا ، دانمارک هلند و آلمان به افراد اجازه داده شده که توربین های بادی درتملک خود رابه شبکه وصل نموده و تولید اضافی خود را به سازمان برق محلی بفروشند. امروزه هدف اصلی محققین ، حرکت به سمت راه اندازی واحد های بزرگتر کزارع برق بادی می باشد.

در کشور ما دفتر باد و امواج سازمان انرژیهای نوایران (سانا) بمنظور توسعه ، ترویج، برنامه ریزی ، نظارت و مدیریت اجرای طرحها و بهره برداری از انرژی بادی ، اقدام به مدیریت ساخت ، نصب وخرید توربینهای برق بادی به شرح ذیل نموده است:
1- مدیریت طراحی ، ساخت ونصب توربین های بادی 600 کیلو وات منجیل و 10 کیلو وات تبریز
2- مدیریت و بهره برداری دو واحد توربین بادی 130 کیلو ولت دیز آباد استان خراسان
3- پروژه احداث مزرعه بادی 60 مگا وات منجیل با وام ینی ژاپنی
4- پروژه احداث مزرعه بادی 25 مگا وات منجیل با همکاری سازمان جهانی GEF و بانک جهانی
همچنین اهداف سازمان انرژیهای نو ایران در این راستا عبارت اند از:
الف) انجام مطالعات درزمینه انرژی باد
ب) تحقیق و توسعه کنولوژی درزمینه انرژی باد
ج) آموزش افراد متخصص و انتشار کتب ومقالات در زمینه تخصصی انرژی باد
د) طراحی ، مشاوره ، ساخت و اجرای سیستم های نمونه
توربینهای بادی و ذخیره انرژی
در مولدهای بادی باید روشی ابداع شود که بتوان انرژی تولید شده را در مواقعی که ولید بیشتر از حد مصرف را برای استفاده در ساعات اوج مصرف ذخیره کرد. به عبارت دیگر جریان متغیر باد را به یک منبع ثابت و همیشگی انرژی تبدیل ساخت.

انرژی باد و محیط زیست
گسترش روزافزون نیاز به انرژی و محدودیت منابع فسیلی ، افزایش آلودگی محیط زیست ناشی از سوزاندن این منابع ، بحث گرم شدن هوا و اثرات پدیده گلخانه ای ، ریزش بارانهای اسیدی و ضرورت متعادل نمودن نشر CO2 همگی لزوم صرفه جویی در مصرف سوختهای فسیلی و توجه مضاعف به استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر را ایجاب می کند.
در بین انرژی های تجدید پذیر ، انرژی باد یکی از اقتصادی ترین روشهای تولید برق است که آلودگی محیط زیست را در پی نداشته و پایان ناپذیر نیز می باشد. طبق آمار موجود تولید هر کیلیو وات ساعت انرژی الکتریکی از باد می تواند از انتشار حدود یک کیلوگرم CO2 در مقایسه با نیروگاههای سوخت فسیلی جلوگیری نماید. بطور کلی با جایگزینی انرژی برق بادی بجای انرژی برق تولیدی از نیروگاههای سوخت فسیلی می توان از انتشار گازهای گلخانه ای کاست.. بعنوان نمونه در منطقه منجیل هر توربین 500 کیلووات در سال حداقل 00ر500ر1 کیلو وات ساعت انرژی برق تولید می نماید که باعث کاهش آلاینده های محیط زیست به مقدار زیر خواهد گردید:
Kg 150 = خاک
Kg 82500 = خاکستر
در زمانی که برق مورد نیاز شبکه توسط توربین های برق بادی تزریق می شود برق تولیدی سایرنیروگاهها کاهش یافته از این رو در مصرف سوخت فسیلی این نیروگاهها صرفه جویی می گردد که با توجه به میزان تزریق برق بادی به شبکه ، از انتشار آلاینده های محیط زیست کاسته خواهد شد.
از طرف دیگر می توان به جاذبه های طبیعی و چشم انداز سیستم های انرژی بادی که در معرض دید افراد قرار می گیرند اشاره کرد که نمادی از انرژی پاک برای مردم تلقی می گردند. در ضمن از سطح زمینی که برای احداث مزرعه برق بادی اختصاص می یابد. 99% آن قابل استفاده می باشد. گرچه پره های توربینهای بادی نوعا بیشتر از 10 متر قطر دارند اما از آنجا که در ارتفاع بالاتر از 20 متری قرار می گیرند ، اجازه فعالیتهای کشاورزی و دامپروری تا کنار برج توربین ها همچنان فراهم است و شواهد موید این است که حیوانات اهلی و وحشی اطراف مزارع بادی نیز متحمل اثر سوئی از جانب این مزارع نمی گردند. همچنین مطالعات در کشورهای پیشرو این تکنولوژی نشان می دهد که تنها حدود یک درصد از کل سطح مزارع بادی توسط خود این توربینها اشغال می شوند. در نتیجه با توجه به موارد فوق الذکر انرژی بادی در کاهش هزینه های اجتماعی در مقایسه با نیروگاههای سوخت فسیلی که در بر گیرنده اثرات برونزایی منفی می باشند توجیه پذیر بوده و برق حاصل از آن می تواند بعنوان یک انرژی پایدار در توسعه اقتصادی ، اجتماعی و فرهنگی کشور مورد استفاده قرار گیرد.
آیا منابع تجدید پذیر انرژی می توانند جایگزین مطمئنی برای سوخت های فسیلی باشند؟
برق گرفتن از باد می ارزد؟
هواداران دو آتشه انرژی های تجدید پذیر هفته ای سراسر اضطراب را پشت سر گذاشتند. دلیلش هم این بود که یک تحلیلگر انرژی در مقاله ای عنوان کرده بود برنامه های جایگزینی انرژی های فسیلی با انرژی های تجدید پذیر ، اندکی بلند پروازانه است.
انرژی های تجدید پذیر شامل انرژی آب ، باد ، خورشید، زمین گرمای و چند انرژی دیگر ، انرژی های تمیز و رایگانی هستند که طبیعت در اختیار انسان قرار می دهد و هیچ آلایندگی هم به دنبال ندارند. بسیاری از کارشناسان بر این باورند که برای کاهش آلودگی جو زمین و همچنین کاهش هزینه های انرژی ، باید به سراغ انرژی های تجدید پذیر رفت. بسیاری از دولت ها هم برنامه های بلند مدتی برای جایگزینی انرژی های رایج با انرژی های تجدید پذیر دارند. مانند انگلستان که قرار است یک پنجم انرژی مصرفی خود را از منابع تجدید پذیر تولید کند.
در طرح دولت انگلستان پیش بینی شده بخش اعظم انرژیهای تجدید پذیر که حدود 20 گیگاوات است ،از نیروی باد تامین خواهد شد. ( گیگاوات یعنی میلیارد وات. بیست گیگاوات انرژی می تواند دویست میلیون لامپ صد واتی را روشن کند! ) ولی یک کارشناس انرژی دانمارکی به نام هوگ شرمن می گوید این طرح انگلستان بسیار بلند پروازانه است و شبکه انرژی این کشور نمی تواند بیش از ده گیگاوات انرژی تولید کند.
این خبر در حالی منتشر می شود که طرفدار حفظ محیط زیست ، بیش از هر زمان دیگری نگران اند . تونی بلر، نخست وزیر انگلستان در سخنان اول نوامبر خود نشان داد از نظرات پیشین خود مبنی بر کاهش آلاینده های گلخانه ای ( مانند دی اکسید کربن ) برای کنترل تغییرات آب و هوا عدول کرده است. چند روز بعد ، او گفت از کار انداختن نیروگاههای هسته ای ، فاصله موجود در مصرف و تولید انرژی کشور را افزایش می دهد و به جای آن بهتر ، است نیروگاههای جدیدی ساخته شوند.
شرمن در مقاله خود (نشریه گزارش انستیتو مهندسی عمران، مجله 158) اشاره کرده است که چرا نمی توان بر انرژی باد تکیه کرد. مهم ترین مشکل انرژی ، این است که هنگامی که ما بیشترین نیاز را به الکتریسیته داریم، باد نمی ورزد، بلکه هر وقت خودش خواست می وزد. (البته می توان برای یک بازه چند ساعتی ، جهت و سرعتش را پیش بینی کرد. ) از سوی دیگر ، در تمام مدت وزش باد نمی توان از آن الکتریسیته تهیه کرد. بهترین توربین های بادی هنگامی شروع به کار می کنند که سرعت باد به چهار متر بر ثانیه (5/14 کیلومتر بر ساعت ) می رسد و زمانی که سرعت باد به 14 متر بر ثانیه (50 کیلومتر بر ساعت) می رسد، بیشترین توان تولید خود می رسد. اما هنگامی که سرعت باد از 25 متر بر ثانیه (90 کیلومتر بر ساعت) گذشت، توربینها خاموش می شوند تا به تجهیزات انتقال نیرو آسیبی وارد نشود. در این حالت باد به طوفانن تبدیل شده است!
شرمن در مقاله خود، دانمارک و آلمان را مثال می زند که بخشی از انرژی خود را از توربینهای بادی به دست می آورند. در غرب دانمارک که یک هفتم انگلستان مساحت دارد، توربین های بادی ، توانایی تولید4/2 گیگاوات انرژی الکتریکی را دارند که بیش از 60 درصد نیاز منطقه را تامین می کند. کارکرد خوب سیستم دانمارک به این دلیل است که شبکه ارتباطی خوبی بین این کشور ، سوئد و نروژ برقرار است و صادرات و واردات برق طوری تنظیم شده که تعادل را بین عرضه و تقاضای برق فراهم می کند.در حالی که انگلستان فاقد چنین شبکه انتقال برقی است و توانایی ایجاد آن را هم ندارد.

در آلمان ، توربین های بادی ظرفیت تولید 17 گیگاوات انرژی را دارند که معادل 14 درصد کل تقاضای الکتریسیته است. اما توربین ها به قدری زیاد خاموش می شوند که در طول یک سال می توانند فقط 15 درصد ظرفیت اسمی خود را تولید کنند.
آیا با توجه به تجربیات دانمارک و آلمان ، انگلیسی ها هم باید نگران نیروگاههای بادی خود باشند؟ رابرت گراس از مرکز تحقیقات انرژی در لندن می گوید خیر. به نظر او ، شبکه مزارع بادی دو کشور به گونه ای است که قابل قیاس با شبکه بادی انگلستان نیست. مزارع بادی دانمارک در غرب این کشور قرار دارند و مزارع بادی آلمان در شمال غربی آن. از سوی دیگر ، وضعیت آب و هوا و اقلیم آلمان به نحوی است که سرعت و جهت باد در آن بسیار متغیر است. در حالی که در انگلستان شبکه توربین های بادی در سراسر کشور پراکنده شده است و اگر مزارع باد در یک سوی کشور خاموش شوند. بقیه توربین ها می توانند برق را تولید کنند. بدین ترتیب ، شرایط تاثیر گذار در تولید انرژی دانمارک و آلمان به مراتب متغیر از شرایط انگلستان است.
البته باید به این نکته هم توجه داشت که هیچ یک از منابع تجدید پذیر انرژی به تنهایی قابل استفاده نیستند، زیرا کنترل شرایط آن ها در دست بشر نیست. بنابراین در کنار آن ها ، نیروگاههایی بر پایه سوخت فسیلی یا سوخت هسته ای به تامین انرژی خواهند پرداخت. دانشمندان انگلسی می گویند اطلاعات به دست آمده از آلمان و دانمارک به مراتب منفی تر از اطلاعات به دست آمده در انگلیس است و بهتر است در کوتاه مدت به آن ها توجهی نشود.
توربین های بادی

امروزه با رشد روز افزون مصرف انرژی استفاده از سوخت های فسیلی در نیروگاه ها جهت تولید انرژی الکتریکی رو به افزایش است .
با توجه به تولید آلاینده های زیست محیطی توسط نیروگاه ها و نیاز روز افزون به انرژی الکتریکی ضرورت تولید انرژی الکتریکی با روش های نوین وبدون تولید آلاینده های زیست محیطی بیشتر مد نظر مدیریت کلان تولید انرژی قرار میگیرد .یکی از گونه های انرژی که جهت تولید نیروی الکتریسیته مورد استفاده قرار می گیرد انرژی بادی است.با توجه به اینکه انرژی بادی جزء انرژی های تجدید پذیر می باشد و تبدیل آن به انرژی الکتریکی با راندمان بالا و استهلاک پایین صورت می پذیرد
در نتیجه استفاده از انرژی بادی جهت تولید انرژی الکتریکی مقرون به صرفه می باشد.
تاریخچه:
انرژی باد با ساخت ماشین های اولیه بادی در روزگار قدیم مورد استفاده قرار گرفت.احتمالا نخستین ماشین های بادی به توسط یونانیان ساخته شده است. مصری ها ، رومی ها و چینی ها برای قایقرانی و آبیاری از انرژی باد استفاده کرده اند.
بعد ها استفاده از توربین های بادی با محور قائم در سراسر کشور های اسلامی معمول شد. سپس دستگاه های بادی با محور قائم با میله های چوبی توسعه یافت به طوریکه در اواسط قرن نوزدهم در حدود ۹ هزار ماشین بادی به منظور های گوناگون مورد استفاده قرار می گرفت.
سیر تحولی و رشد استفاده از انرژی بادی:
باد یکی از مظاهر انرژی خورشیدی و همانند هوای متحرک است. و پیوسته قسمت کوچکی از تابش خورشید که از خارج به آتمسفر می رسد، به انرژی باد تبدیل می شود. گرم شدن زمین و جو آن به طور نامساوی و غیر یکنواخت سبب تولید جریان های همرفت می شود. و نیز حرکت نسبی جو زمین عامل تولید باد می گردد.
دو درصد از انرژی خورشید که به زمین می رسد به باد تبدیل می گردد. ۳۵ % انرژی باد در ضخامت یک کیلو متری از سطح زمین موجود است.محاسبات نشان می دهد، که برای تمام سیاره زمین ، انرژی موجود ۱٫۳×۱۰۱۴ وات بر مترمربع است که بیست برابر انرژی مصرفی فعلی دنیا می باشد.
انواع ماشین های بادی :
ماشین های بادی را معمولاً بر حسب وضعیت محور دوران روتور آنها نسبت به جهت وزش باد و یا ظرفیت آنها طبقه بندی می کنند.
روتورهای با محور افقی:
روتورهای با محور افقی به منظور استفاده از نیروهای بالابر و مقاوم ساخته می شوند. عموماً روتورهای با نیروهای بالا برنده که برای سطح معینه از روتور ، نیروی بالابرنده بیشتری نسبت به نیروی مقاوم در همان سطح در روتورهای مقاوم تولید می کنند. ترجیح داده می شود به علاوه ، روتورهای ضربه ای عموماً نمی توانند سریعتر از سرعت باد بچرخند. بادرنظر گرفتن وزن ، دستگاه روتورهای بالابرنده توان بیشتری را تولید کرده و ارزانتر تمام خواهد شد. تعداد پره ها می توانند متغییر باشند و تاکنون از یک تا ۵۰ پره ساخته شده اند.ماشین های بزرگی از نوع روتور با محور افقی ساخته اند.
انواع ماشین های بادی از نوع روتور با محور افقی:
ماشین Mod_ o: قطر روتور ۳۸ متر و توان تولیدی آن ۱۰۰ کیلو وات بر ساعت برای باد ۱۶ متر برثانیه است. که روی برجی به ارتفاع ۳۳ متر سوار است. بازده این ماشین ۴۰درصد است.
ماشینMod oA: این ماشین ها اشکال تکمیل شده Mod_ o بوده و دو نمونه از آن ها در آمریکا به قطر ۳۸ متر و با توان خروجی ۱۲۵ و ۲۰۰ کیلو وات ساخته شده است.
روتورهای با محور قائم:
روتورهای با محور دوران قائم نسبت به روتورهای با محور افقی ارجحیت دارند، زیرا لازم نیست آن ها را با تعبیر جهت وزش باد ، دوران داد. این عمل باعث می شود که دستگاه خیلی پیچیده نشود و در ضمن نیروهای چرخشی ناشی از دوران که بر بلبرینگ ها و سایر مولفات داده می شود، کمتر شود.
درگذشته دستگاه هایی از این نوع ساخته شده اند که با نیروی مقاوم ناشی از باد حرکت می کند. توربین های با پره های صفحه ای، کاسه ای و نیز روتورساوینوس به ابتکار مهندس فنلاندی ساوینوس در سال ۱۹۳۱ اختراع شده است.
در سال ۱۹۲۵ روتوری با محور قائم توسط مهندس فرانسوی داریوس اختراع شد. وتا سال ۱۹۷۰ توسط گروه تحقیقات کانادایی توسعه یافت و در حال حاضر توربینی است که از نظر توان خروجی با توربین های با محور افقی قابل مقایسه می باشد توربین داریوس
روتوردارویس بر اثر نیروی بالابرنده حرکت می کند. که بال ها به شکل منحنی تروپو سکین و مقطع بال نظیر مقطع بال هواپیما است. گشتاور شروع حرکت آن کم است، ولی با سرعت زاویه ای بیشتری می چرخد. و از این رو توان خروجی قابل ملاحظه ای دارد.
مسائل اقتصادی ماشین های بادی:
امروزه انقلاب تکنولوژیک استفاده از انرژی باد در بسیاری از کشورها در دسترس بوده و ارزانترین راه برای تهیه الکتریسته از مشتقات انرژی خورشیدی تشخیص داده شده است. بهای انرژی تولید شده به عوامل محیطی و عملی و نیز نوع ماشین بکار گرفته شده بستگی دارد.
با بررسی های مختلفی که در زمینه قیمت استفاده انرژی باد انجام گرفته است نشان می دهد که اگر چه هزینه ماشین های بادی با بزرگی و نیز ازدیاد توان تخمینی آن ها افزایش می یابد. ولی بهای هر کیلو وات انرژی ها ، کاهش پیدا می کند. هزینه پیش بینی شده برای ماشین های با ظرفیت ۱۰۰ تا ۶۰۰ کیلو وات
، در حدود ۲۵ الی ۵۰ ریال بر هر کیلو وات ساعت تخمین زده می شود.
البته با توجه به این که کشورهای بزرگ انقلاب تکنولوژیک پیشرفته دارند. و ساخت انواع ماشین آلات رامی توانند به آسانی انجام دهند. نفت وارداتی و نیز انرژی ناشی از سوخت های دیگر ارزان تر از انرژی باد است. ولی با توجه به کاهش منابع انرژی فسیلی و دلایل دیگر ، استفاده از انرژی باد در کشور های پیشرفته پیش از پیش مورد نظر است.
بطور خلاصه می توان گفت که در کشورهای صنعتی بودجه های پژوهشی زیادی به استفاده از انرژی باد اختصاص داده شده و ساخت مدل های مختلف ماشین های بادی در حال توسعه و تکمیل است.
یکی از شرکتهای تولید انرژی در بلژیک برای بدست آوردن برق از نیروی باد طرحی را در دست بررسی دارد و بر اساس آن در منطقه ی فلاندرن غربی این کشور نیروگاه های بادی خواهد ساخت.
وزیر بازرگانی همگانی آقای Johan Vande Lanotte در حال محک زدن این طرح است که در آن نیروگاه های بادی با پروانه های بزرگ همانند آنچه هم اکنون کمی دورتر از ساحل شهر Thornton ساخته شده در نزدیکی ساحل دریای شمال و در شهر تفریحی و دلپذیر Knokke-Heist بصورت انبوه کارگزاری میشوند.
این نیروگاه ها شامل ۳۰ توربین بادی بزرگ خواهد بود که هر کدام توانایی تولید ۵ مگاوات برق دارند و به گفته ی مهندسان این مقدار انرژی الکتریکی برای ۳۰۰ هزار خانواده کافی خواهد بود.
نکته ی جالب اینکه سوپرمارکت بزرگ Colruyt در واقع دست به ابداع این طرح زده و تصمیم دارد در صورت جلب نظر مقامات ، تا سال ۲۰۰۹ و ۲۰۱۰ آنرا عملی کند.
به گفته ی مهندسان بلژیکی این طرح در نزدیکی سواحل کشور هلند که تنها ۲۷ کیلومتر با نقطه ی مورد نظر آنها فاصله دارد با کمک ۶۰ توربین بادی و بخوبی در حال اجراست و ثابت نموده که انرژی باد حتی کمی دورتر از ساحل ارزش سرمایه گزاری را دارد.
توربینهای بادی
انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدید پذیر، بطور گسترده ولی پراکنده در دسترس می باشد. تابش نامساوی خورشید در عرض های مختلف جغرافیایی به سطح ناهموار زمین باعث تغییر دما و فشار شده و در نتیجه باد ایجاد می شود. به علاوه اتمسفر کره زمین به دلیل چرخش، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که باعث ایجاد باد می شود. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد.
از انرژی های بادی جهت تولید الکتریسیته و نیز پمپاژ آب از چاهها و رودخانه ها، آرد کردن غلات، کوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینها می توان استفاده نمود. استفاده از انرژی بادی در توربین های بادی که به منظور تولید الکتریسته بکار گرفته می شوند از نوع توربین های سریع محور افقی می باشند. هزینه ساخت یک توربین بادی با قطر مشخص، در صورت افزایش تعداد پره ها زیاد می شود.
توربینهای بادی چگونه کار می کنند ؟
توربین های بادی انرژی جنبشی باد را به توان مکانیکی تبدیل می نمایند و این توان مکانیکی از طریق شفت به ژنراتور انتقال پیدا کرده و در نهایت انرژی الکتریکی تولید می شود. توربین های بادی بر اساس یک اصل ساده کار می کنند. انرژی باد دو یا سه پره ای را که بدور روتور توربین بادی قرار گرفته اند را بچرخش در می آورد. روتور به یک شفت مرکزی متصل
می باشد که با چرخش آن ژنراتور نیز به چرخش در آمده و الکتریسیته تولید می شود.
توربین های بادی بر روی برج های بلندی نصب شده اند تا بیشترین انرژی ممکن را دریافت کنند بلندی این برج ها به ۳۰ تا ۴۰ متر بالاتر از سطح زمین می رسند. توربین های بادی در باد هایی با سرعت کم یا زیاد و در طوفان ها کاملا مفید می باشند
همچنین می توانید برای درک بهتر چگونکی عملکرد یک توربین بادی به انیمیشنی که به همین منظور تهیه شده توجه کنید تا با چگونگی چرخش پره ها٬ شفت و انتقال نیروی مکانیکی به ژنراتور و در کل نحوه عملکرد یک توربین بادی آشنا شوید ها٬ شفت و انتقال نیروی مکانیکی به ژنراتور و در کل نحوه عملکرد یک توربین بادی آشنا شوید
وربینهای بادی مدرن به دو شاخه اصلی می شوند :
۱- توربینهای با محور افقی (که در شکل زیر نمونه ای از این نوع توربین ها را مشاهده می کنید)
۲- ۲- توربینهای با محور عمودی
۳- می توان از توربینهای بادی با کارکردهای مستقل استفاده نمود، و یا می توان آنها را به یک " شبکه قدرت تسهیلاتی " وصل کرد یا حتی می توان با یک سیستم سلول خورشیدی یا فتوولتائیک ترکیب کرد. عموماً از توربینهای مستقل برای پمپاژ آب یا ارتباطات استفاده می کنند ، هرچند که در مناطق بادخیز مالکین خانه ها و کشاورزان نیز می توانند از توربینها برای تولید برق استفاده نمایند مقیاس کاربردی انرژی باد، معمولا ً تعداد زیادی توربین را نزدیک به یکدیگر می سازند که بدین ترتیب یک مزرعه بادگیر را تشکیل می دهند
داخل توربین بادی به چه صورت می باشد:

۱- باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به کنترل کننده ها انتقال می دهد.
۲- پره ها (Blades) : بیشتر توربین ها دارای دو یا سه پره می باشند. وزش باد بر روی پره ها باعث بلند کردن و چرخش پره ها می شود.
۳- ترمز (Brake) : از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفاده می شود. عمل ترمز کردن می تواند بصورت مکانیکی ٬ الکتریکی یا هیدرولیکی انجام گیرد.
۴- کنترولر (Controller) : کنترولر ها وقتی که سرعت باد به ۸ تا ۱۶ mph میرسد ما شین را٬ راه اندازی می کنند و وقتی سرعت از ۶۵ mph بیشتر می شود دستور خاموش شدن ماشین را می دهند. این عمل از آن جهت صورت میگیرد که توربین ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به ۶۵ mph می رسد حرکت کنند زیرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.
۵-گیربکس (Gear box) : چرخ دنده ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و آنها از طرف دیگر همانطور که در شکل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل می باشند و افزایش سرعت چرخش از ۳۰ تا ۶۰ rpm به سرعتی حدود ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ rpm را ایجاد می کنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامیست. هزینه ساخت گیربکس ها بالاست درضمن گیر بکس ها بسیار سنگین هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده ای می باشند تا درایو های مستقیمی کشف نماید و ژنراتورها را با سرعت کمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربکس نداشته باشند.
۶- ژنراتور (Generator) : که وظیفه آن تولید برق متناوب می باشد.

۷- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft) : که وظیفه آن به حرکت در اوردن ژنراتور می باشد.
۸- شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft) : رتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن ۳۰ تا ۶۰ دور در دقیقه می باشد.
۹- روتور (Rotor) : بال ها و هاب به روتور متصل هستند.
۱۰- برج (Tower) : برج ها از فولاد هایی که به شکل لوله درآمده اند ساخته می شوند. توربین هایی که بر روی برج هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده اند انرژی بیشتری دریافت می کنند.
۱۱- جهت باد (Wind direction) : توربین هایی که از این فن آوری استفاده می کنند در خلاف جهت باد نیز کار می کنند در حالی که توربین های معمولی فقط جهت وزش باد به پره های آن باید از روبرو باشد.
۱۲- باد نما (Wind vane) : وسیله ای است که جهت وزش باد را اندازه گیری می کند و کمک می کند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشته باشد.
۱۳- درایو انحراف (Yaw drive) : وسیله ایست که وضعیت توربین را هنگامیکه باد در خلاف جهت می وزد کنترول می کند و زمانی استفاده می شود که قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گیرد اما زمانی که باد در جهت توربین می وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی باشد.
۱۴- موتور انحراف (Yaw motor) : برای به حرکت در آوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می گیرد.
منبع : پایگاه اطلاع رسانی انجمن مهندسین برق
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.
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 ۰٫۵۹ 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 ۱۹۹۷ تا ۲۰۱۰
• حجم 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 ۱۵٪ 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 ۳۵٪ 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 ۹۰٪ 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 ۵-۲۵٪ 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 ۳/۱ 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 ۲۵٪ 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.
باد هوای در حال حرکت است. باد به وسیله ی جذب گرمای نیم یکنواخت سطح کره ی زمین که حاصل عملکرد خورشید است به وجود می آید.
از آنجاییکه سطح زمین از سازنده های خشکی و آبی متنوع تشکیل شده اند، اشعه ی خورشید را به طور یکنواخت جذب می کنند. وقتی خورشید در طول روز می تابد، هوای روی سرزمین های خشکی سریعتر از هوای روی سرزمین های آبی گرم می شود.
هوای گرم روی خشکی سبک شده و بالا می رود و هوای خنک تر و سنگین تر روی آب جای آن را می گیرد که این فرآیند بادهای محلی را می سازد.
در شب از آنجا که هوای روی خشکی سریعتر از هوای روی آب خنک می شود، جهت باد برعکس می شود. از آنجا که باد تا زمانی که خورشید به زمین می تابد، به طور پیوسته تولید خواهد شد، آن را منبع انرژی تجدید شونده می نامند.
امروزه انرژی باد عمدتا" برای تولید برق به کار برده می شود. در طول تاریخ، انسان ها باد را به شیوه های مختلف به کار برده اند. بیش از پنج هزار سال پیش مصریان باستان از نیروی باد برای راندن کشتی های خود روی رود نیل استفاده کردند. بعد از آن انسان، آسیاب بادی را برای آسیاب کردن غلات ساخت. آسیاب های بادی چون سرعت باد را کم می کنند، می توانند کار کنند. باد روی تیغه های ورقه مانند نازکی جریان یافته و آنها را بلند می کند و باعث چرخش آنها می شود (مانند تاثیر باد روی بال های هواپیما) تیغه ها به میله ی هدایت متصل است و آن فیزیک مولد برق را چرخانده و الکتریسیته تولید می کند.
بهترین محل برای نصب یا ساخت دستگاه بادی محلی است که سرعت باد حدود 23 کیلومتر بر ساعت باشد. ماشین های بادی 30 تا 40 درصد انرژی متحرک باد را به برق تبدیل می کند، در حالی که یک دستگاه مولد زغال سوز، حدود 30 تا 35 درصد انرژی شیمیایی زغال را به الکتریسیته قابل استفاده تبدیل می کند.
بر اساس اهداف وزارت نیرو در ورود به حوزه فناوری توربینهای بادی بعنوان یکی از منابع تامین انرژی و توسعه بومی فناوری توربینهای بادی و بدنبال انجام پروژه مطالعات مقدماتی و طراحی مفهومی طراحی و ساخت توربین بادی ملی، پروژه ملی طراحی و ساخت توربین بادی مگاواتی ملی در سال 1387 آغاز گردید. سازمان مادرتخصصی توانیر کارفرمای پروژه می باشد.
در نخستین فاز تحت عنوان برنامه ریزی و سازماندهی و بر اساس نتایج مطالعات فاز صفر، جذب تیم متخصص، برنامه ریزی جهت همکاری با مشاورین خارجی، بازرسان بین المللی و ملزومات دیگر صورت گرفت.
در فاز بعدی که طراحی مفهومی توربین می باشد، مشخصات کلی توربین و اجزاء اصلی تعیین و ساختار انتقال قدرت نهایی گردید. همچنین در این فاز اطلاعات توربینهای بادی مگاواتی تجاری سراسر جهان مطالعه گردیده است. مطالعات نهایی سازی تعیین کلاس توربین ملی بر اساس داده های باد کل کشور بود که منجر به تعیین محل سایتهای برتر و نیز کلاس هر سایت گردید.
در خصوص انتقال و مدیریت تکنولوژی, مشاورین دارای توانمندی همکاری مورد مذاکرات متعدد قرار گرفته و از آنها پیشنهادهای فنی و مالی دریافت گردید.
در طراحی مفهومی، یک مدل اولیه هندسی از توربین و مشخصات تقریبی آن تهیه گردید و بر مبنای آن، مدلهای دینامیکی ساخته شد و مورد مطالعه قرار گرفت.
در فاز طراحی مقدماتی، توربین به چند بخش بر اساس گوناگونی عملکردی و ساختاری تقسیم بندی شد و با تخصیص نیروی متخصص متناسب با هر بخش، طراحی مقدماتی توربین آغاز گردید. تیم های متشکل با انجام فرایندهای متعدد طراحی، موفق به دست یابی به دانش طراحی اجزاء و کل سیستم توربین بادی گردیدند. همچنین مدل هندسی توربین شامل سطح 2 جزئیات اجزاء تهیه و رونمایی گردید. ابعاد و مشخصات فنی بیشتر اجزا برای انجام فرایند تامین، معین شد. استانداردهای طراحی، ساخت و تست هریک از بر اساس استاندرادهای بین المللی و الزامات ملی یا درون سازمانی تعیین و تصویب گردید. سازندگان یا تامین کنندگان اجزاء شناسایی گردید. توان فنی کشور در ساخت اجزاء مورد ارزیابی قرار گرفت و نقشه ورود به طراحی تفصیلی توربین مشخص گردید.
در ادامه انجام مراحل پروژه، فاز طراحی تفضیلی آغاز گردیده و از اواسط سال 1391، فاز اجرایی ساخت توربین با تامین، تدارک و ساخت اجزا آن آغاز خواهد گردید. همچنین طبق برنامه پیش بینی شده، توربین بادی مگاواتی ملی گواهی صحت طراحی و عملکرد را از معتبرترین موسسات بین المللی در این صنعت اخذ خواهد نمود. بدین ترتیب نه تنها توربین بادی مگاواتی ملی، قابلیت بهره برداری در بازار داخلی را خواهد داشت بلکه می توان بخشی از بازارهای فرامرزی را نیز مورد هدف قرار داد. در طراحی این توربین توانمندیهای صنعتی کشور و آخرین دست آوردهای جهانی صنعت توربین همزمان لحاظ خواهد گردید و توربین بادی مگاواتی ملی با توجه به شرایط اقلیمی سیاست های بادی کشور، بهترین عملکرد را خواهد داشت.
مکانیزم پیدایش باد و انواع کاربردهای انرژی بادی
تشعشعات دریافتی خورشید توسط زمین، موجب گرم شدن هوای اتمسفر شده و به همین دلیل هوا به سمت بالا حرکت می کند. شدت این گرمایش در استوا؛ جایی که خورشید عمود می تابد؛ بیشتر از هوای اطراف قطبین؛ جایی که زاویه تابش خورشید تند می باشد؛ خواهد بود و هوای اطراف قطبین نسبت به هوای استوا کمتر گرم می گردد .دانسیته هوا با افزایش دما کاهش پیدا کرده و بنابراین هوای سبکتر استوا به سمت بالا حرکت کرده و در اطراف پخش می گردد. این عمل موجب افت فشار در این ناحیه گردیده و موجب می گردد هوای سرد از قطبین به سمت استوا جذب گردند.

همچنین وقتی خورشید در طول روز می تابد، هوای روی سرزمین های خشک سریعتر از هوای روی دریا ها و آب ها گرم می شود. هوای گرم روی خشکی بالا رفته و هوای خنک تر و سنگین تر روی آب جای آنرا می گیرد که این فرآیند بادهای محلی را می سازد این به آن معناست که روز از سمت دریا به سمت ساحل باد می وزد. در شب، از آنجا که هوا روی خشکی سریعتر از هوای روی آب خنک می شود، جهت باد برعکس می شود. بنابراین باد به علت گرادیان فشار به وجود آمده از تابش غیر یکنواخت خورشید به سطح زمین به وجود می آید.

امروزه از انرژی بادی جهت تولید الکتریسیته، پمپاژ آب از چاهها و رودخانه ها، آرد کردن غلات، کوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینها می توان استفاده نمود. استفاده رایج از انرژی بادی در توربین های بادی و به منظور تولید الکتریسته بکار گرفته می شوند.

کاربردهای توربین بادی
کاربردهای منفصل از شبکه
o شارژ باتری
o تولید توان در نواحی دور افتاده
o تامین انرژی مورد نیاز پایگاههای موقتی
o تامین برق موردنیاز برای قایقهای تفریحی
کاربردهای متصل به شبکه
o توربین های بادی منفرد
o مزارع بادی
تاریخچه انرژی بادی
آغاز استفاده از انرژی باد(1000 سال قبل از میلاد مسیح تا 1300 سال بعد از میلاد مسیح)
تاریخچه انرژی بادی یک سیر تکاملی را به استفاده از قطعات سبک و ساده برای به حرکت درآوردن پره ها بوسیله نیروی درگ، به جای قطعات سنگین پیش گرفته است تا استفاده از قطعات سبک و مواد ایرودینامیکی پر بازده در دوران مدرن امروزی رواج پیدا کند.اما نباید اینگونه پنداشت که نیروی لیفت(نیرویی که باعث پرواز هواپیما می گردد) یک مفهوم جدید می باشد و برای باستانیان ناشناخته بوده است. اولین استفاده شناخته شده از انرژی باد مربوط به کاربرد در قایقهای بادی است و این تکنولوژی نقش بسیار مهمی در توسعه آسیابهای بادی دارد. ملوانان باستانی نیروی لیفت را می شناختند و روزانه از آن استفاده می کردند ولو اینکه هیچ توضیحی علمی برای آن نداشتند.اولین آسیابهای بادی برای آسیاب کردن غلات و پمپاژ آب به کار گرفته شده بودند و قدیمیترین مدل طراحی شده آن از نوع محور عمودی بوده که در طی سالهای 900-500 میلادی در ایران توسعه یافته است. ظاهرا اولین استفاده از این آسیابها برای پمپاژ آب بوده است ولی نحوه دقیق کار آن معلوم نیست زیرا هیچ گونه طراحی و یا نقاشی از این آسیابها موجود نیست.نخستین مستندات مربوط به طراحی این آسیابهای بادی نیز مربوط به ایرانیان می باشد. که پره های آن یا اصطلاحا بادبانهای آنها از جنس چوب و یا نی بوده که با تیرهای افقی به یک محور عمودی متصل می شدند مطابق شکل زیر:

آسیاب نمودن غلات اولین استفاده مستند شده و بسیار ساده آسیابهای بادی می باشد. به طوری که سنگ آسیاب به همان محور عمودی متصل می شده است. کلیه قسمتهای آسیاب بادی معمولا در داخل یک ساختمان محصور می شده اند و ورودی ساختمان در جهت وزش باد فضای بازی داشته تا باد بتواند به سمت داخل هدایت شود.

آسیابهای بادی محور عمودی در چین هم مورد استفاده قرار می گرفتند و چینیان ادعای تخصیص این نوع آسیابها را به زادگاه خود دارند. این در حالی است که به طور دقیق می توان گفت اولین مستندات آنها مربوط به سال 1219 میلادی می باشد که توسط یک سیاستمدار چینی با نام Yehlu Chhu-Tshai اختراع شده است. در این کشور هم اولین کاربردهای آسیاب بادی برای آرد نمودن غلات و پمپاژ آب بوده است. یکی از خوش منظره ترین و موفق ترین کاربردهای انرژی بادی که در حال حاضر هم موجود می باشد، استفاده گسترده برای پمپاژ آب در جزیره کرت می باشد. به معنای واقعی کلمه صدها آسیاب بادی برای پمپاژ آب برای محصولات کشاورزی و استفاده دام فعال هستند.
آسیابهای بادی در غرب جهان(1875-1300 بعد از میلاد مسیح)
اولین آسیابهای بادی در غرب اروپا از نوع محور افقی بوده اند. دلیل تکامل طراحی آسیابهای بادی محور عمودی ایرانیان به محور افقی در دست نیست. اما این واقعیت هم وجود دارد که چرخآب اروپائیان پیکربندی با محور افقی داشته است و ظاهرا آنها این تکنولوژی را برای آسیابهای بادی اولیه خود نیز به خدمت گرفته اند. و یکی دیگر از دلایل شاید این باشد که راندمان نیروی درگ در سیستمهای با محور افقی بسیار بالاتر از سیستمهای با محور عمودی است. برجهای آسیابهای بادی در قرن 13 طراحی جدیدی به خود گرفت. آسیابهای بادی بر بالای برجهای بزرگ سنگی که به صورت کلاهکی دوار بوده نصب می شدند بادنما نیز در پشت پره ها نصب می گردید. در اوایل سال 1390 میلادی هلندی ها برج های جدیدی را طراحی کردند که پیش از آن در سواحل دریا مدیترانه روئیت شده بودند. برجی که هلندی ها ساختند از چند طبقه مختلف تشکیل شده بود که شامل طبقاتی از جمله طبقه ذخیره غلات، طبقه مخصوص از بین بردن کاه، طبقه سنگ آسیاب و طبقه پائین که محلی برای زندگی آسیاببان بوده است. این آسیابهای بادی طوری طراحی شده بودند که می بایست به صورت دستی و با فشاردادن اهرمی که در پشت پره های آنها بوده به سمت باد می چرخیدند.

برای صدها سال مهمترین کاربرد آسیابهای بادی برای پمپاژ آب بوده است که برای این کار از سیستمهای کوچک با روتورهایی به طول یک تا چند متر استفاده می کردند. این سیستمها در طول قرن 19 تکمیل شدند و کار خود را با آسیاب بادی Halladay در سال 1854 آغاز کردند و به کار خود با طرحهای موتور بادی و Dempster که هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرند، ادامه دادند. اولین آسیابها 4 پره چوبی داشتند که بیشتر آنها اهرمی در پشت خود داشتند تا پره ها را به سمت جهت باد بچرخانند ولی برخی از آنها برجهایشان را در مسیر باد برپا می کردند. مهمترین رویداد در آسیابهای بادی استفاده از پره های فولادی در سال 1870 در آمریکا بوده است، چراکه پره های فولادی سبکتر و به شکل کارآمدتری ساخته می شدند. بین سالهای 1850 تا 1970 در حدود 6 میلیون سیستم بادی کوچک (در حدود 1 اسب بخار و یا کمتر) تنها در آمریکا نصب گردید. استفاده اولیه آنها برای پمپاژ آب برای تهیه آب مورد نیاز آبیاری مزارع و خانه ها بوده است.

آسیابهای بادی از سال 1888 تا کنون در اواخر قرن 19 میلادی اولین آسیاب بادی برای تولید برق طراحی گردید. این آسیاب بادی در سال 1888 میلادی در کلیولند اوهایو توسط Charles F. Brush ساخته شد. روتورهای این آسیاب بادی به قطر 17 متر بوده که یک اهرم جانبی برای چرخاندن آن به سمت باد داشته است. و اولین آسیاب بادی بوده که گیربکسی با نسبت 50:1 و ژنراتور جریان مستقیم با RPM 500 داشته است. با وجود موفقیت نسبی این آسیاب بادی در مدت 20 سال ولی محدودیتهایی در سرعت کم و استحکام بالای روتور برای تولید برق وجود داشت. میزان برق تولیدی این آسیاب بادی 12 کیلوواتی با روتور 17 متری در مقابل توربینهای بادی مدرن با این قطر روتور و ظرفیت 70 تا 100 کیلوواتی بسیار ناچیز می باشد. از این زمان بود که نام توربینهای بادی جایگزین آسیاب های بادی شدند. در سال 1891 میلادی فردی دانمارکی اولین سیستم بادی با پره های آیرودینامیکی را طراحی نمود و در بهترین برج آسیاب بادی به کار گرفت. سرعت بالاتر حرکت پره ها باعث تولید برق بیشتری گردید. با پایان جنگ جهانی دوم استفاده از سیستمهای بادی 25 کیلوواتی در سرتاسر دانمارک رواج پیدا کرد ولی قیمت ارزان تر سوختهای فسیلی در نیروگاههای بخاری باعث شد تا استفاده از این آسیابهای بادی از رونق بیفتد. اولین توربینهای بادی کوچک برای تولید برق جریان مستقیم مورد استفاده قرار می گرفتند. این توربینها توسط دو شرکت Parris-Dunn و Jacobs Wind-electric برای استفاده در مناطق روستایی ساخته می شدند. کاربرد اولیه این سیستمها برای روشنائی مزارع و شارژ باتری ها برای استفاده در رادیو به کار می رفته است. در سال 1922 توربینهای محور عمودی savonius توسط مهندس فنلاندی اختراع گردید. این توربینها با نیروی درگ کار می کردند و راندمانهای آنها پایین بوده است. در سال 1927 میلادی توربینهای محور عمودی Darrieus طراحی گردید. در این توربینها از نیروی لیفت به جای درگ استفاده می گردید و دو یا سه پره آیرودینامیکی به محور مرکزی متصل می شده است. راندمان این توربینها نیز پایین است چرا که نیاز به سرعت بالای باد برای شروع به چرخش دارد. توربینهای بادی با ظرفیت بیشتر برای اولین بار در سال 1931 در روسیه توسعه یافتند. به طوری که توربینی 100 کیلوواتی در سواحل دریای خزر در طول 2 سال در حدود 200 هزار کیلووات ساعت برق تولید نمود. پس از آن نیروگاههای بادی در آمریکا، دانمارک، فرانسه، آلمان و انگلستان در طول سالهای 1935 تا 1970 با توربینهای بادی در مقیاس بزرگ راه اندازی شدند. در سال 1931 توربینهای بادی Darrieus معروف به egg beate توسط مهندسی فرانسوی اختراع گردید. بزرگترین توربین بادی به ظرفیت 1.25 مگاوات در سال 1941 در ورمونت نصب گردید. این توربین از نوع محور افقی و با 2 پره با قطر 175 فوت رو به باد ساخته شده بود. روتور آن از جنس فولاد ضد زنگ و به وزن 16 تن بوده و سیستم کنترل آن روی 28 دور در دقیقه تنظیم شده بود. در سال 1945 تنها بعد از چند صد ساعت کار مداوم یکی از پره ها شکست و علت آن فقط به خاطر فرسودگی و خوردگی فلز آن بوده است.

و اما توربینهای مدرن امروزی بیشتر از نوع محور افقی و با سه پره می باشند. پره های این توربینها بسیار شبیه به بال هواپیما طراحی گردیده و از نیروی لیفت استفاده میکنند. میزان برق تولیدی آنها به ظرفیت توربین و محل قرار گیری آن مربوط می باشد. اکثر توربینهای تجاری بین 1 تا 2.5 مگاوات می باشند. با توجه به شرایط وزش باد و میزان برق مصرفی خانوارها توربینهای 1 مگاواتی برق مورد نیاز تقریبا 500 خانه را تامین می کنند.
جمهوری اسلامی ایران در بخش غربی فلات و در جنوب غرب آسیا واقع شده است. ایران با مساحت 1648195 کیلومتر مربع بین طول جغرافیایی شرقی 44 تا 99/63 درجه و عرض شمالی 25 تا 99/39 درجه قرار گرفته و بیش از نیمی از مساحت آن را نواحی کوهستانی پوشانده است.
این کشور با تنوع آب و هوایی زیادی روبروست. نواحی شمالی ایران دارای آب و هوای معتدل و بارندگی قابل ملاحظه به ویژه در نواحی غربی استان گیلان است. آب و هوای نواحی غربی ایران در فصول سرد، سرد و مرطوب و در فصول گرم، خشک و معتدل است. در نواحی جنوبی، دمای هوا و رطوبت بیشتر است، تابستانهای بسیار گرم و زمستانهای معتدل از مشخصات آب و هوایی این ناحیه است و تغییرات روزانه دما کمتر محسوس می باشد. نواحی شرقی و جنوب شرقی دارای آب و هوای بیابانی با تغییرات قابل ملاحظه دما در طول روز است. برای اینکه بتوان از منابع باد موجود جهت تولید برق استفاده نمود، وجود اطلاعات باد قابل اعتماد در خصوص پتانسیل باد منطقه مورد نظر جهت احداث نیروگاه بادی ضروری است.
در ایران با توجه به وجود مناطق بادخیز، بستر مناسبی جهت گسترش بهره برداری از توربین های بادی فراهم می باشد. یکی از مهمترین پروژه های انجام شده در زمینه انرژی بادی تهیه اطلس بادی کشور بوده است که پروژه مذکور در سازمان انرژیهای نو ایران صورت گرفته و به عنوان یکی از پروژه های ملی در صنعت انرژی باد محسوب می گردد.
طبق اطلس بادی تهیه شده و بر اساس اطلاعات دریافتی از 60 ایستگاه و در مناطق مختلف کشور، میزان ظرفیت اسمی سایتها در حدود 60000 مگاوات می باشد. بر پایه پیش بینی های صورت گرفته، میزان انرژی قابل استحصال بادی کشور از لحاظ اقتصادی بالغ بر 18000 مگاوات تخمین زده می شود که موید پتانسیل قابل توجه کشور در زمینه احداث نیروگاههای بادی و همچنین اقتصادی بودن سرمایه گذاری در صنعت انرژی بادی می باشد.
در انجام پروژه پتانسیل سنجی بادی در ایران شرکت لامایر آلمان نیز به عنوان مشاور همکاری داشته است و و بر اساس مطالعات شرکت مذکور پتانسیل بادی قابل استحصال در کشور در حدود 100 هزار مگاوات برآورد گردیده است.
در وزارت نیرو، نصب پنج هزار مگاوات نیروگاه تجدیدپذیر در قانون برنامه پنجم توسعه هدفگذاری شده است که از این میزان 4500 مگاوات آن برای توسعه باد در نظر گرفته شده است، می توان گفت در پنج سال آینده قریب به چهار هزار مگاوات بازار برای توسعه بخش خصوصی وجود خواهد داشت
سیاست کلان کشور ما در چشم انداز برنامه های آتی در افزایش نقش بخش های غیر دولتی استوار شده است که از جمله فواید و مزایای آن کاستن از حجم و فعالیت های تصدی گری دولت است. با فعال شدن بخش خصوصی در عرصه احداث نیروگاه های بادی که جذابیت های فراوانی برای بخش خصوصی دارد، توان مالی، فنی و مدیریتی کشور افزایش می یابد و با شروع پروژه ها و فعالیت های جدید عملا بخش خصوصی به کمک بخش دولتی آمده و کل کشور از این مشارکت سود خواهد برد. همچنین باید توجه داشت که نیروگاه های بادی به سرمایه اولیه بالایی نیاز دارند بنابراین تامین سرمایه اولیه در این طرح ها از مشکلات اجرایی آن هاست.
استفاده از سرمایه گذاری های غیر دولتی در اجرای طرح ها کمک شایانی به دولت خواهد کرد، چرا که توسعه انرژی های نو و به ویژه انرژی بادی که تجاری ترین نوع از انواع آن هاست به صراحت در اسناد و قوانین ملی بالادستی و سیاست های ابلاغی مقام معظم رهبری تدوین شده است که البته دلایل مهمی باعث این جهت گیری کلان در کشور شده است، بنابراین بدون تردیدی یکی از اصلی ترین مولفه های امنیتی تمام کشورها دسترسی به انرژی مورد نیاز است. البته به وجود آمدن هر اشکالی در سیستم عرضه انرژی، اختلال و آسیب های پر دامنه ای را در تمام بخش های اقتصادی و اجتماعی بر جای خواهد گذاشت. به همین دلیل کشورها تنوع بخشی به منابع انرژی را جزء اصلی ترین راهبردهای خود قرار می دهند تا از وابستگی به یک یا دو نوع انرژی به شدت احتراز کرده و آسیب پذیری خود را به حداقل ممکن کاهش دهند. بر این اساس باید از کلیه منابع انرژی در دسترس و قابل حصول، از جمله انرژی های تجدیدپذیر، انرژی مصرفی مورد نیاز کشور خود را تامین کنیم و با ایجاد تنوع در منابع انرژی، پایداری بیشتری به سیستم انرژی کشور ببخشیم اگرچه ایران در زمره کشورهایی که متعهد به کاهش انتشار گازهای آلاینده و گلخانه ای هستند، محسوب نمی شود ولی از هم اکنون براساس سیاست های مصوب، خود را متعهد به حفاظت از کره زمین، اتمسفر ومحیط زیست می داند و تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر از جمله انرژی بادی را مورد تاکید قرار می دهد. به طور کلی با جایگزینی هر یک درصد از انرژی برق بادی با انرژی برق تولیدی از نیروگاه های سوخت فسیلی می توان حدود سه درصد از انتشار گازهای گلخانه ای کاست.
مساله دیگر اینکه، اشتغالزایی و تحول اجتماعی در مناطق محروم از مباحث مورد توجه برای توسعه انرژی های نو در کشور است. از آنجا که غالبا نقاط بادخیز ایران در مناطقی واقعند که از نظر توسعه اجتماعی محروم به شمار می روند بنابراین توسعه نیروگاه های بادی مستقیما در شرایط اجتماعی این مناطق تحول ایجاد خواهد کرد. آمارها نشان می دهد تنها در سال 2010 میلادی 630 هزار شغل در حوزه باد به ازای 39 گیگاوات ظرفیت نصب شده جدید بادی، در کشورهای پیشرو و در حال توسعه ایجاد شده است. نکته مهم دیگر اینکه، باتوجه به مشکلات بهره برداری و حفظ پایداری شبکه های گسترده، به وسیله تولید پراکنده برق از میزان اتکا به شبکه های طولانی کاسته شده و این یکی از راهکارهای صورت گرفته در صنعت برق است. این کار نه تنها به لحاظ اقتصادی هزینه بر نیست بلکه به واسطه تقلیل تلفات شبکه انتقال و توزیع و همچنین کاهش نیاز به ظرفیت ذخیره شده تولید وافزایش پایداری در شبکه، هزینه تمام شده برق به صورت قابل ملاحظه ای کاهش خواهد داد. بهترین نوع تولید پراکنده، نیروگاه های بادی، آبی کوچک، زیست توده، زمین گرمایی و خورشیدی است که نه تنها به لحاظ مکان تولید برق بلکه به لحاظ منابع اولیه هم پراکنده اند و نیازمند استفاده از شبکه گاز و یا شبکه های انتقال نفت نیستند. این فعالیت به عنوان یکی از مهمترین تدابیر پدافند غیر عامل محسوب می شود. تحقق هدف مذکور بدین معناست که کشور از امکاناتی برخوردار خواهد شد که در صورت بروز حوادث و سوانح مختلف می تواند ضروری ترین نیازهای برق بخش های مختلف را صرفا با اتکا به منابع و امکانات محلی تامین کند.
بازار نیروگاه های بادی در ایران رو به شکوفایی است و ورود به این بازار می تواند آینده خوبی را در دراز مدت برای سرمایه گذاران تضمین کند. بنابراین اگر به ایران به صورت پایگاهی برای تولید تجهیزات و تامین نیروی انسانی متخصص نگریسته شود بازارهای کشورهای منطقه می توانند مورد توجه قرار گیرند.
انواع توربینهای بادی
اگرچه طراحی های مختلفی برای توربین بادی موجود می باشد ولی به طور عمده به دو دسته کلی بر اساس جهت محور چرخش تقسیم بندی می شوند:
محور افقی: (Horizontal Axis Wind Turbines(HAWTS که نوع رایج آن می باشد.
محور عمودی: (Vertical Axis Wind Turbines(VAWTS

جریان هوا بر روی هر سطحی دو نوع نیروی ایرودینامیکی با نام های درگ و لیفت به وجود می آورد که نیروی درگ در جهت جریان باد است و نیروی لیفت عمود بر جریان باد می باشد. یکی از این نیروها یا هر دو می توانند نیروی مورد نیاز برای چرخش پره های توربینهای بادی را تامین نمایند.

توربینهای محور افقی
ویژگی روتورهای توربینهای محور افقی جدید بسیار شبیه ملخ هواپیما می باشد. جریان هوا روی مقطع ایرودینامیکی شکل پره هاحرکت می کند و نیروی لیفت را به وجود آورده که باعث چرخش روتور می گردد. ناسل توربینهای محور افقی محلی برای گیربکس و ژنراتور می باشد. مساحتی که هر کدام از پره ها جاروب می کنند از این فرمول بدست می آید:

که در آن D قطر روتور می باشد. این مساحت جاروب شده باید مستقیما روبروی وزش باد باشد تا ماکزیمم برق تولیدی را داشته باشیم. پس توربینهای محور افقی باید سیستمی برای تنظیم در مقابل باد قرار گرفتن داشته باشند که به آن مکانیزم yawing می گویند. به طوری که کل ناسل می تواند به سمت باد بچرخد. در توربینهای کوچک دنباله بادنما این کنترل را بر عهده دارد. ولی در سیستمهای متصل به شبکه سیستم کنترل یاو فعال می باشد که به وسیله سنسورهای تعیین کننده جهت باد و موتورها، ناسل به سمت باد می چرخد.

توربینهای محور عمودی
این توربینها به دو نوع اصلی تقسیم بندی می شوند: Savnoius و Darrieus.
Savnoius مانند یک چرخ آب با نیروی درگ کار می کند در حالی که Darrieus از تیغه هایی مشابه توربینهای محور افقی استفاده می کند. توربینهای محور عمودی بسیار نزدیک به زمین قرار می گیرند که از مزیتهای آن قرار دادن تجهیزات سنگین آن از جمله گیربکس و ژنراتور نزدیک به سطح زمین می باشد، هرچند که شدت باد در سطح زمین کمتر است و در نتیجه برق کمتری تولید خواهد نمود. از دیگر مزایای این نوع توربینها می توان به نیاز نداشتن سیستم یاو اشاره کرد چراکه این نوع توربینها، باد را از هر جهت مهار می کنند و این مزیت برتری بسیاری نسبت به کمبودهای آن دارد. از کمبودهای آن می توان به این مورد اشاره نمود که این نوع توربینها به طور خودکار مانند توربینهای محور افقی شروع به کار نمی کنند.

توربین کلاسیک Darrieus از نوع تخم مرغی شکل

توربین 5 پره ای از نوع H-type از انواع توربینهای Darrieus

انواع روتورهای Darrieus
توربین از نوع Savnoius
این نوع توربین در سال 1922 میلادی توسط مهندسی فنلاندی اختراع گردید و در سال 1929 این اختراع به ثبت رسید. این توربین از حداقل 2 نیم استوانه تشکیل شده است.

چرخش توربینهای بادی برپایه نیروی درگ
توربینهای بادی برپایه نیروی درگ مانند یک بادبان باز عمل می کنند و نیروی باد سطح مورد نظر را جلو می برد. اولین توربینهای بادی که در ایران باستان مورد استفاده قرار می گرفت با این رویکرد کار می کردند. روتور Savonius یک نمونه بسیار ساده از آسیابهای بادی بر پایه نیروی درگ می باشد. این توربینها به چرخش در می آیند چراکه نیروی درگ در ناحیه باز و مقعر این روتورها بسیار بزرگتر و بیشتر از قسمت بسته و محدب آنها می باشد.

چرخش توربینهای بادی بر پایه نیروی لیفت
با استفاده از نیروی لیفت انرژی بیشتری نسبت به نیروی درگ بدست می آید. ولی تنها نیاز آن سطحی ایرودینامیکی شکل می باشد شبیه چیزی که در بالهای هواپیما استفاده می شود. این مقطع ایرودینامیکی برای ایجاد اختلاف فشار بین سطح بالا و پایین و ایجاد یک نیروی خالص عمود بر جهت باد می باشد.

اجزاء اصلی توربینهای بادی محور افقی
روتور: روتور توربین باد شامل پره، هاب، دماغه و یاتاقانهای پره می باشد. روتور یک توربین بادی محور افقی بطور خلاصه متشکل از تعدادی پره می باشد که بطور شعاعی در اطراف یک شفت که موازی باد قرار می گیرد نصب شده اند و بدین ترتیب روتوری را تشکیل می دهند که عمود بر جهت باد دوران می کند.معمولا روتور توسط بک برج در ارتفاع مناسبی نسبت به زمین قرار می گیرد و البته پیش بینی های لازم برای هم جهت شدن امتداد شفت با جهات مختلف باد و همچنین برای کنترل سرعت آن صورت می گیرد و قدرت جذب شده توسط این روتور مستقیما و یا توسط یک سیستم مکانیکی به ماشینی که قرار است رانده شود منتقل می گردد. تعداد پره ها معمولا متغیر بوده و پهنای پره (کورد) ممکن است در تمام طول پره ها ثابت و یا آنکه متغیر باشد و پره از هاب به سمت نوک باریک شود.ضمنا پره ممکن است در امتداد محور طولی تاب داشته باشد یا اصطلاحا پیچیده باشد و بالاخره گام پره ممکن است ثابت و یا متغیر باشد.
پره: یکی از مهمترین بخشهای توربین بادی بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شفت اصلی توربین باد است. پره به گونه ای ساخته می شود که استحکام و استقامت بسیار بالا در برابر نیروهای دینامیکی و آیرودینامیکی داشته باشد.
برج: سازه های مشبک فولادی- برجهای استوانه ای فولادی یا بتنی و همچنین ستونهای مهار شده توسط کابل از رایج ترین برجهای نگهدارنده محسوب می شوند. ارتفاع برج معمولا بین یک تا یک ونیم برابر قطر روتور در نظر گرفته می شود. انتخاب نوع برج وابستگی به شرایط سایت دارد. همچنین سفتی برج فاکتور مهمی در دینامیک سازه توربین باد محسوب می گردد چرا که احتمال کوپل شدن ارتعاشات بین برج و روتور که منجر به خطر رزونانس می گردد وجود دارد.
ناسل: شامل پوشش خارجی مجموعه توربین، شاسی و سیستم دوران حول محور برج می باشد که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد.بعضی از ناسل ها آنقدر بزرگند که تکنسین ها می توانند داخل آن باستند.
سیستم انتقال قدرت: سیستم انتقال قدرت شامل اجزاء گردنده توربین باد است. این اجزاء عمدتاً شامل محور کم سرعت (سمت روتور)، گیربکس و محور سرعت بالا ( در سمت ژنراتور) می باشد. سایر اجزاء این سیستم شامل یاتاقانها، یک یا چند کوپلینگ، ترمز مکانیکی و اجزاء دوار ژنراتور می باشد. در این مجموعه وظیفه گیربکس افزایش سرعت نامی روتور از یک مقدار کم (در حد چند ده دور در دقیقه) به یک مقدار بالا (در حد چند صد یا چند هزار دور در دقیقه) که مناسب برای تحریک یک ژنراتور استاندارد است، می باشد. عمدتاً دو نوع گیربکس در توربین های بادی مورد استفاده قرارمی گیرد: گیربکس های با شفت های موازی و گیربکس های سیاره ای. برای توربین های سایز متوسط به بالا (بزرگتر از KW 500) مزیت وزن و سایز در گیربکس های سیاره ای نسبت به نوع دیگر یعنی گیربکس های با شفت موازی کاملاً بارزتراست. بعضی از توربین های باد از یک طرح خاص برای ژنراتور استفاده می کند (ژنراتور با تعداد قطب بالا ) که در آن نیازی به استفاده از گیربکس نمی باشد.
ژنراتور: پره های توربین بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی دورانی درسیستم انتقال تبدیل می کنند و در قدم بعدی ژنراتور، انرژی توربین را به شبکه برق منتقل می نماید. بطور معمول از سه نوع ژنراتور در توربینهای بادی استفاده می شود. – ژنراتور جریان مستقیم – آلترناتور یا ژنراتور سنکرون – ژنراتور القایی یا آسنکرون
گیربکس(جعبه دنده) : از آنجائی که محور توربین دارای دور کم و گشتاور بالا و بر عکس آن محور ژنراتور دارای دور بالا و گشتاور کم است، سیستم انتقال قدرت باید به نحوی این دو محور را به یکدیگر متصل نماید.
ترمز: در توربینهای بادی با ظرفیت بسیار پایین ( 1 الی 5 کیلووات) معمولا از سیستم های ترمز کفشکی استفاده می شود، زیرا جهت متوقف نمودن پره ها، نیروی زیادی مورد نیاز نیست. در توربینهای بادی با ظرفیت بالا، از ترمزهای دیسکی استفاده می شود.
سیستم کنترل: برای بدست آوردن حداکثر راندمان از یک توربین بادی، باید بتوان همواره صفحه دوران توربین را عمود بر جهت وزش باد قرار داد. برای این منظور از سیستم هایی برای تغیر جهت توربین بادی و قرار دادن سیستم در مسیر باد استفاده می شود. این سیستم (yaw system) یک سیستم ترکیبی الکتریکی- مکانیکی است که هدایت آن توسط واحد کنترل انجام میشود. در توربین های بادی سایز کوچک به جای چرخ انحراف (yaw system) از بالچه استفاده می کنند. همچنین سیستم هایی جهت کنترل و تنظیم سرعت دورانی در توربین بادی مورد استفاده قرار می گیرند. چنین سیستمهایی علاوه بر کنترل دور روتور، مقدار قدرت تولیدی و نیروهای وارده بر روتور در بادهای شدید را نیز محدود می کنند.
سیستم هیدرولیک: سیستم های هیدرولیک به مجموعه جک و یونیت هیدرولیکی و اتصالات جانبی آنها اطلاق می شود. جک هیدرولیکی از یک سیلندر و پیستون دو طرفه تشکیل شده است و با انتقال سیال به هر ناحیه از آن، جک به سمت مخالف حرکت می کند. یونیت هیدرولیکی از الکتروموتور، پمپ، مخزن تامین فشار اولیه، شیرهای هیدرولیکی، شیلنگهای انتقال سیال به دو ناحیه داخل سیلندر جک، مخزن روغن، روغن مخصوص و تجهیزات جنبی تشکیل شده است. پس از دریافت فرمان، پمپ مقداری روغن را از داخل مخزن به محفظه جلو یا عقب سیلندر جک پمپ می کند تا جک بتواند به مقدار مورد نیاز محور تراورس را در جهت مورد نیاز حرکت دهد. محور تراورس محوری است که از سوراخ داخل شفت اصلی عبور می کند و یک سمت آن با جک هیدرولیکی و طرف دیگر آن با مکانیزم مثلثی واقع درون هاب مرتبط است. وظیفه این محور انتقال حرکت جک هیدرولیکی و در واقع فرمان کنترلر به مکانیزم مثلثی است که باعث چرخش پره ها می گردد. مکانیزم مثلثی درون هاب باعث تبدیل حرکت انتقالی محور تراورس به حرکت چرخشی و نتیجتا چرخش پره ها به دور محورشان می گردد.

در سال های گذشته مردم بسیاری از کشورهای اروپا و آمریکا تمایل پیدا کرده اند که برق مورد نیاز خود را در خانه تولید کنند. اما در این زمینه مشکلی وجود دارد؛ امکان تولید برق به وسیله انرژی های هسته ای، زمین گرمایی، جزر و مد، برقابی و… در خانه وجود ندارد. در بین تمام روش های تولید برق از انرژی های نو، فقط سلول های خورشیدی به علت ارزان و کوچک بودن توانسته اند به خانه ها راه پیدا کنند. به همین علت پیشگامان انرژی های نو طرح های مختلفی ارائه کرده اند تا این مشکل حل شود برق در خانه است. مشکل اصلی بزرگ و پرهزینه بودن بهره گیری از توربین های بادی فعلی است. سلول های خورشیدی را براحتی می توان روی پشت بام خانه ها و بسیاری از ساختمان ها و حتی کف پیاده روها و جاده ها نصب کرد. اما تصور نصب یک توربین بادی در حیاط یا پشت بام خانه ها و بسیاری از مکان های شهری دشوار و شاید غیرممکن باشد.
توربین های بادی رایج برای بسیاری از پرندگان و جانوران پرنده، مانند خفاش ها خطر آفرین هستند. ضمن اینکه آلودگی صوتی زیادی تولید می کنند که برای محیط های شهری و مسکونی به هیچ عنوان قابل قبول نیست. همچنین به علت ابعاد بزرگ و هزینه های زیاد نصب و تعمیر و نگهداری، نمی توان آنها را در بسیاری از مکان ها نصب کرد یا تعداد زیادی از آنها را در یک منطقه مستقر کرد. مهم ترین راه حلی که برای غلبه بر این مشکل مطرح شده است "توربین بادی کوچک" نام دارد. این نوع توربین ها در مقایسه با توربین های بادی متداول، ابعاد کوچک تر و هزینه نصب و نگهداری کمتری دارند و به همین علت می توان آنها را در بسیاری از اماکن شهری و حتی خانه ها نصب کرد. اجزای متحرک کم و تولید آلودگی صوتی اندک وجه مشترک بسیاری از این نوع توربین ها است.
توربین بادی بدون پره
توربین بدون پره بلیدلس ساخت شرکت نوپای اسپانیایی ورتکس یکی از جدیدترین ایده های مطرح شده در دنیای توربین های بادی کوچک است. دانشمندان امید زیادی دارند تا هزینه تولید برق از انرژی باد را با حذف کردن پره های توربین های بادی به مقدار چشمگیری کاهش دهند. در توربین های ساخت این شرکت با بهره گیری از پدیده ای که بدنه توربین را بشدت به لرزش در می آورد برق تولید می شود. این توربین ها دارای تیرک های بلندی هستند که به طور عمودی روی سطح زمین استقرار پیدا می کنند و به گونه ای ساخته شده اند که بتوانند نوسان کنند. طراحان از پدیده ای استفاده کرده اند که باد هنگام حرکت در اطراف یک جسم همچون شلاق به آنها ضربه می زند.
معماران سازه های مرتفعی همچون برج ها و آسمانخراش ها نهایت تلاش خود را می کنند تا از بروز این پدیده و لرزش ساختمان ها جلوگیری کنند. در این توربین ها از گردابه ها نیز استفاده می شود. همچنین از آهن رباهای مخصوصی استفاده شده است تا اطمینان حاصل شود که باد با هر سرعتی در حال وزش است، توربین حداکثر لرزش خود را داشته باشد. هنگامی که تیرک توربین لرزش می کند حرکتش توسط یک ژنراتور به برق متناوب تبدیل می شود.
بنابر ادعای شرکت سازنده، تولید برق به این روش ۴۰ درصد ارزان تر از تولید برق به وسیله توربین های دارای پره است. تولید این توربین ها ارزان تر است چون به پره های گرانقیمت توربین های متداول فعلی نیازی ندارد. همچنین به علت کمتر بودن قسمت های متحرک، هزینه تعمیر و نگهداری آنها تا ۸۰ درصد ارزان تر تمام می شود. در عین حال، به علت شکل این نوع توربین، در مقایسه با توربین های کنونی تعداد بیشتری از آن در یک قسمت مشخص از زمین قابل نصب است. توربین های بدون پره به دلیل جلوگیری از آشفتگی هوا که در توربین های پره دار اتفاق می افتد، آلودگی صوتی کمتری تولید می کنند.
با وجود این توربین های جدید ۳۰ درصد کمتر از توربین های پره دار الکتریسیته تولید می کنند. شرکت ورتکس امیدوار است سال آینده یک نمونه ۱۲٫۵ متری از این توربین را با ظرفیت تولید چهار کیلووات آزمایش کند و تا سال ۲۰۱۸ میلادی (۱۳۹۷ خورشیدی) نمونه بزرگ تری را با ظرفیت تولید یک مگاوات بسازد.
فواید و مضرات انرژی بادی
تبدیل انرژی باد به سایر گونه های مفید مثل نیروی برق، نیروی باد نام دارد. انرژی بادی به گونه های مختلف توسط توربین های بادی تبدیل می گردد. با استفاده از ژنراتورهای الکتریکی انرژی باد را می توان به انرژی الکتریکی تبدیل کرد. اولین استفاده از انژی با توسط آسیاب های بادی بوده است. آسیاب بادی موتورهایی دارد که می تواند با استفاده از باد انرژی تولید کند. این انرژی در روستاها و برای مصارف کشاورزی مثل سائیدن، پمپ زدن، چکش زدن و احتیاجات مختلف در مزارع مورد استفاده قرار می گیرد. حتی امروزه، انرژی باد در زمین های بزرگ مخصوص این کار، مورد استفاده واقع می شود تا انرژی لکتریکی را برای نواحی روستایی و سایر مکان های دور از دسترس فراهم کند. انرژی باد بیشتر بطور ممتد در مناطقی مثل دانمارک، آلمان، اسپانیا، هند و برخی نواحی از ایلت متحده امریکا مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از بزرگترین گونه های انرژی سبز است که امروزه در جهان استفاده می شود. انرژی باد در مناطقی بیشتر مورد استفاده است که سرعت باد 10 متر بر ساعت باشد.
یکی از بزرگترین فواید انرژی باد این است که به مقدار انبوه وجود دارد. همچنین این نیرو قابل تجدید است. یکی از امتیازات دیگر آن، این است که در بسیاری موارد قابل انتشار و ارزان است و همچنین باعث کاهش تشعشعات گازهای سمی است. همچنین روشهای سنتی تولید انرژی از آن جهت که مدام ارزان و ارزانتر می شود، بسیار سود ده هستند. انرژی باد به زودی یکی از ارزانترین راهها برای تولید انرژی در ابعاد بزرگ تبدیل خواهد شد. از دهه هشتاد به بعد هزینه تولید انرژی بادی تقریبا 80% کاهش یافته است. علیرغم اقتصادی بودن آن گفته می شود که اثرات گازهای گلخانه ای را کاهش می دهد. انرژی باد هیچ آلودگی تولید نمی کند همچنین یکی از گونه های بی نهایت پایدار انرژی است. باد وجود خواهد داشت تا زمانی که خورشید وجود دارد که آن هم نزدیک به 4 بیلیون سال است.

بصرت تئوریکی اگر کلیه نیروی باد در دسترس انسان قرار بگیرد میزان آن تقریبا 4 برابر میزان کل انرژی است که هم اکنون در جهان در دسترس است و هیچ کشوری وابسته به آن نیست. در زمانی که قیمت نفت و بنزین رو به افزایش است، انرژی باد می تواند جواب مناسبی باشد.

مضرات
با این وجود، مضراتی نیز در مورد این انرژی وجود دارد که ممکن است از محبوبیت آن بکاهد. با وجود اینکه هزینه ی تولید این انرژی بسیار پایین است، حتی امروز هم توربین های متعددی باید ساخته شود تا بتواند مقدار مناسبی از انرژی بادی را تولید کند. با وجود اینکه نیروی باد، آلودگی تولید نمی کند اما توربین های آن صدای زیادی تولید می کنند، که در حقیقت منجر به آلودگی صوتی می شود.

باد هیچ وقت قابل پیش بینی نیست. تا زمانی که انرژی باد نیاز به دانش آب و هواشناسی و شرایط باد در طولانی مدت است حتی پیشرفته ترین ماشین ها نیز نمی توانند پیش بینی محصول را انجام دهند. (میزان باد تولیدی). اما در جاهایی که انرژی باد بیش از حد مورد نیاز باشد این امر قدری نا ممکن است چرا که نمی توان به طور قطع روی آن حساب کرد.

بسیاری از زمین های مستعد برای این کار، یعنی جایی که انرژی باد می تواند در ابعاد وسیع تولید شود، بسیار دور تر از مکان هایی است که امکان بیشترین تولید باد وجود دارد. لذا ممکن است قضیه اقتصادی بودن آن با ساخت ایستگاههای فرعی و خطوط انتقال دچار تردید شود.

نیروی باد غیر قابل ارسال است لذا همین مسئله باعث می شود در نام بردن آن به عنوان ابتدایی ترین تهیه کننده انرژی شک و تردید ایجاد شود. انرژی باد بستگی به نحوه وزش باد در مناطق بادگیر دارد پس یکی از منابع ناپایدار است و تولید باد به فاکتورهای متعددی نظیر سرعت باد و رفتار توربین ها دارد. برخی منتقدان بر این باورند که انرژی باد در مواردی که تقاضا بالاست، پیشنهاد مناسبی نیست.
باد هوای در حال حرکت است. باد به وسیله ی جذب گرمای نیم یکنواخت سطح کره ی زمین که حاصل عملکرد خورشید است به وجود می آید.
از آنجاییکه سطح زمین از سازنده های خشکی و آبی متنوع تشکیل شده اند، اشعه ی خورشید را به طور یکنواخت جذب می کنند. وقتی خورشید در طول روز می تابد، هوای روی سرزمین های خشکی سریعتر از هوای روی سرزمین های آبی گرم می شود.
هوای گرم روی خشکی سبک شده و بالا می رود و هوای خنک تر و سنگین تر روی آب جای آن را می گیرد که این فرآیند بادهای محلی را می سازد.
در شب از آنجا که هوای روی خشکی سریعتر از هوای روی آب خنک می شود، جهت باد برعکس می شود. از آنجا که باد تا زمانی که خورشید به زمین می تابد، به طور پیوسته تولید خواهد شد، آن را منبع انرژی تجدید شونده می نامند.
امروزه انرژی باد عمدتا" برای تولید برق به کار برده می شود. در طول تاریخ، انسان ها باد را به شیوه های مختلف به کار برده اند. بیش از پنج هزار سال پیش مصریان باستان از نیروی باد برای راندن کشتی های خود روی رود نیل استفاده کردند. بعد از آن انسان، آسیاب بادی را برای آسیاب کردن غلات ساخت. آسیاب های بادی چون سرعت باد را کم می کنند، می توانند کار کنند. باد روی تیغه های ورقه مانند نازکی جریان یافته و آنها را بلند می کند و باعث چرخش آنها می شود (مانند تاثیر باد روی بال های هواپیما) تیغه ها به میله ی هدایت متصل است و آن فیزیک مولد برق را چرخانده و الکتریسیته تولید می کند.
بهترین محل برای نصب یا ساخت دستگاه بادی محلی است که سرعت باد حدود 23 کیلومتر بر ساعت باشد. ماشین های بادی 30 تا 40 درصد انرژی متحرک باد را به برق تبدیل می کند، در حالی که یک دستگاه مولد زغال سوز، حدود 30 تا 35 درصد انرژی شیمیایی زغال را به الکتریسیته قابل استفاده تبدیل می کند.
بر اساس اهداف وزارت نیرو در ورود به حوزه فناوری توربینهای بادی بعنوان یکی از منابع تامین انرژی و توسعه بومی فناوری توربینهای بادی و بدنبال انجام پروژه مطالعات مقدماتی و طراحی مفهومی طراحی و ساخت توربین بادی ملی، پروژه ملی طراحی و ساخت توربین بادی مگاواتی ملی در سال 1387 آغاز گردید. سازمان مادرتخصصی توانیر کارفرمای پروژه می باشد.
در نخستین فاز تحت عنوان برنامه ریزی و سازماندهی و بر اساس نتایج مطالعات فاز صفر، جذب تیم متخصص، برنامه ریزی جهت همکاری با مشاورین خارجی، بازرسان بین المللی و ملزومات دیگر صورت گرفت.
در فاز بعدی که طراحی مفهومی توربین می باشد، مشخصات کلی توربین و اجزاء اصلی تعیین و ساختار انتقال قدرت نهایی گردید. همچنین در این فاز اطلاعات توربینهای بادی مگاواتی تجاری سراسر جهان مطالعه گردیده است. مطالعات نهایی سازی تعیین کلاس توربین ملی بر اساس داده های باد کل کشور بود که منجر به تعیین محل سایتهای برتر و نیز کلاس هر سایت گردید.
در خصوص انتقال و مدیریت تکنولوژی, مشاورین دارای توانمندی همکاری مورد مذاکرات متعدد قرار گرفته و از آنها پیشنهادهای فنی و مالی دریافت گردید.
در طراحی مفهومی، یک مدل اولیه هندسی از توربین و مشخصات تقریبی آن تهیه گردید و بر مبنای آن، مدلهای دینامیکی ساخته شد و مورد مطالعه قرار گرفت.
در فاز طراحی مقدماتی، توربین به چند بخش بر اساس گوناگونی عملکردی و ساختاری تقسیم بندی شد و با تخصیص نیروی متخصص متناسب با هر بخش، طراحی مقدماتی توربین آغاز گردید. تیم های متشکل با انجام فرایندهای متعدد طراحی، موفق به دست یابی به دانش طراحی اجزاء و کل سیستم توربین بادی گردیدند. همچنین مدل هندسی توربین شامل سطح 2 جزئیات اجزاء تهیه و رونمایی گردید. ابعاد و مشخصات فنی بیشتر اجزا برای انجام فرایند تامین، معین شد. استانداردهای طراحی، ساخت و تست هریک از بر اساس استاندرادهای بین المللی و الزامات ملی یا درون سازمانی تعیین و تصویب گردید. سازندگان یا تامین کنندگان اجزاء شناسایی گردید. توان فنی کشور در ساخت اجزاء مورد ارزیابی قرار گرفت و نقشه ورود به طراحی تفصیلی توربین مشخص گردید.
در ادامه انجام مراحل پروژه، فاز طراحی تفضیلی آغاز گردیده و از اواسط سال 1391، فاز اجرایی ساخت توربین با تامین، تدارک و ساخت اجزا آن آغاز خواهد گردید. همچنین طبق برنامه پیش بینی شده، توربین بادی مگاواتی ملی گواهی صحت طراحی و عملکرد را از معتبرترین موسسات بین المللی در این صنعت اخذ خواهد نمود. بدین ترتیب نه تنها توربین بادی مگاواتی ملی، قابلیت بهره برداری در بازار داخلی را خواهد داشت بلکه می توان بخشی از بازارهای فرامرزی را نیز مورد هدف قرار داد. در طراحی این توربین توانمندیهای صنعتی کشور و آخرین دست آوردهای جهانی صنعت توربین همزمان لحاظ خواهد گردید و توربین بادی مگاواتی ملی با توجه به شرایط اقلیمی سیاست های بادی کشور، بهترین عملکرد را خواهد داشت.

مکانیزم پیدایش باد و انواع کاربردهای انرژی بادی
تشعشعات دریافتی خورشید توسط زمین، موجب گرم شدن هوای اتمسفر شده و به همین دلیل هوا به سمت بالا حرکت می کند. شدت این گرمایش در استوا؛ جایی که خورشید عمود می تابد؛ بیشتر از هوای اطراف قطبین؛ جایی که زاویه تابش خورشید تند می باشد؛ خواهد بود و هوای اطراف قطبین نسبت به هوای استوا کمتر گرم می گردد .دانسیته هوا با افزایش دما کاهش پیدا کرده و بنابراین هوای سبکتر استوا به سمت بالا حرکت کرده و در اطراف پخش می گردد. این عمل موجب افت فشار در این ناحیه گردیده و موجب می گردد هوای سرد از قطبین به سمت استوا جذب گردند.

همچنین وقتی خورشید در طول روز می تابد، هوای روی سرزمین های خشک سریعتر از هوای روی دریا ها و آب ها گرم می شود. هوای گرم روی خشکی بالا رفته و هوای خنک تر و سنگین تر روی آب جای آنرا می گیرد که این فرآیند بادهای محلی را می سازد این به آن معناست که روز از سمت دریا به سمت ساحل باد می وزد. در شب، از آنجا که هوا روی خشکی سریعتر از هوای روی آب خنک می شود، جهت باد برعکس می شود. بنابراین باد به علت گرادیان فشار به وجود آمده از تابش غیر یکنواخت خورشید به سطح زمین به وجود می آید.

امروزه از انرژی بادی جهت تولید الکتریسیته، پمپاژ آب از چاهها و رودخانه ها، آرد کردن غلات، کوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینها می توان استفاده نمود. استفاده رایج از انرژی بادی در توربین های بادی و به منظور تولید الکتریسته بکار گرفته می شوند.
کاربردهای توربین بادی
کاربردهای منفصل از شبکه
o شارژ باتری
o تولید توان در نواحی دور افتاده
o تامین انرژی مورد نیاز پایگاههای موقتی
o تامین برق موردنیاز برای قایقهای تفریحی

کاربردهای متصل به شبکه
o توربین های بادی منفرد
o مزارع بادی
آغاز استفاده از انرژی باد(1000 سال قبل از میلاد مسیح تا 1300 سال بعد از میلاد مسیح)
تاریخچه انرژی بادی یک سیر تکاملی را به استفاده از قطعات سبک و ساده برای به حرکت درآوردن پره ها بوسیله نیروی درگ، به جای قطعات سنگین پیش گرفته است تا استفاده از قطعات سبک و مواد ایرودینامیکی پر بازده در دوران مدرن امروزی رواج پیدا کند.اما نباید اینگونه پنداشت که نیروی لیفت(نیرویی که باعث پرواز هواپیما می گردد) یک مفهوم جدید می باشد و برای باستانیان ناشناخته بوده است. اولین استفاده شناخته شده از انرژی باد مربوط به کاربرد در قایقهای بادی است و این تکنولوژی نقش بسیار مهمی در توسعه آسیابهای بادی دارد. ملوانان باستانی نیروی لیفت را می شناختند و روزانه از آن استفاده می کردند ولو اینکه هیچ توضیحی علمی برای آن نداشتند.اولین آسیابهای بادی برای آسیاب کردن غلات و پمپاژ آب به کار گرفته شده بودند و قدیمیترین مدل طراحی شده آن از نوع محور عمودی بوده که در طی سالهای 900-500 میلادی در ایران توسعه یافته است. ظاهرا اولین استفاده از این آسیابها برای پمپاژ آب بوده است ولی نحوه دقیق کار آن معلوم نیست زیرا هیچ گونه طراحی و یا نقاشی از این آسیابها موجود نیست.نخستین مستندات مربوط به طراحی این آسیابهای بادی نیز مربوط به ایرانیان می باشد. که پره های آن یا اصطلاحا بادبانهای آنها از جنس چوب و یا نی بوده که با تیرهای افقی به یک محور عمودی متصل می شدند مطابق شکل زیر: آسیاب نمودن غلات اولین استفاده مستند شده و بسیار ساده آسیابهای بادی می باشد. به طوری که سنگ آسیاب به همان محور عمودی متصل می شده است. کلیه قسمتهای آسیاب بادی معمولا در داخل یک ساختمان محصور می شده اند و ورودی ساختمان در جهت وزش باد فضای بازی داشته تا باد بتواند به سمت داخل هدایت شود.آسیابهای بادی محور عمودی در چین هم مورد استفاده قرار می گرفتند و چینیان ادعای تخصیص این نوع آسیابها را به زادگاه خود دارند. این در حالی است که به طور دقیق می توان گفت اولین مستندات آنها مربوط به سال 1219 میلادی می باشد که توسط یک سیاستمدار چینی با نام Yehlu Chhu-Tshai اختراع شده است. در این کشور هم اولین کاربردهای آسیاب بادی برای آرد نمودن غلات و پمپاژ آب بوده است. یکی از خوش منظره ترین و موفق ترین کاربردهای انرژی بادی که در حال حاضر هم موجود می باشد، استفاده گسترده برای پمپاژ آب در جزیره کرت می باشد. به معنای واقعی کلمه صدها آسیاب بادی برای پمپاژ آب برای محصولات کشاورزی و استفاده دام فعال هستند.
آسیابهای بادی در غرب جهان(1875-1300 بعد از میلاد مسیح)
اولین آسیابهای بادی در غرب اروپا از نوع محور افقی بوده اند. دلیل تکامل طراحی آسیابهای بادی محور عمودی ایرانیان به محور افقی در دست نیست. اما این واقعیت هم وجود دارد که چرخآب اروپائیان پیکربندی با محور افقی داشته است و ظاهرا آنها این تکنولوژی را برای آسیابهای بادی اولیه خود نیز به خدمت گرفته اند. و یکی دیگر از دلایل شاید این باشد که راندمان نیروی درگ در سیستمهای با محور افقی بسیار بالاتر از سیستمهای با محور عمودی است. برجهای آسیابهای بادی در قرن 13 طراحی جدیدی به خود گرفت. آسیابهای بادی بر بالای برجهای بزرگ سنگی که به صورت کلاهکی دوار بوده نصب می شدند بادنما نیز در پشت پره ها نصب می گردید. در اوایل سال 1390 میلادی هلندی ها برج های جدیدی را طراحی کردند که پیش از آن در سواحل دریا مدیترانه روئیت شده بودند. برجی که هلندی ها ساختند از چند طبقه مختلف تشکیل شده بود که شامل طبقاتی از جمله طبقه ذخیره غلات، طبقه مخصوص از بین بردن کاه، طبقه سنگ آسیاب و طبقه پائین که محلی برای زندگی آسیاببان بوده است. این آسیابهای بادی طوری طراحی شده بودند که می بایست به صورت دستی و با فشاردادن اهرمی که در پشت پره های آنها بوده به سمت باد می چرخیدند.
برای صدها سال مهمترین کاربرد آسیابهای بادی برای پمپاژ آب بوده است که برای این کار از سیستمهای کوچک با روتورهایی به طول یک تا چند متر استفاده می کردند. این سیستمها در طول قرن 19 تکمیل شدند و کار خود را با آسیاب بادی Halladay در سال 1854 آغاز کردند و به کار خود با طرحهای موتور بادی و Dempster که هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرند، ادامه دادند. اولین آسیابها 4 پره چوبی داشتند که بیشتر آنها اهرمی در پشت خود داشتند تا پره ها را به سمت جهت باد بچرخانند ولی برخی از آنها برجهایشان را در مسیر باد برپا می کردند. مهمترین رویداد در آسیابهای بادی استفاده از پره های فولادی در سال 1870 در آمریکا بوده است، چراکه پره های فولادی سبکتر و به شکل کارآمدتری ساخته می شدند. بین سالهای 1850 تا 1970 در حدود 6 میلیون سیستم بادی کوچک (در حدود 1 اسب بخار و یا کمتر) تنها در آمریکا نصب گردید. استفاده اولیه آنها برای پمپاژ آب برای تهیه آب مورد نیاز آبیاری مزارع و خانه ها بوده است.

آسیابهای بادی از سال 1888 تا کنون در اواخر قرن 19 میلادی اولین آسیاب بادی برای تولید برق طراحی گردید. این آسیاب بادی در سال 1888 میلادی در کلیولند اوهایو توسط Charles F. Brush ساخته شد. روتورهای این آسیاب بادی به قطر 17 متر بوده که یک اهرم جانبی برای چرخاندن آن به سمت باد داشته است. و اولین آسیاب بادی بوده که گیربکسی با نسبت 50:1 و ژنراتور جریان مستقیم با RPM 500 داشته است. با وجود موفقیت نسبی این آسیاب بادی در مدت 20 سال ولی محدودیتهایی در سرعت کم و استحکام بالای روتور برای تولید برق وجود داشت. میزان برق تولیدی این آسیاب بادی 12 کیلوواتی با روتور 17 متری در مقابل توربینهای بادی مدرن با این قطر روتور و ظرفیت 70 تا 100 کیلوواتی بسیار ناچیز می باشد. از این زمان بود که نام توربینهای بادی جایگزین آسیاب های بادی شدند.
در سال 1891 میلادی فردی دانمارکی اولین سیستم بادی با پره های آیرودینامیکی را طراحی نمود و در بهترین برج آسیاب بادی به کار گرفت. سرعت بالاتر حرکت پره ها باعث تولید برق بیشتری گردید. با پایان جنگ جهانی دوم استفاده از سیستمهای بادی 25 کیلوواتی در سرتاسر دانمارک رواج پیدا کرد ولی قیمت ارزان تر سوختهای فسیلی در نیروگاههای بخاری باعث شد تا استفاده از این آسیابهای بادی از رونق بیفتد. اولین توربینهای بادی کوچک برای تولید برق جریان مستقیم مورد استفاده قرار می گرفتند. این توربینها توسط دو شرکت Parris-Dunn و Jacobs Wind-electric برای استفاده در مناطق روستایی ساخته می شدند. کاربرد اولیه این سیستمها برای روشنائی مزارع و شارژ باتری ها برای استفاده در رادیو به کار می رفته است. در سال 1922 توربینهای محور عمودی savonius توسط مهندس فنلاندی اختراع گردید. این توربینها با نیروی درگ کار می کردند و راندمانهای آنها پایین بوده است. در سال 1927 میلادی توربینهای محور عمودی Darrieus طراحی گردید. در این توربینها از نیروی لیفت به جای درگ استفاده می گردید و دو یا سه پره آیرودینامیکی به محور مرکزی متصل می شده است. راندمان این توربینها نیز پایین است چرا که نیاز به سرعت بالای باد برای شروع به چرخش دارد. توربینهای بادی با ظرفیت بیشتر برای اولین بار در سال 1931 در روسیه توسعه یافتند. به طوری که توربینی 100 کیلوواتی در سواحل دریای خزر در طول 2 سال در حدود 200 هزار کیلووات ساعت برق تولید نمود. پس از آن نیروگاههای بادی در آمریکا، دانمارک، فرانسه، آلمان و انگلستان در طول سالهای 1935 تا 1970 با توربینهای بادی در مقیاس بزرگ راه اندازی شدند. در سال 1931 توربینهای بادی Darrieus معروف به egg beate توسط مهندسی فرانسوی اختراع گردید. بزرگترین توربین بادی به ظرفیت 1.25 مگاوات در سال 1941 در ورمونت نصب گردید. این توربین از نوع محور افقی و با 2 پره با قطر 175 فوت رو به باد ساخته شده بود. روتور آن از جنس فولاد ضد زنگ و به وزن 16 تن بوده و سیستم کنترل آن روی 28 دور در دقیقه تنظیم شده بود. در سال 1945 تنها بعد از چند صد ساعت کار مداوم یکی از پره ها شکست و علت آن فقط به خاطر فرسودگی و خوردگی فلز آن بوده است.
و اما توربینهای مدرن امروزی بیشتر از نوع محور افقی و با سه پره می باشند. پره های این توربینها بسیار شبیه به بال هواپیما طراحی گردیده و از نیروی لیفت استفاده میکنند. میزان برق تولیدی آنها به ظرفیت توربین و محل قرار گیری آن مربوط می باشد. اکثر توربینهای تجاری بین 1 تا 2.5 مگاوات می باشند. با توجه به شرایط وزش باد و میزان برق مصرفی خانوارها توربینهای 1 مگاواتی برق مورد نیاز تقریبا 500 خانه را تامین می کنند.
جمهوری اسلامی ایران در بخش غربی فلات و در جنوب غرب آسیا واقع شده است. ایران با مساحت 1648195 کیلومتر مربع بین طول جغرافیایی شرقی 44 تا 99/63 درجه و عرض شمالی 25 تا 99/39 درجه قرار گرفته و بیش از نیمی از مساحت آن را نواحی کوهستانی پوشانده است.
این کشور با تنوع آب و هوایی زیادی روبروست. نواحی شمالی ایران دارای آب و هوای معتدل و بارندگی قابل ملاحظه به ویژه در نواحی غربی استان گیلان است. آب و هوای نواحی غربی ایران در فصول سرد، سرد و مرطوب و در فصول گرم، خشک و معتدل است. در نواحی جنوبی، دمای هوا و رطوبت بیشتر است، تابستانهای بسیار گرم و زمستانهای معتدل از مشخصات آب و هوایی این ناحیه است و تغییرات روزانه دما کمتر محسوس می باشد. نواحی شرقی و جنوب شرقی دارای آب و هوای بیابانی با تغییرات قابل ملاحظه دما در طول روز است. برای اینکه بتوان از منابع باد موجود جهت تولید برق استفاده نمود، وجود اطلاعات باد قابل اعتماد در خصوص پتانسیل باد منطقه مورد نظر جهت احداث نیروگاه بادی ضروری است.
در ایران با توجه به وجود مناطق بادخیز، بستر مناسبی جهت گسترش بهره برداری از توربین های بادی فراهم می باشد. یکی از مهمترین پروژه های انجام شده در زمینه انرژی بادی تهیه اطلس بادی کشور بوده است که پروژه مذکور در سازمان انرژیهای نو ایران صورت گرفته و به عنوان یکی از پروژه های ملی در صنعت انرژی باد محسوب می گردد.
طبق اطلس بادی تهیه شده و بر اساس اطلاعات دریافتی از 60 ایستگاه و در مناطق مختلف کشور، میزان ظرفیت اسمی سایتها در حدود 60000 مگاوات می باشد. بر پایه پیش بینی های صورت گرفته، میزان انرژی قابل استحصال بادی کشور از لحاظ اقتصادی بالغ بر 18000 مگاوات تخمین زده می شود که موید پتانسیل قابل توجه کشور در زمینه احداث نیروگاههای بادی و همچنین اقتصادی بودن سرمایه گذاری در صنعت انرژی بادی می باشد.
در انجام پروژه پتانسیل سنجی بادی در ایران شرکت لامایر آلمان نیز به عنوان مشاور همکاری داشته است و و بر اساس مطالعات شرکت مذکور پتانسیل بادی قابل استحصال در کشور در حدود 100 هزار مگاوات برآورد گردیده است.
مساله دیگر اینکه، اشتغالزایی و تحول اجتماعی در مناطق محروم از مباحث مورد توجه برای توسعه انرژی های نو در کشور است. از آنجا که غالبا نقاط بادخیز ایران در مناطقی واقعند که از نظر توسعه اجتماعی محروم به شمار می روند بنابراین توسعه نیروگاه های بادی مستقیما در شرایط اجتماعی این مناطق تحول ایجاد خواهد کرد. آمارها نشان می دهد تنها در سال 2010 میلادی 630 هزار شغل در حوزه باد به ازای 39 گیگاوات ظرفیت نصب شده جدید بادی، در کشورهای پیشرو و در حال توسعه ایجاد شده است. نکته مهم دیگر اینکه، باتوجه به مشکلات بهره برداری و حفظ پایداری شبکه های گسترده، به وسیله تولید پراکنده برق از میزان اتکا به شبکه های طولانی کاسته شده و این یکی از راهکارهای صورت گرفته در صنعت برق است. این کار نه تنها به لحاظ اقتصادی هزینه بر نیست بلکه به واسطه تقلیل تلفات شبکه انتقال و توزیع و همچنین کاهش نیاز به ظرفیت ذخیره شده تولید وافزایش پایداری در شبکه، هزینه تمام شده برق به صورت قابل ملاحظه ای کاهش خواهد داد. بهترین نوع تولید پراکنده، نیروگاه های بادی، آبی کوچک، زیست توده، زمین گرمایی و خورشیدی است که نه تنها به لحاظ مکان تولید برق بلکه به لحاظ منابع اولیه هم پراکنده اند و نیازمند استفاده از شبکه گاز و یا شبکه های انتقال نفت نیستند. این فعالیت به عنوان یکی از مهمترین تدابیر پدافند غیر عامل محسوب می شود. تحقق هدف مذکور بدین معناست که کشور از امکاناتی برخوردار خواهد شد که در صورت بروز حوادث و سوانح مختلف می تواند ضروری ترین نیازهای برق بخش های مختلف را صرفا با اتکا به منابع و امکانات محلی تامین کند.
بازار نیروگاه های بادی در ایران رو به شکوفایی است و ورود به این بازار می تواند آینده خوبی را در دراز مدت برای سرمایه گذاران تضمین کند. بنابراین اگر به ایران به صورت پایگاهی برای تولید تجهیزات و تامین نیروی انسانی متخصص نگریسته شود بازارهای کشورهای منطقه می توانند مورد توجه قرار گیرند.
انواع توربینهای بادی
اگرچه طراحی های مختلفی برای توربین بادی موجود می باشد ولی به طور عمده به دو دسته کلی بر اساس جهت محور چرخش تقسیم بندی می شوند:
محور افقی: (Horizontal Axis Wind Turbines(HAWTS که نوع رایج آن می باشد.
محور عمودی: (Vertical Axis Wind Turbines(VAWTS

جریان هوا بر روی هر سطحی دو نوع نیروی ایرودینامیکی با نام های درگ و لیفت به وجود می آورد که نیروی درگ در جهت جریان باد است و نیروی لیفت عمود بر جریان باد می باشد. یکی از این نیروها یا هر دو می توانند نیروی مورد نیاز برای چرخش پره های توربینهای بادی را تامین نمایند.
توربینهای محور افقی
ویژگی روتورهای توربینهای محور افقی جدید بسیار شبیه ملخ هواپیما می باشد. جریان هوا روی مقطع ایرودینامیکی شکل پره هاحرکت می کند و نیروی لیفت را به وجود آورده که باعث چرخش روتور می گردد. ناسل توربینهای محور افقی محلی برای گیربکس و ژنراتور می باشد. مساحتی که هر کدام از پره ها جاروب می کنند از این فرمول بدست می آید:

که در آن D قطر روتور می باشد. این مساحت جاروب شده باید مستقیما روبروی وزش باد باشد تا ماکزیمم برق تولیدی را داشته باشیم. پس توربینهای محور افقی باید سیستمی برای تنظیم در مقابل باد قرار گرفتن داشته باشند که به آن مکانیزم yawing می گویند. به طوری که کل ناسل می تواند به سمت باد بچرخد. در توربینهای کوچک دنباله بادنما این کنترل را بر عهده دارد. ولی در سیستمهای متصل به شبکه سیستم کنترل یاو فعال می باشد که به وسیله سنسورهای تعیین کننده جهت باد و موتورها، ناسل به سمت باد می چرخد.

توربینهای محور عمودی
این توربینها به دو نوع اصلی تقسیم بندی می شوند: Savnoius و Darrieus.
Savnoius مانند یک چرخ آب با نیروی درگ کار می کند در حالی که Darrieus از تیغه هایی مشابه توربینهای محور افقی استفاده می کند. توربینهای محور عمودی بسیار نزدیک به زمین قرار می گیرند که از مزیتهای آن قرار دادن تجهیزات سنگین آن از جمله گیربکس و ژنراتور نزدیک به سطح زمین می باشد، هرچند که شدت باد در سطح زمین کمتر است و در نتیجه برق کمتری تولید خواهد نمود. از دیگر مزایای این نوع توربینها می توان به نیاز نداشتن سیستم یاو اشاره کرد چراکه این نوع توربینها، باد را از هر جهت مهار می کنند و این مزیت برتری بسیاری نسبت به کمبودهای آن دارد. از کمبودهای آن می توان به این مورد اشاره نمود که این نوع توربینها به طور خودکار مانند توربینهای محور افقی شروع به کار نمی کنند.

توربین کلاسیک Darrieus از نوع تخم مرغی شکل

توربین 5 پره ای از نوع H-type از انواع توربینهای Darrieus

انواع روتورهای Darrieus
توربین از نوع Savnoius
این نوع توربین در سال 1922 میلادی توسط مهندسی فنلاندی اختراع گردید و در سال 1929 این اختراع به ثبت رسید. این توربین از حداقل 2 نیم استوانه تشکیل شده است.

چرخش توربینهای بادی برپایه نیروی درگ
توربینهای بادی برپایه نیروی درگ مانند یک بادبان باز عمل می کنند و نیروی باد سطح مورد نظر را جلو می برد. اولین توربینهای بادی که در ایران باستان مورد استفاده قرار می گرفت با این رویکرد کار می کردند. روتور Savonius یک نمونه بسیار ساده از آسیابهای بادی بر پایه نیروی درگ می باشد. این توربینها به چرخش در می آیند چراکه نیروی درگ در ناحیه باز و مقعر این روتورها بسیار بزرگتر و بیشتر از قسمت بسته و محدب آنها می باشد.

چرخش توربینهای بادی بر پایه نیروی لیفت
با استفاده از نیروی لیفت انرژی بیشتری نسبت به نیروی درگ بدست می آید. ولی تنها نیاز آن سطحی ایرودینامیکی شکل می باشد شبیه چیزی که در بالهای هواپیما استفاده می شود. این مقطع ایرودینامیکی برای ایجاد اختلاف فشار بین سطح بالا و پایین و ایجاد یک نیروی خالص عمود بر جهت باد می باشد.

اجزاء اصلی توربینهای بادی محور افقی
روتور: روتور توربین باد شامل پره، هاب، دماغه و یاتاقانهای پره می باشد. روتور یک توربین بادی محور افقی بطور خلاصه متشکل از تعدادی پره می باشد که بطور شعاعی در اطراف یک شفت که موازی باد قرار می گیرد نصب شده اند و بدین ترتیب روتوری را تشکیل می دهند که عمود بر جهت باد دوران می کند.معمولا روتور توسط بک برج در ارتفاع مناسبی نسبت به زمین قرار می گیرد و البته پیش بینی های لازم برای هم جهت شدن امتداد شفت با جهات مختلف باد و همچنین برای کنترل سرعت آن صورت می گیرد و قدرت جذب شده توسط این روتور مستقیما و یا توسط یک سیستم مکانیکی به ماشینی که قرار است رانده شود منتقل می گردد. تعداد پره ها معمولا متغیر بوده و پهنای پره (کورد) ممکن است در تمام طول پره ها ثابت و یا آنکه متغیر باشد و پره از هاب به سمت نوک باریک شود.ضمنا پره ممکن است در امتداد محور طولی تاب داشته باشد یا اصطلاحا پیچیده باشد و بالاخره گام پره ممکن است ثابت و یا متغیر باشد.
پره: یکی از مهمترین بخشهای توربین بادی بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شفت اصلی توربین باد است. پره به گونه ای ساخته می شود که استحکام و استقامت بسیار بالا در برابر نیروهای دینامیکی و آیرودینامیکی داشته باشد.
برج: سازه های مشبک فولادی- برجهای استوانه ای فولادی یا بتنی و همچنین ستونهای مهار شده توسط کابل از رایج ترین برجهای نگهدارنده محسوب می شوند. ارتفاع برج معمولا بین یک تا یک ونیم برابر قطر روتور در نظر گرفته می شود. انتخاب نوع برج وابستگی به شرایط سایت دارد. همچنین سفتی برج فاکتور مهمی در دینامیک سازه توربین باد محسوب می گردد چرا که احتمال کوپل شدن ارتعاشات بین برج و روتور که منجر به خطر رزونانس می گردد وجود دارد.
ناسل: شامل پوشش خارجی مجموعه توربین، شاسی و سیستم دوران حول محور برج می باشد که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد.بعضی از ناسل ها آنقدر بزرگند که تکنسین ها می توانند داخل آن باستند.
سیستم انتقال قدرت: سیستم انتقال قدرت شامل اجزاء گردنده توربین باد است. این اجزاء عمدتاً شامل محور کم سرعت (سمت روتور)، گیربکس و محور سرعت بالا ( در سمت ژنراتور) می باشد. سایر اجزاء این سیستم شامل یاتاقانها، یک یا چند کوپلینگ، ترمز مکانیکی و اجزاء دوار ژنراتور می باشد. در این مجموعه وظیفه گیربکس افزایش سرعت نامی روتور از یک مقدار کم (در حد چند ده دور در دقیقه) به یک مقدار بالا (در حد چند صد یا چند هزار دور در دقیقه) که مناسب برای تحریک یک ژنراتور استاندارد است، می باشد. عمدتاً دو نوع گیربکس در توربین های بادی مورد استفاده قرارمی گیرد: گیربکس های با شفت های موازی و گیربکس های سیاره ای. برای توربین های سایز متوسط به بالا (بزرگتر از KW 500) مزیت وزن و سایز در گیربکس های سیاره ای نسبت به نوع دیگر یعنی گیربکس های با شفت موازی کاملاً بارزتراست. بعضی از توربین های باد از یک طرح خاص برای ژنراتور استفاده می کند (ژنراتور با تعداد قطب بالا ) که در آن نیازی به استفاده از گیربکس نمی باشد.
ژنراتور: پره های توربین بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی دورانی درسیستم انتقال تبدیل می کنند و در قدم بعدی ژنراتور، انرژی توربین را به شبکه برق منتقل می نماید. بطور معمول از سه نوع ژنراتور در توربینهای بادی استفاده می شود. – ژنراتور جریان مستقیم – آلترناتور یا ژنراتور سنکرون – ژنراتور القایی یا آسنکرون
گیربکس(جعبه دنده) : از آنجائی که محور توربین دارای دور کم و گشتاور بالا و بر عکس آن محور ژنراتور دارای دور بالا و گشتاور کم است، سیستم انتقال قدرت باید به نحوی این دو محور را به یکدیگر متصل نماید.
ترمز: در توربینهای بادی با ظرفیت بسیار پایین ( 1 الی 5 کیلووات) معمولا از سیستم های ترمز کفشکی استفاده می شود، زیرا جهت متوقف نمودن پره ها، نیروی زیادی مورد نیاز نیست. در توربینهای بادی با ظرفیت بالا، از ترمزهای دیسکی استفاده می شود.
سیستم کنترل: برای بدست آوردن حداکثر راندمان از یک توربین بادی، باید بتوان همواره صفحه دوران توربین را عمود بر جهت وزش باد قرار داد. برای این منظور از سیستم هایی برای تغیر جهت توربین بادی و قرار دادن سیستم در مسیر باد استفاده می شود. این سیستم (yaw system) یک سیستم ترکیبی الکتریکی- مکانیکی است که هدایت آن توسط واحد کنترل انجام میشود. در توربین های بادی سایز کوچک به جای چرخ انحراف (yaw system) از بالچه استفاده می کنند. همچنین سیستم هایی جهت کنترل و تنظیم سرعت دورانی در توربین بادی مورد استفاده قرار می گیرند. چنین سیستمهایی علاوه بر کنترل دور روتور، مقدار قدرت تولیدی و نیروهای وارده بر روتور در بادهای شدید را نیز محدود می کنند.
سیستم هیدرولیک: سیستم های هیدرولیک به مجموعه جک و یونیت هیدرولیکی و اتصالات جانبی آنها اطلاق می شود. جک هیدرولیکی از یک سیلندر و پیستون دو طرفه تشکیل شده است و با انتقال سیال به هر ناحیه از آن، جک به سمت مخالف حرکت می کند. یونیت هیدرولیکی از الکتروموتور، پمپ، مخزن تامین فشار اولیه، شیرهای هیدرولیکی، شیلنگهای انتقال سیال به دو ناحیه داخل سیلندر جک، مخزن روغن، روغن مخصوص و تجهیزات جنبی تشکیل شده است. پس از دریافت فرمان، پمپ مقداری روغن را از داخل مخزن به محفظه جلو یا عقب سیلندر جک پمپ می کند تا جک بتواند به مقدار مورد نیاز محور تراورس را در جهت مورد نیاز حرکت دهد. محور تراورس محوری است که از سوراخ داخل شفت اصلی عبور می کند و یک سمت آن با جک هیدرولیکی و طرف دیگر آن با مکانیزم مثلثی واقع درون هاب مرتبط است. وظیفه این محور انتقال حرکت جک هیدرولیکی و در واقع فرمان کنترلر به مکانیزم مثلثی است که باعث چرخش پره ها می گردد. مکانیزم مثلثی درون هاب باعث تبدیل حرکت انتقالی محور تراورس به حرکت چرخشی و نتیجتا چرخش پره ها به دور محورشان می گردد.

اجزای توربین بادی
در مقاله قبل با توربین های بادی آشنا شدید در اینجا می خواهیم با اجزای توربین بادی بیشتر آشنا شوید.
امروزه با پیشرفت تکنولوژی، وسایلی که بتوان به کمک آن برق تولید کرد زیاد شده اند، با این وجود توربین های بادی با قابلیت عملکرد 98 درصدی مطمئن ترین وسیله تولید برق محسوب می شود.
نیروی برق حاصل از باد تابعی از مکعب سرعت باد می باشد. یعنی اگر سرعت باد دو برابر شود، نیروی باد تولید شده از آن هشت برابر افزایش خواهد یافت. اما توجه داشته باشید که این افزایش انرژی باعث تولید بشتر برق با همان نسبتی که گفتیم نمی شود چون همه انرژی اضافی قابل ذخیره نمی باشد.
مثلا توربین های واقع در محل هایی که سرعت متوسط باد 8 متر در ثانیه است نسبت به جاهایی که سرعت متوسط باد 6 متر در ثانیه می باشد، حدود 100- 75درصد بیشتر الکتریسیته تولید می کند.

داخل توربین بادی به چه صورت می باشد؟
باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آن را به کنترل کننده ها انتقال می دهد.
پره ها (Blades): بیشتر توربین ها دارای دو یا سه پره می باشند. وزش باد بر روی پره ها باعث بلند کردن و چرخش پره ها می شود.
ترمز (Brake): از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفاده می شود. عمل ترمز کردن می تواند به صورت مکانیکی، الکتریکی یا هیدرولیکی انجام گیرد.
کنترلر (Controller): چون توربین ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به 65 mph می رسد حرکت کنند ( زیرا دمای ژنراتور به سرعت بالا خواهد رفت) در توربین ها باید کنترلری داشته باشیم که وقتی سرعت باد به 8 تا 16 mph می رسد ماشین را راه اندازی کند و وقتی سرعت از 65 mph بیشتر می شود، دستور خاموش شدن ماشین را دهد.

ژنراتور (Generator): وظیفه ژنراتور تولید برق متناوب می باشد.
شفت با سرعت بالا (High-speed shaft): که وظیفه آن به حرکت در آوردن ژنراتور می باشد.
شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft): روتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن 30 تا 60 دور در دقیقه می باشد.
گیربکس (Gear box): چرخ دنده ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و آن ها از طرف دیگر همان طور که در شکل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل می باشند و افزایش سرعت چرخش از 30 تا 60 rpm به سرعتی حدود 1200 تا 1500 rpm را ایجاد می کنند.
این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامی است. هزینه ساخت گیربکس ها بالاست درضمن گیر بکس ها بسیار سنگین هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده ای می باشند تا درایو های مستقیمی کشف نماید و ژنراتورها را با سرعت کمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربکس نداشته باشند.

روتور (Rotor): بال ها و هاب به روتور متصل هستند.
برج (Tower): برج ها از فولاد هایی که به شکل لوله درآمده اند ساخته می شوند. توربین هایی که بر روی برج هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده اند، انرژی بیشتری دریافت می کنند.
جهت باد (Wind direction): توربین هایی که از این فن آوری استفاده می کنند در خلاف جهت باد نیز کار می کنند در حالی که توربین های معمولی فقط جهت وزش باد به پره های آن باید از روبرو باشد.
باد نما (Wind vane): وسیله ای است که جهت وزش باد را اندازه گیری می کند و کمک می کند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشته باشد.
درایو انحراف (Yaw drive): وسیله ای ست که وضعیت توربین را هنگامی که باد در خلاف جهت می وزد کنترل می کند و زمانی استفاده می شود که قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گیرد اما زمانی که باد در جهت توربین می وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی باشد.
موتور انحراف (Yaw motor): برای به حرکت در آوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می گیرد.
برای آشنایی با عملکرد اجزای توربین بادی فلش زیر را ببینید.

توربین های بادی ۵ مگاواتی در یک نیروگاه بادی در سواحل دریای شمال نزدیک بلژیک
توربین بادی به توربینی گفته می شود که برای تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی به کار می رود که توان بادی نام دارد. توربین های بادی در دو نوع با محور افقی و با محور عمودی ساخته می شوند. توربین های بادی کوچک برای کاربردهایی مانند شارژکردن باتری ها و یا توان کمکی در قایق های بادبانی مورد استفاده قرار می گیرند، در حالی که توربین های بادی بزرگ تر با چرخاندن ژنراتور، به عنوان یک منبع تولید انرژی الکتریکی به شمار می روند. انواع دیگری از توربین های بادی وجود دارد که برای پمپ کردن آب استفاده می شود که به آن پمپ بادی می گویند یا برای آسیاب گندم به کار می رود که آسیاب بادی نام دارد و موارد دیگر به کار می رود.
اولین استفاده ها از انرژی باد به استفاده جهت در توربین های چرخان به آسیاب های بادی بر می گردد. نخستین آسیاب های بادی، کاملاً از آسیاب های بادی معروف هلندی، که تصویر آن ها در ذهن بسیاری از ما ثبت شده است، متفاوت بود. تعداد پره های این آسیاب ها به ۱۲ عدد می رسید و پره ها از بالای یک دیرک عمودی، همانند بادبان های یک کشتی که از فراز دکل و بازوی افقی دکل آویزانند، آویخته شده بود. شاید بتوان شکل کلی این آسیاب ها را با چرخ و فلک های شهربازی های امروزی مقایسه کرد که محور اصلی آن ها در مرکز یک دایره روی زمین نصب شده است و اتاقک های چرخ و فلک همیشه فاصله ثابتی از سطح زمین دارند. این نوع طراحی برای آسیاب های بادی، شاید از بادبان های یک کشتی، یا از چرخ های دعای بودایی های آسیایی، که با نیروی باد می چرخید، الهام گرفته شده باشد. استفاده از انرژی باد پیشینه دراز مدتی داشته و به حدود سده ۲ پیش از میلاد در ایران باستان باز می گردد. برای نخستین بار، ایرانیان موفق شدند با استفاده از نیروی باد، دلو (دولاب) یا چرخ چاه را به گردش درآورده و آب را از چاه ها به سطح مزارع برسانند.
نخستین ماشینی که با استفاده از نیروی باد به حرکت درآمد، چرخ بادی هرون بود؛ ولی نخستین آسیاب بادی عملی، در سده ۷ میلادی در سیستان ساخته شد. پیدایش آسیاب های بادی در اروپا مربوط به سده های میانه است. نخستین مورد ثبت شده در مورد استفاده از آسیاب هاب بادی در انگلستان مربوط به سده های ۱۱ و ۱۲ میلادی است.
نخستین توربین بادی با کاربرد تولید برق، یک ماشین شارژ باتری بود که در ژوئیه ۱۸۸۷ توسط یک مهندس اسکاتلندی به نام جیمز بلایث ساخته شد. چند ماه بعد، مخترع آمریکایی چارلز فرانسیس براش نخستین توربین باد خودکار را برای تولید برق در کلیولند در اوهایو ساخت. در سال ۱۹۰۸، ۷۲ توربین بادی با کاربرد تولید برق (بین ۵ تا ۲۵ کیلووات) در آمریکا فعال بودند. در دهه ۱۹۳۰، توربین های بادی کوچک برای تولید برق مورد نیاز مزارع در آمریکا، که هنوز سامانه سراسری توزیع برق راه اندازی نشده بود، بسیار متداول بودند. در پاییز سال ۱۹۴۱، نخستین توربین بادی در کلاس مگاوات در ورمونت راه اندازی شد. نخستین توربین بادی متصل به شبکه برق در بریتانیا در سال ۱۹۵۱ در جزایر اورکنی ساخته شد.
در سال ۲۰۰۶ برای اولین بار در اتحادیه اروپا رشد تولید برق از انرژی های نو بیش از رشد تولید برق از منابع فسیلی بود. از سال ۱۳۷۹ تا ۱۳۸۶ شمسی، ظرفیت تولید برق بادی جهان از ۱۸۰۰۰ مگاوات به ۹۲۰۰۰ مگاوات افزایش یافته است. از سال ۲۰۰۰ تاکنون این صنعت سالانه ۲۵٪ رشد کرده و هر سه سال دو برابر شده است و این در شرایطی است که رشد اقتصاد جهانی از یک تا دو درصد در سال بیشتر نیست.
آسیاب بادی
ظهور آسیاب بادی در اروپا
آسیاب بادی پس از گذشت پانصد سال از اختراع آن در خاورمیانه، تا فرن دوازدهم میلادی در اروپا ناشناخته بود. سربازانی که از جنگ های صلیبی به کشورشان باز می گشتند، داستان هایی را درباره آسیاب های بادی نقل می کردند. اروپاییان با الهام از ایده استفاده از نیروی باد به عنوان نیروی محرکه، سرانجام نوع جدیدی از آسیاب بادی را اختراع کردند. در این نوع آسیاب بادی، همه مجموعه آسیاب بادی می توانست حول محور یک دیرک مرکزی بچرخد تا پره های آسیاب در جهت وزش باد قرار بگیرند. مدتی بعد، آسیاب های بادی ساده تری که به شکل یک برج پره دار بود، ساخته شد؛ در این نوع آسیاب بادی، فقط پره ها همراه جریان باد می چرخیدند. با گذشت زمان آسیاب های بادی به چشم اندازهای طبیعی حومه شهرهای اروپا تبدیل شد. در قرن دوازدهم میلادی هلندی ها از تلمبه های آب که به وسیله آسیاب های بادی کار می کرد، برای احیای بخش هایی از خشکی که زیر آب دریای شمال قرار گرفته بود، استفاده می کردند. یک قرن بعد، در بعضی از شهرهای فرانسه بیش از ۱۲۰ آسیاب بادی نصب شده بود. در هلند، در قرن هجدهم، بیش از ۷۰۰ آسیاب بادی در امتداد رودخانه زان احداث شده بود.
مقایسه نیروی باد و نیروی آب
آسیاب های بادی مقایسه با آسیاب های آبی از امتیازهای بسیاری برخوردار بودند. اول آن که نیازی نبود که آسیاب های بادی نزدیک جریان آب احداث شوند. به علاوه اگر آب در زمستان یخ می زد، آسیاب های آبی از کار می افتادند در حالی که آسیاب های بادی به کار خود ادامه می دادند. امتیاز دیگر آسیاب های بادی این بود که رودخانه هایی که در کنار آن ها آسیاب های آبی ساخته می شد، معمولاً تخت نظارت مالکین و زمین داران قدرتمند قرار داشت و آن ها بودند که اجازه می دادند چه کسی حق احداث آسیاب آبی و آرد کردن گندم را داشته باشد. رواج آسیاب های بادی موجب رهایی مردم عادی از قید و بند مالکین شد.
انواع توربین های بادی
سه نوع اصلی توربین بادی
پره توربین های بادی می تواند به دور محور افقی و یا عمودی دوران کند. توربین بادی با محور افقی، پیشینه بیشتری داشته و امروزه هم بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. در مقابل، مزیت توربین بادی با محور عمودی، عدم حساسیت نسبت به جهت وزش باد و عدم نیاز به یک پایه مرتفع است.
توربین بادی با محور افقی
در توربین های بادی با محور افقی (به انگلیسی: Horizontal Axis Wind Turbine) که به اختصار HAWT هم نامیده می شوند، روتور و ژنراتور الکتریکی در بالای یک برج بلند قرار گرفته و باید در راستای باد قرار گیرند. توربین های بادی کوچک برای تعیین جهت وزش باد از یک بادنمای ساده استفاده می کنند، ولی توربین های بزرگ تر معمولاً از یک سنسور باد که با یک سرووموتور در ارتباط است، استفاده می کنند. بیشتر این توربین های بادی، با استفاده از یک جعبه دنده، سرعت چرخش کُند پره ها را به سرعت بیشتری برای ژنراتور تبدیل می کنند.
توربین های بادی امروزی
توربین های بادی که امروزه در نیروگاه های بادی برای تولید تجاری برق مورد استفاده قرار می گیرند، معمولاً سه-پره بوده و با استفاده از سامانه های کنترل رایانه ای در جهت وزش باد قرار می گیرند. البته توربین های باد با دو پره و حتی یک پره هم استفاده می شوند. پره های این توربین ها، معمولاً طولی بین ۲۰ تا ۴۰ متر و حتی بیشتر و سرعت دورانی حدود ۱۰ تا ۲۲ دور بر دقیقه دارند. اگر طول پره یک توربین بادی، ۴۰ متر بوده و با سرعت ۲۰ دور بر دقیقه دوران کند، سرعت خطی نوک پره های آن، حدود ۸۴ متر بر ثانیه (۳۰۲ کیلومتر بر ساعت) خواهد بود. برجی که پره ها بر بالای آن نصب می شوند، به صورت لولهٔ فولادی و به ارتفاع ۶۰ تا ۹۰ متر است. معمولاً با استفاده از جعبه دنده، سرعت چرخش محور افزایش داده می شود، ولی در برخی از طراحی ها، محور با همان سرعت یک ژنراتور حلقوی را می چرخاند. برخی از مدل های توربین بادی، در سرعت ثابت کار می کنند ولی توربین های با سرعت متغیر انرژی بیشتری می توانند تولید کنند؛ که به واسطه نیروی لیفت و دراگ پره ها به حرکت در می آیند.
توربین بادی با محور عمودی
در توربین های بادی با محور عمودی (به انگلیسی: Vertical Axis Wind Turbine) که به اختصار VAWT نامیده می شود، روتور اصلی به صورت عمودی قرار می گیرد. مهم ترین برتری این نوع از توربین های بادی آن است که نیازی به تنظیم جهت قرارگیری نسبت به جهت وزش باد ندارند. این نکته در مکان هایی که جهت وزش باد خیلی متغیر است، مثلاً در بالای ساختمان های مسکونی، یک امتیاز به شمار می رود. مهم ترین عیب این نوع توربین ها، کم بودن سرعت دورانی آنها و درنتیجه زیادبودن گشتاور و هزینه بیشتر سیستم انتقال قدرت، بارگذاری دینامیکی زیاد پره ها و همچنین پیچیدگی زیاد طراحی و تحلیل ایرفویل پره ها پیش از ساخت پیش نمونه (پروتوتایپ) است. با توجه به عمودی بودن محور، جعبه دنده و ژنراتور می توانند در نزدیکی زمین قرار گیرند که این موضوع دسترسی به این تجهیزات را برای نگهداری و تعمیر آسان تر می کند.
توربین های بادی با محور عمودی به شکل های مختلفی ساخته می شوند. دو نوع عمده آنها، توربین های داریوس و ساوونیوس هستند.
توربینهای بادی چگونه کار می کنند؟
توربین های بادی انرژی جنبشی باد را به توان مکانیکی تبدیل می نمایند و این توان مکانیکی از طریق شفت به ژنراتور انتقال پیدا کرده و در نهایت انرژی الکتریکی تولید می شود. توربین های بادی بر اساس یک اصل ساده کار می کنند. انرژی باد دو یا سه پره ای را که بدور روتور توربین بادی قرار گرفته اند را بچرخش در می آورد. روتور به یک شفت مرکزی متصل می باشد که با چرخش آن ژنراتور نیز به چرخش در آمده و الکتریسیته تولید می شود. توربین های بادی بر روی برج های بلندی نصب شده اند تا بیشترین انرژی ممکن را دریافت کنند بلندی این برج ها به ۳۰ تا ۴۰ متر بالاتر از سطح زمین می رسند. توربین های بادی در بادهایی با سرعت کم یا زیاد و در طوفان ها کاملاً مفید می باشند
طراحی و ساخت توربین های بادی
برای تعیین ارتفاع بهینه برج، سیستم کنترلی، تعداد و شکل پره ها از شبیه سازی های آیرودینامیکی استفاده می شود.
توربین های با محور افقی متداول، به سه بخش اصلی تقسیم می شوند:
بخش روتور، که تقریباً ۲۰٪ قیمت توربین باد را به خود اختصاص داده و شامل پره های تبدیل کننده انرژی باد به انرژی جنبشی دورانی با سرعت کم می شود.
بخش ژنراتور که حدوداً ۳۴٪ هزینه توربین باد بوده و شامل مولد الکتریکی، تجهیزات کنترلی و جعبه دنده برای افزایش سرعت دورانی محور توربین می شود.
بخش تکیه گاهی که در بر گیرنده ۱۵٪ قیمت توربین بوده و شامل برج و مکانیزم جهت دهی روتور نسبت به جهت وزش باد می شود.
اجزای مختلف یک توربین بادی مدرن با محور افقی
اجزای تشکیل دهنده توربین بادی
۱- باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به کنترل کننده ها انتقال می دهد.
۲- پره ها (Blades): بیشتر توربین ها دارای دو یا سه پره می باشند. وزش باد بر روی پره ها باعث بلند کردن و چرخش پره ها می شود.
۳- ترمز (Brake): از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفاده می شود. عمل ترمز کردن می تواند بصورت مکانیکی، الکتریکی یا هیدرولیکی انجام گیرد.
۴- کنترولر (Controller): کنترولرها وقتی که سرعت باد به ۸ تا 16 mph می رسد ما شین را، راه اندازی می کنند و وقتی سرعت از 65 mph بیشتر می شود دستور خاموش شدن ماشین را می دهند. این عمل از آن جهت صورت می گیرد که توربین ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به 65 mph می رسد حرکت کنند زیرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.
۵- گیربکس (Gear box): چرخ دنده ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و آنها از طرف دیگر همان طور که در شکل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل می باشند و افزایش سرعت چرخش از ۳۰ تا 60 rpm به سرعتی حدود ۱۲۰۰ تا 1500 rpm را ایجاد می کنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامیست. هزینه ساخت گیربکس ها بالاست درضمن گیر بکس ها بسیار سنگین هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده ای می باشند تا درایوهای مستقیمی کشف نماید و ژنراتورها را با سرعت کمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربکس نداشته باشند.
۶- ژنراتور (Generator): که وظیفه آن تولید برق متناوب می باشدو بیشتر از نوع ژنراتور های القایی می باشد. ۷- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft): که وظیفه آن به حرکت در آوردن ژنراتور می باشد.
۸- شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft): رتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن ۳۰ تا ۶۰ دور در دقیقه می باشد.
۹- روتور (Rotor): بال ها و هاب به روتور متصل هستند.
۱۰- برج (Tower): برج ها از فولادهایی که به شکل لوله درآمده اند ساخته می شوند. توربین هایی که بر روی برج هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده اند انرژی بیشتری دریافت می کنند.
۱۱- جهت باد (Wind direction): توربین هایی که از این فناوری استفاده می کنند در خلاف جهت باد نیز کار می کنند در حالی که توربین های معمولی فقط جهت وزش باد به پره های آن باید از روبرو باشد.
۱۲- باد نما (Wind vane): وسیله ای است که جهت وزش باد را اندازه گیری می کند و کمک می کند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشته باشد.
۱۳- درایو انحراف (Yaw drive): وسیله ایست که وضعیت توربین را هنگامیکه باد در خلاف جهت می وزد کنترول می کند و زمانی استفاده می شود که قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گیرد اما زمانی که باد در جهت توربین می وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی باشد.
۱۴- موتور انحراف (Yaw motor): برای به حرکت در آوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می گیرد.
مزایا و معایب توربین بادی
توربین عمودی
مزایا توربین های عمودی:
از مزایای این نوع توربین عمودی نسبت به توربین های بادی محور افقی، عدم حساسیت به جهت باد و آشفتگی آن می باشد (این نکته در مکان هایی که جهت وزش باد خیلی متغیر است، مثلاً در بالای ساختمان های مسکونی، یک امتیاز به شمار می رود).
عملکرد مناسب و کارا هنگام وزش بادهای مغشوش و گردابه ای
توربین بادی محور عمودی می تواند در فاصله ای نزدیکتر به زمین نصب گردد و جعبه دنده و ژنراتور در نزدیکی زمین قرار می گیرند که این موضوع سبب امنیت و ارزانی بیشتر در ساخت و نگهداری و تعمیر آسان تر آن می شود و همچنین برج یا دکل نیاز به پشتیبانی آن ندارد.
از آنجا که نوک پره ها در این نوع توربین ها به محور دوران نزدیکتر است، سر و صدای کمتری نسبت به توربین محور افقی تولید می کنند و حجم واندازه کمتر آن ها، برخوردهای محیطی را نیز کاهش می دهد.
معایب توربین های عمودی:
مشکل اصلی این نوع توربین ها، ایجاد نیروی مخالف نسبت به بادی که به پره دیگر می وزد، است پس بازدهی انفرادی کمتر آنها در مقایسه با توربین های افقی و گشتاور تکانی (لنگر) که در طول هر دوره تناوب تولید می شود؛ کمتر است.
نصب توربین های محور عمودی روی برج ها سخت است؛ بدین معنی که آنها باید در جریان های هوایی آهسته تر با اغتشاش بیشتر و نزدیک زمین با بازده استخراج انرژی پایین تر عمل کنند.
به دلیل کم بودن سرعت دورانی پره ها، گشتاور زیاد است.
هزینهٔ بالای طراحی و تحلیل ایرفویل پره ها از دیگر مسایل است. جبران بازده کمتر توربین های محور عمود از طریق چیدمان فشرده تر آنها و طراحی جدید امکان پذیر است. مسئله خستگی سازه نیز با قابلیت پیش بینی دقیق تر بارهای آیرودینامیکی تا حد زیادی قابل بر طرف شدن است.
توربین افقی
مزایای توربین افقی
تیغه ها به سمت مرکز گرانش توربین اند که به ثبات آن کمک می کند.
تیغه ها برای قرار گیری در بهترین زاویه قابلیت پیچ و تاب دارند
با پیچ کردن تیغه ها به روتور آسیب ها در طوفان به حداقل می رسد.
بلندی برج این امکان را می دهد تا دسترسی به بادهای شدید و قوی بیشتر شود.
قابل استفاده در زمین های ناهموار و دور از ساحل بیشتر آن ها شروع خودکار دارند.
معایب توربین افقی
کارکرد سخت در نزدیک سطح زمین
سختی درحمل و نقل
مشکل در نصب و راه اندازی
در مجاورت رادار تحت تاثیر قرار می گیرد
تعمیر و نگه داری آن سخت است
آلودگی صوتی توربین های بادی
کسانی که در محل های نزدیک به توربین های بادی سکونت دارند، همیشه از صدای مخصوص چرخش پره ها و صدای آزار دهنده چرخ دنده توربین ها و ژنراتورها، که آرامش آن ها را برهم می زند، گلایه می کنند. توربین های بادی در سال های اخیر بسیار کم سر و صداتر از نمونه های قدیمی تر هستند. اکنون صدای پره توربین های بادی از فاصله بیش از ۲۰۰ متری قابل شنیدن نیست. مهندسین بر این باورند که توربین های بادی مدرن امروزی دیگر پر سر و صدا و آزار دهنده نیستند.
توربین های بادی در ایران
در سال ۲۰۰۴ میلادی تنها ۲۵ مگاوات از ۳۳٫۰۰۰ مگاوات برق تولید شده در ایران با استفاده از انرژی بادی تولید شده بود. در سال ۲۰۰۶ میلادی سهم برق تولید شده در ایران با استفاده از انرژی بادی ۴۵ مگاوات بود (رتبه سی ام در دنیا) که به نسبت سال ۲۰۰۵ رشد چهل درصدی را نشان می داد. در سال ۲۰۰۸ میلادی نیروگاه بادی منجیل (در استان گیلان) و بینالود (در استان خراسان رضوی)، ظرفیت ۸۲ مگاوات برق را داشته اند. ظرفیت برق بادی در ایران در سال ۲۰۰۹ میلادی ۱۳۰ مگاوات ساعت بوده است.
توربین های بادی کوچک
توربین های بادی کوچک بیشتر در قایق ها مورد استفاده قرار می گیرند و ممکن است تنها حدود ۵۰ وات توان داشته باشند. آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر وزارت انرژی آمریکا|، توربین های بادی با توان کمتر از ۱۰۰ کیلووات را توربین بادی کوچک تعریف می کند. در این توربین ها، معمولاً ژنراتور به صورت مستقیم (بدون جعبه دنده) به روتور متصل شده و خروجی جریان مستقیم ایجاد می کند. همچنین برای تعیین جهت باد، معمولاً از یک بادنما استفاده می کنند.
بیشترین توان
توربین مدل E-۱۲۶ شرکت آلمانی انرکون با توان نامی ۷٫۵۸ مگاوات، بزرگ ترین توربین بادی جهان از نظر توان تولیدی است. ارتفاع کلی این توربین، ۱۹۸ متر و قطر پره های آن ۱۲۶ متر است.
شرکت های مختلفی در حال کار بر روی توربین بادی با توان ۱۰ مگاوات هستند، ولی هنوز چنین توربین بادی ساخته نشده است.
بزرگ ترین مساحت جاروب شده
بلندترین پره ها و در نتیجه بیشترین مساحت جاروب شده مربوط به توربین باد ۴٫۵ مگاواتی است که در ساراگوسای اسپانیا نصب شده است. قطر پره های این توربین باد، ۱۲۸ متر است.
بلندترین
بلندترین توربین بادی جهان، توربین بادی است که در لاسو، در ایالت براندنبورگ آلمان نصب شده است. محور این توربین در ارتفاع ۱۶۰ متری از سطح زمین قرار گرفته و نوک پره های آن تا ارتفاع ۲۰۵ متر می رسند. این توربین، تنها توربین بادی جهان است که بیش از ۲۰۰ متر ارتفاع دارد.
بزرگ ترین توربین بادی با محور عمودی
توربین Éole در یک نیروگاه بادی در کِبک کانادا بزرگ ترین توربین بادی با محور عمودی در دنیا است. این توربین بادی، ۱۱۰ متر ارتفاع و ۳٫۸ مگاوات توان دارد.
مزارع بادی و محیط زیست
هر چند نیروی باد یک منبع انرژی سالم و غیر آلاینده محیط زیست به شمار می رود، اما احداث یک مزرعه می تواند لطمه شدیدی به محیط زیست وارد کند. مثلاً برای عملیات پی ریزی و استقرار برجک های پایه توربین های بادی باید گودال هایی به عمق ۵۰ متر حفر شود. اگر منطقه مورد نظر پوشیده از تخته سنگ های عظیم باشد، در آن صورت برای تسطیح زمین و متلاشی کردن سنگ ها از دینامیت هم استفاده می شود. بعضی وقت ها حفر کردن گودال هایی چنین عمیق در دل زمین، در شرایط اکوسیستم منطقه به شدت تاثیر می گذارد و گونه های گیاهی که در آن ناحیه از این به بعد رشد می کنند کاملاً متفاومت از گونه های گیاهی خواهند بود که پیش از احداث این تاسیسات در منطقه رشد می کردند. هم چنین احداث جاده به منظور دسترسی به محل توربین های بادی موجب نابودی بسیاری از زیستگاه های حیات وحش می شود. مثلاً در یورکشایر انگلستان، زیستگاه های باتلاقی که گونه های بسیار نادری از انواع جانداران را در خود جای داده اند، به واسطه احداث توربین های بادی این منطقه، در خطر نابودی قرار گرفته اند.
در زیر به چند نمونه از موارد استعمال توربین بادی پرداخته شده است:
مرکز تجارت جهانی بحرین
توربین بادی که تا کنون به عنوان یک منبع تامین انرژی برق در شهرهای بادخیز جایگزین نیروگاهها بوده با ابتکار معمار برجسته شرکت ساختمانی اتکینز (Atkins) در برج تجارت جهانی در بحرین نصب شده تا به عنوان روش جدید تامین انرژی برق در ساختمان های نسل امروز به کار گرفته شود. این برج در قسمتی از ساحل بحرین که سرعت باد در آن بیشتر از مناطق دیگر است، احداث شده است.
سه ملخ ۳۰ متری که بین این دو برج قرار دارد، ۱۱۰۰ مگاوات برق در سال برای این ساختمان های ۴۲ طبقه تولید می کند. طبقات مختلف این برج دیدهای متفاوتی به روز کل جزیره دارد. تحقیقات به منظور طراحی این برج بیش از ۵ سال به طول انجامید.
پیش از ساخته شدن این ساختمان، ابهامات زیادی وجود داشت. سر و صدای ناشی از چرخیدن توربین ها برای ساکنان ساختمان، فشار با بار توربین ها به دو ساختمانی که قرار است این توربین ها در جایگاه پل، آن ها را به هم وصل کند، تاثیر رعد و برق و حرکت پرندگان بر حرکت توربین و ده ها نکتهٔ دیگر که فهرست آن به ۲۰۰ مورد رسیده بود. همهٔ این سناریوها با در نظر گرفتن مسائل خطر و ریسک ناشی از آن مورد بررسی قرار گرفت. تحقیقات نشان می دهد که نزدیک به ۷۰٪ از بادهایی که از خلیج فارس به ساحل بحرین می وزد، در حد فاصل ۶۰ درجه ای ساحل فرود می آید. به همین دلیل قرار شد این ساختمان به صورت مجموعه ای از دو سازهٔ موازی ساخته شود که توربین های بادی مانند پلی این دو بازو را به هم متصل کند.
در این توربین ها لنزهایی کار گذاشته شده که وقتی نزدیک شدن یک شیء مانند پرنده یا وجود رعد و برق را تشخیص می دهد، دستور خاموش شدن خودکار توربین ها صادر می کند. صدای توربین ها هم با دستگاه کنترل صوتی که درون آن ها کار گذاشته شده، تا حد زیادی کنترل می شود.
هر کدام از این سه توربین ۲۲۵ کیلووات برق تولید می کنند که در مجموع ظرفیت تولید برق آن ها به ۶۷۵ کیلووات می رسد. محاسبات نشان می دهد که این توربین ها ۱۰ تا ۱۵ درصد از نیاز این ساختمان به انرژی را تامین می کند. معلوم نیست که عمر این توربین ها چقدر خواهد بود اما سازندگان آن می گویند که چون از نظر جغرافیایی این ساختمان در مکانی واقع شده که سازه ای در اطراف آن نیست و باد تمیز از این توربین ها عبور می کند، شاید عمر آن ها تا ۲۰ سال برسد.
فاصلهٔ این دو ساختمان در قسمت جلو ۱۲۰متر و در قسمت عقب ۳۰ متر است. به این ترتیب حداکثر میزان باد به این توربین ها برخورد می کند. طراحی ساختمان ها هم به گونه ای است که نه تنها سرعت باد را می افزاید بلکه جریان آن را به سمت توربین ها هدایت می کند. سه توربین واقع شده بین این دو ساختمان با یک سرعت می چرخند و به همین دلیل جریان برق تولید شده توسط آن ها یکسان است.
برج فانوس دریایی دبی
این برج که توسط گروه مهندسین مشاور اتکینز طراحی شده است دارای ۶۶ طبقه به ارتفاع ۴۰۰ متر و زیر بنای ۱۴۰ هزار متر مربع است. در سمت جنوبی این بنا تعداد ۴۰۰۰ پانل خورشیدی پیشبینی شده است. ۳ توربین بادی به قطر ۲۹ متر نیز در بخش فوقانی بنا تعبیه شده اند. طراحان ادعا دارند که این ساختمان نسبت به دیگر ساختمان های مشابه ۶۵٪ انرژی کمتر و ۴۰٪ آب کمتر مصرف خواهد نمود.
برج رودخانه پرل در چین
این بنا در گوانگژو چین واقع در یک شهر بندری نیمه گرمسیری با ۶٫۶ میلیون نفر جمعیت در ۱۸۲ کیلومتری هنگ کنگ احداث می شود. این برج هم که یکی دیگر از آسمان خراش های سبز دنیا با ارتفاع ۳۰۰ متر به شمار می رود، توسط (SOM: Skidmore, Owings & Merrill) طوری طراحی شده که باد را در طول خود درو می کند. در بدنه این ساختمان توربین های بادی طراحی شده تا با استفاده از این باد انرژی تولید کند. این برج از دور به یک بال غول پیکر شبیه است که باد را از میان ۶۹ طبقه خود عبور می دهد. این ساختمان گرما و سرما را هم درون خود نگاه می دارد.
انواع توربینهای بادی
اگرچه طراحی های مختلفی برای توربین بادی موجود می باشد ولی به طور عمده به دو دسته کلی بر اساس جهت محور چرخش تقسیم بندی می شوند:
محور افقی: (Horizontal Axis Wind Turbines(HAWTS که نوع رایج آن می باشد.
محور عمودی: (Vertical Axis Wind Turbines(VAWTS
جریان هوا بر روی هر سطحی دو نوع نیروی ایرودینامیکی با نام های درگ و لیفت به وجود می آورد که نیروی درگ در جهت جریان باد است و نیروی لیفت عمود بر جریان باد می باشد. یکی از این نیروها یا هر دو می توانند نیروی مورد نیاز برای چرخش پره های توربینهای بادی را تامین نمایند.

روتور: روتور توربین باد شامل پره، هاب، دماغه و یاتاقانهای پره می باشد. روتور یک توربین بادی محور افقی بطور خلاصه متشکل از تعدادی پره می باشد که بطور شعاعی در اطراف یک شفت که موازی باد قرار می گیرد نصب شده اند و بدین ترتیب روتوری را تشکیل می دهند که عمود بر جهت باد دوران می کند.معمولا روتور توسط بک برج در ارتفاع مناسبی نسبت به زمین قرار می گیرد و البته پیش بینی های لازم برای هم جهت شدن امتداد شفت با جهات مختلف باد و همچنین برای کنترل سرعت آن صورت می گیرد و قدرت جذب شده توسط این روتور مستقیما و یا توسط یک سیستم مکانیکی به ماشینی که قرار است رانده شود منتقل می گردد. تعداد پره ها معمولا متغیر بوده و پهنای پره (کورد) ممکن است در تمام طول پره ها ثابت و یا آنکه متغیر باشد و پره از هاب به سمت نوک باریک شود.ضمنا پره ممکن است در امتداد محور طولی تاب داشته باشد یا اصطلاحا پیچیده باشد و بالاخره گام پره ممکن است ثابت و یا متغیر باشد.
پره: یکی از مهمترین بخشهای توربین بادی بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شفت اصلی توربین باد است. پره به گونه ای ساخته می شود که استحکام و استقامت بسیار بالا در برابر نیروهای دینامیکی و آیرودینامیکی داشته باشد. برج: سازه های مشبک فولادی- برجهای استوانه ای فولادی یا بتنی و همچنین ستونهای مهار شده توسط کابل از رایج ترین برجهای نگهدارنده محسوب می شوند. ارتفاع برج معمولا بین یک تا یک ونیم برابر قطر روتور در نظر گرفته می شود. انتخاب نوع برج وابستگی به شرایط سایت دارد. همچنین سفتی برج فاکتور مهمی در دینامیک سازه توربین باد محسوب می گردد چرا که احتمال کوپل شدن ارتعاشات بین برج و روتور که منجر به خطر رزونانس می گردد وجود دارد.
ناسل: شامل پوشش خارجی مجموعه توربین، شاسی و سیستم دوران حول محور برج می باشد که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد.بعضی از ناسل ها آنقدر بزرگند که تکنسین ها می توانند داخل آن باستند.
سیستم انتقال قدرت: سیستم انتقال قدرت شامل اجزاء گردنده توربین باد است. این اجزاء عمدتاً شامل محور کم سرعت (سمت روتور)، گیربکس و محور سرعت بالا ( در سمت ژنراتور) می باشد. سایر اجزاء این سیستم شامل یاتاقانها، یک یا چند کوپلینگ، ترمز مکانیکی و اجزاء دوار ژنراتور می باشد. در این مجموعه وظیفه گیربکس افزایش سرعت نامی روتور از یک مقدار کم (در حد چند ده دور در دقیقه) به یک مقدار بالا (در حد چند صد یا چند هزار دور در دقیقه) که مناسب برای تحریک یک ژنراتور استاندارد است، می باشد. عمدتاً دو نوع گیربکس در توربین های بادی مورد استفاده قرارمی گیرد: گیربکس های با شفت های موازی و گیربکس های سیاره ای. برای توربین های سایز متوسط به بالا (بزرگتر از KW ٥٠٠) مزیت وزن و سایز در گیربکس های سیاره ای نسبت به نوع دیگر یعنی گیربکس های با شفت موازی کاملاً بارزتراست. بعضی از توربین های باد از یک طرح خاص برای ژنراتور استفاده می کند (ژنراتور با تعداد قطب بالا ) که در آن نیازی به استفاده از گیربکس نمی باشد.
ژنراتور: پره های توربین بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی دورانی درسیستم انتقال تبدیل می کنند و در قدم بعدی ژنراتور، انرژی توربین را به شبکه برق منتقل می نماید. بطور معمول از سه نوع ژنراتور در توربینهای بادی استفاده می شود. – ژنراتور جریان مستقیم – آلترناتور یا ژنراتور سنکرون – ژنراتور القایی یا آسنکرون
گیربکس(جعبه دنده) : از آنجائی که محور توربین دارای دور کم و گشتاور بالا و بر عکس آن محور ژنراتور دارای دور بالا و گشتاور کم است، سیستم انتقال قدرت باید به نحوی این دو محور را به یکدیگر متصل نماید.
ترمز: در توربینهای بادی با ظرفیت بسیار پایین ( ١ الی ٥ کیلووات) معمولا از سیستم های ترمز کفشکی استفاده می شود، زیرا جهت متوقف نمودن پره ها، نیروی زیادی مورد نیاز نیست. در توربینهای بادی با ظرفیت بالا، از ترمزهای دیسکی استفاده می شود. سیستم کنترل: برای بدست آوردن حداکثر راندمان از یک توربین بادی، باید بتوان همواره صفحه دوران توربین را عمود بر جهت وزش باد قرار داد. برای این منظور از سیستم هایی برای تغیر جهت توربین بادی و قرار دادن سیستم در مسیر باد استفاده می شود. این سیستم (yaw system) یک سیستم ترکیبی الکتریکی- مکانیکی است که هدایت آن توسط واحد کنترل انجام میشود. در توربین های بادی سایز کوچک به جای چرخ انحراف (yaw system) از بالچه استفاده می کنند. همچنین سیستم هایی جهت کنترل و تنظیم سرعت دورانی در توربین بادی مورد استفاده قرار می گیرند. چنین سیستمهایی علاوه بر کنترل دور روتور، مقدار قدرت تولیدی و نیروهای وارده بر روتور در بادهای شدید را نیز محدود می کنند
سیستم هیدرولیک: سیستم های هیدرولیک به مجموعه جک و یونیت هیدرولیکی و اتصالات جانبی آنها اطلاق می شود. جک هیدرولیکی از یک سیلندر و پیستون دو طرفه تشکیل شده است و با انتقال سیال به هر ناحیه از آن، جک به سمت مخالف حرکت می کند. یونیت هیدرولیکی از الکتروموتور، پمپ، مخزن تامین فشار اولیه، شیرهای هیدرولیکی، شیلنگهای انتقال سیال به دو ناحیه داخل سیلندر جک، مخزن روغن، روغن مخصوص و تجهیزات جنبی تشکیل شده است. پس از دریافت فرمان، پمپ مقداری روغن را از داخل مخزن به محفظه جلو یا عقب سیلندر جک پمپ می کند تا جک بتواند به مقدار مورد نیاز محور تراورس را در جهت مورد نیاز حرکت دهد. محور تراورس محوری است که از سوراخ داخل شفت اصلی عبور می کند و یک سمت آن با جک هیدرولیکی و طرف دیگر آن با مکانیزم مثلثی واقع درون هاب مرتبط است. وظیفه این محور انتقال حرکت جک هیدرولیکی و در واقع فرمان کنترلر به مکانیزم مثلثی است که باعث چرخش پره ها می گردد. مکانیزم مثلثی درون هاب باعث تبدیل حرکت انتقالی محور تراورس به حرکت چرخشی و نتیجتا چرخش پره ها به دور محورشان می گردد.

ساختار توربین های بادی
انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدید پذیر، بطور گسترده ولی پراکنده در دسترس می باشد. تابش نامساوی خورشید در عرض های مختلف جغرافیایی به سطح ناهموار زمین باعث تغییر دما و فشار شده و در نتیجه باد ایجاد می شود. به علاوه اتمسفر کره زمین به دلیل چرخش، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که باعث ایجاد باد می شود. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد. از انرژی های بادی جهت تولید الکتریسیته و نیز پمپاژ آب از چاهها و رودخانه ها، آرد کردن غلات، کوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینها می توان استفاده نمود.

استفاده از انرژی بادی در توربین های بادی که به منظور تولید الکتریسته بکار گرفته می شوند از نوع توربین های سریع محور افقی می باشند. هزینه ساخت یک توربین بادی با قطر مشخص، در صورت افزایش تعداد پره ها زیاد می شود.انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدید پذیر، بطور گسترده ولی پراکنده در دسترس می باشد. تابش نامساوی خورشید در عرض های مختلف جغرافیایی به سطح ناهموار زمین باعث تغییر دما و فشار شده و در نتیجه باد ایجاد می شود. به علاوه اتمسفر کره زمین به دلیل چرخش، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که باعث ایجاد باد می شود. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد.
از انرژی های بادی جهت تولید الکتریسیته و نیز پمپاژ آبش از چاهها و رودخانه ها، آرد کردن غلات، کوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینها می توان استفاده نمود. استفاده از انرژی بادی در توربین های بادی که به منظور تولید الکتریسته بکار گرفته می شوند از نوع توربین های سریع محور افقی می باشند. هزینه ساخت یک توربین بادی با قطر مشخص، در صورت افزایش تعداد پره ها زیاد می شود.

توربینهای بادی چگونه کار می کنند
توربین های بادی انرژی جنبشی باد را به توان مکانیکی تبدیل می نمایند و این توان مکانیکی از طریق شفت به ژنراتور انتقال پیدا کرده و در نهایت انرژی الکتریکی تولید می شود. توربین های بادی بر اساس یک اصل ساده کار می کنند. انرژی باد دو یا سه پره ای را که بدور روتور توربین بادی قرار گرفته اند را بچرخش در می آورد. روتور به یک شفت مرکزی متصل می باشد که با چرخش آن ژنراتور نیز به چرخش در آمده و الکتریسیته تولید می شود.

توربین های بادی بر روی برج های بلندی نصب شده اند تا بیشترین انرژی ممکن را دریافت کنند بلندی این برج ها به 30 تا 40 متر بالاتر از سطح زمین می رسند. توربین های بادی در باد هایی با سرعت کم یا زیاد و در طوفان ها کاملا مفید می باشند. همچنین می توانید برای درک بهتر چگونکی عملکرد یک توربین بادی به انیمیشنی که به همین منظور تهیه شده توجه کنید تا با چگونگی چرخش پره ها٬ شفت و انتقال نیروی مکانیکی به ژنراتور و در کل نحوه عملکرد یک توربین بادی آشنا شوید.

توربینهای بادی مدرن به دو شاخه اصلی می شوند
1- توربینهای با محور افقی (که در شکل زیر نمونه ای از این نوع توربین ها را مشاهده می کنید)
2- توربینهای با محور عمودی

می توان از توربینهای بادی با کارکردهای مستقل استفاده نمود، و یا می توان آنها را به یک "شبکه قدرت تسهیلاتی" وصل کرد یا حتی می توان با یک یسیستم سلول خورشیدی یا فتوولتائیک ترکیب کرد. عموماً از توربینهای مستقل برای پمپاژ آب یا ارتباطات استفاده می کنند، هرچند که در مناطق بادخیز مالکین خانه ها و کشاورزان نیز می توانند از توربینها برای تولید برق استفاده نمایند مقیاس کاربردی انرژی باد، معمولا تعداد زیادی توربین را نزدیک به یکدیگر می سازند که بدین ترتیب یک مزرعه بادگیر را تشکیل می دهند.

داخل توربین بادی به چه صورت می باشد:
1- باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به کنترل کننده ها انتقال می دهد.

2- پره ها (Blades): بیشتر توربین ها دارای دو یا سه پره می باشند. وزش باد بر روی پره ها باعث بلند کردن و چرخش پره ها می شود.

3- ترمز (Brake): از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفاده می شود. عمل ترمز کردن می تواند بصورت مکانیکی٬ الکتریکی یا هیدرولیکی انجام گیرد.

4- کنترولر (Controller): کنترولر ها وقتی که سرعت باد به 8 تا 16 mph میرسد ما شین را٬ راه اندازی می کنند و وقتی سرعت از 65 mph بیشتر می شود دستور خاموش شدن ماشین را می دهند. این عمل از آن جهت صورت میگیرد که توربین ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به 65 mph می رسد حرکت کنند زیرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.

5- گیربکس (Gear box): چرخ دنده ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و آنها از طرف دیگر همانطور که در شکل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل می باشند و افزایش سرعت چرخش از 30 تا 60 rpm به سرعتی حدود 1200 تا 1500 rpm را ایجاد می کنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامیست. هزینه ساخت گیربکس ها بالاست درضمن گیر بکس ها بسیار سنگین هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده ای می باشند تا درایو های مستقیمی کشف نماید و ژنراتورها را با سرعت کمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربکس نداشته باشند.

6- ژنراتور (Generator): که وظیفه آن تولید برق متناوب می باشد.

7- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft): که وظیفه آن به حرکت در اوردن ژنراتور می باشد.

8- شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft): رتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن 30 تا 60 دور در دقیقه می باشد.

9- روتور (Rotor): بال ها و هاب به روتور متصل هستند.

10- برج (Tower): برج ها از فولاد هایی که به شکل لوله درآمده اند ساخته می شوند. توربین هایی که بر روی برج هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده اند انرژی بیشتری دریافت می کنند.

11- جهت باد (Wind direction): توربین هایی که از این فن آوری استفاده می کنند در خلاف جهت باد نیز کار می کنند در حالی که توربین های معمولی فقط جهت وزش باد به پره های آن باید از روبرو باشد.

12- بادنما (Wind vane): وسیله ای است که جهت وزش باد را اندازه گیری می کند و کمک می کند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشته باشد.

13- درایو انحراف (Yaw drive): وسیله ایست که وضعیت توربین را هنگامیکه باد در خلاف جهت می وزد کنترول می کند و زمانی استفاده می شود که قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گیرد اما زمانی که باد در جهت توربین می وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی باشد.

14- موتور انحراف (Yaw motor): برای به حرکت در آوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می گیرد.

برای اندازه گیری سرعت باد می توان از سرعت سنج بادهایی با برندExtech استفاده نمود که در زیر اشاره شده است.
محیط سنج / مولتی فانکشن EN300
دیتا لاگر بادسنج و حرارت سنج SDL300
سرعت سنج باد HD300

انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدید پذیر، بطور گسترده ولی پراکنده در دسترس می باشد. تابش نامساوی خورشید در عرض های مختلف جغرافیایی به سطح ناهموار زمین باعث تغییر دما و فشار شده و در نتیجه باد ایجاد می شود. به علاوه اتمسفر کره زمین به دلیل چرخش، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که باعث ایجاد باد می شود. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد.از انرژی های بادی جهت تولید الکتریسیته و نیز پمپاژ آب از چاهها و رودخانه ها، آرد کردن غلات، کوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینها می توان استفاده نمود. استفاده از انرژی بادی در توربین های بادی که به منظور تولید الکتریسته بکار گرفته می شوند از نوع توربین های سریع محور افقی می باشند. هزینه ساخت یک توربین بادی با قطر مشخص، در صورت افزایش تعداد پره ها زیاد می شود.انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدید پذیر، بطور گسترده ولی پراکنده در دسترس می باشد. تابش نامساوی خورشید در عرض های مختلف جغرافیایی به سطح ناهموار زمین باعث تغییر دما و فشار شده و در نتیجه باد ایجاد می شود. به علاوه اتمسفر کره زمین به دلیل چرخش، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که باعث ایجاد باد می شود. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد.
از انرژی های بادی جهت تولید الکتریسیته و نیز پمپاژ آبش از چاهها و رودخانه ها، آرد کردن غلات، کوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینها می توان استفاده نمود. استفاده از انرژی بادی در توربین های بادی که به منظور تولید الکتریسته بکار گرفته می شوند از نوع توربین های سریع محور افقی می باشند. هزینه ساخت یک توربین بادی با قطر مشخص، در صورت افزایش تعداد پره ها زیاد می شود.
توربینهای بادی چگونه کار می کنند ؟
توربین های بادی انرژی جنبشی باد را به توان مکانیکی تبدیل می نمایند و این توان مکانیکی از طریق شفت به ژنراتور انتقال پیدا کرده و در نهایت انرژی الکتریکی تولید می شود. توربین های بادی بر اساس یک اصل ساده کار می کنند. انرژی باد دو یا سه پره ای را که بدور روتور توربین بادی قرار گرفته اند را بچرخش در می آورد. روتور به یک شفت مرکزی متصل می باشد که با چرخش آن ژنراتور نیز به چرخش در آمده و الکتریسیته تولید می شود.

توربین های بادی بر روی برج های بلندی نصب شده اند تا بیشترین انرژی ممکن را دریافت کنند بلندی این برج ها به 30 تا 40 متر بالاتر از سطح زمین می رسند. توربین های بادی در باد هایی با سرعت کم یا زیاد و در طوفان ها کاملا مفید می باشند
همچنین می توانید برای درک بهتر چگونکی عملکرد یک توربین بادی به انیمیشنی که به همین منظور تهیه شده توجه کنید تا با چگونگی چرخش پره ها٬ شفت و انتقال نیروی مکانیکی به ژنراتور و در کل نحوه عملکرد یک توربین بادی آشنا شوید.
توربینهای بادی مدرن به دو شاخه اصلی می شوند :
1- توربینهای با محور افقی (که در شکل زیر نمونه ای از این نوع توربین ها را مشاهده می کنید)
2- توربینهای با محور عمودی .
می توان از توربینهای بادی با کارکردهای مستقل استفاده نمود، و یا می توان آنها را به یک " شبکه قدرت تسهیلاتی " وصل کرد یا حتی می توان با یک سیستم سلول خورشیدی یا فتوولتائیک ترکیب کرد. عموماً از توربینهای مستقل برای پمپاژ آب یا ارتباطات استفاده می کنند ، هرچند که در مناطق بادخیز مالکین خانه ها و کشاورزان نیز می توانند از توربینها برای تولید برق استفاده نمایند مقیاس کاربردی انرژی باد، معمولا ً تعداد زیادی توربین را نزدیک به یکدیگر می سازند که بدین ترتیب یک مزرعه بادگیر را تشکیل می دهند.
1- باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به کنترل کننده ها انتقال می دهد.
2- پره ها (Blades) : بیشتر توربین ها دارای دو یا سه پره می باشند. وزش باد بر روی پره ها باعث بلند کردن و چرخش پره ها می شود.
3- ترمز (Brake) : از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفاده می شود. عمل ترمز کردن می تواند بصورت مکانیکی ٬ الکتریکی یا هیدرولیکی انجام گیرد.
4- کنترولر (Controller) : کنترولر ها وقتی که سرعت باد به 8 تا 16 mph میرسد ما شین را٬ راه اندازی می کنند و وقتی سرعت از 65 mph بیشتر می شود دستور خاموش شدن ماشین را می دهند. این عمل از آن جهت صورت میگیرد که توربین ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به 65 mph می رسد حرکت کنند زیرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.
5- گیربکس (Gear box) : چرخ دنده ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و آنها از طرف دیگر همانطور که در شکل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل می باشند و افزایش سرعت چرخش از 30 تا 60 rpm به سرعتی حدود 1200 تا 1500 rpm را ایجاد می کنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامیست. هزینه ساخت گیربکس ها بالاست درضمن گیر بکس ها بسیار سنگین هستند. مهندسان در حال انجام تحقیقات گسترده ای می باشند تا درایو های مستقیمی کشف نماید و ژنراتورها را با سرعت کمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربکس نداشته باشند.
6- ژنراتور (Generator) : که وظیفه آن تولید برق متناوب می باشد.
7- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft) : که وظیفه آن به حرکت در اوردن ژنراتور می باشد.
8- شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft) : رتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن 30 تا 60 دور در دقیقه می باشد.
9- روتور (Rotor) : بال ها و هاب به روتور متصل هستند.
10- برج (Tower) : برج ها از فولاد هایی که به شکل لوله درآمده اند ساخته می شوند. توربین هایی که بر روی برج هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده اند انرژی بیشتری دریافت می کنند.
11- جهت باد (Wind direction) : توربین هایی که از این فن آوری استفاده می کنند در خلاف جهت باد نیز کار می کنند در حالی که توربین های معمولی فقط جهت وزش باد به پره های آن باید از روبرو باشد.
12- باد نما (Wind vane) : وسیله ای است که جهت وزش باد را اندازه گیری می کند و کمک می کند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشته باشد.
13- درایو انحراف (Yaw drive) : وسیله ایست که وضعیت توربین را هنگامیکه باد در خلاف جهت می وزد کنترول می کند و زمانی استفاده می شود که قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گیرد اما زمانی که باد در جهت توربین می وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی باشد.
14- موتور انحراف (Yaw motor) : برای به حرکت در آوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می گیرد

منابع
."E.ON completes world's largest wind farm in Texas" ‎Reuters، ۱ اکتبر ۲۰۰۹. بازبینی شده در آبان ۱۳۹۰
"طرح امید: آینده و محیط زیست"- اثر لستر براون- ترجمه حمید طراوتی- نشر جهاد دانشگاهی مشهد- چاپ اول ۱۳۸۷- ص۱۱
لستر براون ترجمه حمید طراوتی طرح امید: آینده و محیط زیست"- اثر لستر براون- ترجمه حمید طراوتی- نشر جهاد دانشگاهی مشهد- چاپ اول ۱۳۸۷- ص۱۱
"طرح امید: آینده و محیط زیست"- اثر لستر براون- ترجمه حمید طراوتی- نشر جهاد دانشگاهی مشهد- چاپ اول ۱۳۸۷- ص۱۱
لستر براون ترجمه حمید طراوتی طرح امید: آینده و محیط زیست"- اثر لستر براون- ترجمه حمید طراوتی- نشر جهاد دانشگاهی مشهد- چاپ اول ۱۳۸۷- ص۱۱
Wind Energy Conversion" 1996 , Proceedings of the 18 th BWEA Wind Energy Conference.

انرژی بادی و طراحی و ساخت نیروگاه بادی

169