دانلود مقاله انرژی باد

عرضه و تقاضای انرژی در جهان به صورت یکی از مهمترین مسائل روز درآمده است، به طوری که جهان تا پایان این قرن هم ممکن است با آن مواجه باشد. انرژیهای فسیلی مانند نفت و گاز و زغال سنگ روزی تمام خواهند شد و با پایان گرفتن آن چرخ تمدن بشری که بستگی مستقیم به انرژی دارد متوقف خواهد گشت. این امر سبب گشته است که کشورهای توسعه یافته صنعتی با جدیت هر چه تمامتر استفاده از سایر انرژی های موجود در طبیعت را مورد توجه قرار دهند. استفاده از انرژی خورشید، باد، جزر و مد، گرمای درون زمین و ... که به نام انرژی های نو موسومند مستلزم کار و کوشش و تحقیقات زیادی میباشد که باید از قبل انجام شده باشد. کشورهای توسعه یافته سالهاست که مطالعات دامنه داری را در این زمینه شروع کرده اند. چون موضوع انرژی یک مساله ی جهانی است و با تمام افراد کره ی زمین ارتباط مستقیم دارد، لازم است ابتدا مسائل آن را از همه ی جهات یک به یک مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و با آن با یک دید جهانی برخورد نمائیم. برای درک سیستم انرژی از نقطه نظر فیزیکی لازم است مراحلی را که انرژی در جریان تبدیل و بهره‌برداری نهایی می پیماید بدانیم.
« انرژی اولیه» انرژیی است که از طبیعت بدست آمده باشد مانند انرژی آب سدها، نفت، زغال سنگ و ... به ندرت ممکن است این انرژی صورت «انرژی نهایی» یعنی انرژی آماده برای مصرف را داشته باشد.
یکی از انواع انرژی آماده برای مصرف، گاز طبیعی است و به همین جهت بسیار مورد توجه قرار دارد. اکثر انرژی های اولیه را باید به انرژی ثانویه بدل کرد تا بتوان از آن استفاده نمود. الکتریسیته و بنزین جز این دسته محسوب میشوند. برای اینکه انرژی به سهولت به دست مصرف کننده برسد باید در آن تغییراتی داده شود که به آسانی قابل انتقال و حمل و نقل بوده تا مورد استفاده قرار گیرد. در بسیاری موارد برای رساندن انرژی به دست مصرف کننده، از شبکه های برق فشار قوی، لوله های گاز رسانی و سرانجام سیستم های گرمائی استفاده میشود. سوختهای مایع به دلیل سهولت حمل و نقل و ذخیره کردن آنها مورد توجه قرار دارند.
با افزایش روز افزون جمعیت جهان و محدود بودن منابع انرژی، کلیه ی کشورها با مشکل انرژی روبرو هستند. انرژی برای همه ی مردم مساله ای است اساسی، انرژی در تمام شئون جامعه ی انسانی رسوخ کرده است، جنبه های مختلف آن از زندگی روزانه ی خانوادگی گرفته تا سیاست جهانی و بین المللی و طرح های توسعه ی ملّی را تحت تاثیر قرار داده است. انرژی در سالهای اخیر به علت پدیده ای که «بحران جهانی انرژی» نام گرفته اهمیت زیادی کسب کرده است و انرژی بادی یک از انرژی‌های مهم به شمار می رود که به آن می پردازیم.
بادهای جهان جمعاً حدود TW 2700 انرژی در خود نهفته دارند. هزاران سال است که انسان برای بدست آوردن جز بسیار کوچکی از این انرژی، از آسیاب های بادی استفاده میکند. در سالهای اخیر با بالا رفتن قیمت انرژی های فسیلی، دوباره اذهان متوجه نیروی بادی شده است. انرژی بادی به علت رایگان بودن و آلوده نساختن محیط زیست بیشتر مورد توجه قرار دارد. استفاده از نیروی باد برای نیازهای محلی بسیار مناسب است. از TW 2700 انرژی موجود در باد حدود آن در 100 کیلومتری زمین قرار دارد.با احداث مبدل های بادی در سراسر جهان حداکثرTW 40 انرژی می توان به دست آورد. با این حال حتی 10 درصد این مقدار انرژی یعنی TW 4 از ظرفیت کلی انرژی آبی بیشتر است. قبل از نصب دستگاه توربین بادی لازم است نقاط باد خیز تعیین و مطالعاتی در خصوص شدت و دوام باد در طول سال به عمل آید و دستگاه توربین بادی در مکانی نسب شود که با دبه اندازه ی کافی در اکثر فصول سال وجود داشته باشد. از یک توربین بادی با محور افقی برای آب کشی از چاه و از یک توربین بادی با محور قائم برای تولید برق استفاده میشود. در مناطق باد خیز میتوان با استفاده از انرژی باد و نصب توربین های با محور افقی و قائم که ساخت آن بسیار ساده است برای کشیدن آب از زیر زمین و یا تولید برق استفاده کرد.
این صنعت امروزه به سرعت در حال رشد است و در بسیاری نقاط جهان زمین های وسیعی را که در معرض باد زیاد هستند به نام «مزرعه ی باد» نامگذاری کرده و با باد، الکتریسیته تولید می نمایند. این نیرو آن قدر زیاد شده که انرژی آن مستقیماً به شبکه ی تغذیه ی شهرها متصل شده است.
امید به آن است که در آینده ای نه چندان دور هموطنان عزیز استفاده از انرژی های نو و به خصوص انرژی باد را جدی بگیرند و در رفع نقائص و مشکلات آن بکوشند تا این انرژی ارزان و بی پایان بیش از پیش مورد استفاده ی مردم عزیز کشورمان قرار گیرد.
بشر از زمانهای بسیار دور به نیروی لایزال باد پی برده بود، آسیاب های بادی و کشتی های بادی که هزاران سال قبل معمول بود گویای این امر است.
طبق اسناد و مدارک موجود اولین کرجی که با نیروی باد حرکت میکرد توسط مصریان ساخته شد و اولین آسیاب بادی برای آرد کردن غلات 200 سال قبل از میلاد مسیح توسط ایرانیان بنا گردید. هم اکنون تعدادی آسیاب بادی در روستاهای بین خواف و تایباد وجود دارد که به کار مشغولند.
آسیاب های بادی اولیه با محور قائم بودند، بعد از مدتی آسیاب های بادی با محور افقی و پروانه های سه گوش باد بزنی معمول گشت، هنوز هم نمونه هایی از این آسیاب ها را می توان در نواحی مدیترانه پیدا کرد.
در قرن 11 میلادی در خاورمیانه آسیاب های بادی استفاده های گوناگونی شد. آسیاب های بادی در قرن 13 میلادی به کشورهای اروپایی راه یافت. در 5000 سال قبل یک کرجی با نیروی باد در رود نیل حرکت میکرد. این قدیمی ترین نقشه در خصوص استفاده ی انسان از نیروی باد برای حرکت در روی آب میباشد. نصب بادبان به یک محور مرکزی که با استفاده از نیروی باد، تولید نیروی چرخشی میکرد بعداً انجام گرفت و بشر به وسیله آن توانست نیروی لازم را برای آبکشی جهت آبیاری، آرد کردن غلات و سرانجام اره کردن چوب به دست آورد.

آسیاب های بادی با محور قائم:
چنانکه اشاره شد ایرانیان اولین کسانی بودند که در حدود 200 سال قبل از میلاد مسیح برای آرد کردن غلات از آسیاب های بادی با محور قائم استفاده کردند.

آسیاب های بادی با محور افقی:
آسیاب های بادی با محور افقی در قرن دوازدهم میلادی ساخته شدند. آسیاب بادی با محور افقی که بادبان های سه گوش آن به وسیله 10 دیرک چوبی نگاهداری میشود، این آسیاب هم اکنون در کشور یونان برای آرد کردن غلات به کار مشغول است.

در ادامه خلاصه اقداماتی را که کشورهای مختلف جهان برای مهار کردن نیروی باد و گرفتن انرژی از این منبع لایزال بعمل آورده اند، ذکر میکنیم.

تجربه ی ایرانیان:
دیدیم ایرانیان اولین کسانی بوده اند که در 2200 سال قبل از توربین های بادی با محور قائم استفاده کرده اند. باد های جنوب ایران و استفاده از نیروی به خصوص بادهای سیستان از قدیم مورد توجه بوده است، چنانکه ابوالحسن علی بن حسین مسعودی، در مروج الذهب و معادن الجواهر مینویسد:
دیار سیستان دیار باد و ریگ است و همان شهر است که گویند باد آنجا آسیاب ها گرداند و آب از چاه کشد و باغها سیراب کند و در همه ی دنیا شهری نیست که بیشتر از آنجا از باد سود برد و خدا داناتر است.
ابن حوقل، در صوره الارض می نویسد:
در سیستان بادهای سخت مداوم می وزد و به همین سبب در آنجا آسیاب های بادی برای آرد کردن گندم ساخته اند. این بادها ریگها را از جایی به جای دیگر می برند (ریگ روان) و مردم آنجا با استفاده از تجارت گذشتگان که بر پایه ی دانش هندسه استوار است سرزمین خود را از خطر ریگ روان نگه می دارند، و اگر این مراقبت نمی بود، ریگ، شهرها و دیه ها را نابود میکرد و من شنیدم که مردم آنجا وقتی بخواهند ریگ را از جایی به جای دیگر، بی آنکه زمین مجاور را فرا گیرد منتقل کنند، در نزدیک ریگ، تپه و دیوارهایی از چوب و خار و جز آن تعبیه کنند و در پایین آن در برابر باد دری قرار دهند، باد از آنجا داخل شده و آن را می پراکند و در بالای آن چون گردبادی می سازد و ریگ را در جایی که منظور ایشان است منتقل میکند.
در ایران در 20 سال اخیر تلمبه های بادی برای آبکشی از چاه ساخته شده است که این تلمبه ها در مراتع کشور برای تهیه ی آب مورد نیاز دام و همچنین کمک به حیات وحش نصب گردیده است.

تجربه آمریکایی ها:
تایفه ی قرن 19 بیش از 6 میلیون آسیاب بادی کمتر از 1 قوه اسب در امریکا ساخته شد که برای تولید برق و آبکشی از چاه مورد استفاده قرار گرفت و اکنون بیش از 150 هزار از آنها به کار مشغول است.
آسیاب های بادی معمولی که برای آبکشی از چاه ساخته شده اند از نوع پره های بادبزنی است که 6/3 تا 8/4 متر قطر پره های آن میباشد. این آسیاب بادی دارای محور افقی است و به وسیله ی دم پره ای شکلی شبیه باد نما همواره توربین را مقابل باد قرار می دهد تا حداکثر باد به توربین برسد. محور افقی توربین به وسیله جعبه دنده با محور قائم تلمبه در ارتباط میباشد که آن را برای آبکشی از چاه بالا و پایین می برد.
آسیاب های بادی کوچکی که برای تولید برق به کار می روند دارای 2 یا 3 پره میباشند که توسط جعبه دنده ای ژنراتور برق جریان مستقیمی را به حرکت در می آورند. برای ذخیره کردن انرژی برق تولید شده اغلب از تعدادی باتری استفاده میشود.
هنوز تعداد زیادی آسیاب بادی برای آبکشی از چاه در غرب آمریکا به کار مشغولند. بعد از اینکه «اداره ی برق روستایی» آمریکا توانست در دهه 1930 شبکه ی برق مرکزی را به وجود بیاورد و برق مورد نیاز مزارع را تامین کند، توربین های بادی مولد برق برچیده شدند.
بیشترین مولدهای بادی برقی که تا به امروز در امریکا ساخته شده توسط کارخانه smith- putman machine بوده است. پس از یک مطالعه ی طولانی در دهه 1930 palmer putman به این نتیجه رسید که ماشینهای بزرگ کمترین هزینه را برای تولید انرژی در بردارند. با مساعدت متخصص برجسته آئرودینامیک دانشگاه تکنولوژی کالیفرنیا به نام Theodore von karman و به اتفاق اعضای اداری دانشگاه تکنولوژی ماسا چوست (M.I.T) توربین بادی بزرگی طراحی شد تا به شبکه ی برق موجود در «کمپانی خدمات ملی و رمونت مرکزی» برق بدهد.
کمپانی morgan smith در دهه ی 1940 این توربین را ساخت و مورد استفاده قرار داد. این توربین بادی باد و پره ی بزرگ به قطر 53 متر با وزن رو تور 16 تن با سرعت 28 دور در دقیقه MW 25/1 برق مستقیم تولید میکرد.
این توربین بعد از چند سال کار کردن، در مارس 1345 یکی از پره های عظیم آن از قسمتی که به رو تور متصل بود شکست، جایی که یک نقطه ضعیف قبلی وجود داشت و به علت کمبود مواد اولیه در زمان جنگ جهانی دوم این قسمت ضعیف ترمیم نشده بود.

تجربه ی دانمارکی ها:
اواخر قرن نوزدهم در حدود 3000 آسیاب بادی برای امور صنعتی و در حدود 30000 آسیاب بادی دیگر برای استفاده ی منازل و مزارع در دانمارک به کار مشغول بود. کل نیروی تولیدی این آسیاب ها در حدود 200 مگا وات بود. در سال 1890 میلادی دولت دانمارک برنامه ی وسیعی را برای ساختن آسیاب های بادی بزرگ مولد برق به مورد اجرا گذاشت. در سال 1910 تعداد زیادی آسیاب بادی که توسط پروفسور لاکور طراحی گشته بود، ساخته شد. آسیاب های بادی که طبق این طرح ساخته شدند شامل برجی به ارتفاع 24 متر بودند که یک توربین بادی 4 پره را به قطر 5/22 متر نگاه می داشتند. این توربین ها به کمک محور و جعبه دنده، ژنراتور برق را به قدرت 5 تا 25 کیلو وات در پایین برج به حرکت در می آوردند.
در سالهای بین جنگ جهانی اول و جنگ جهانی دوم ساخت آسیاب های بادی مولد برق در دانمارک پیشرفت قابل ملاحظه ای کرد به طوریکه بهای تمام شده ی برق از این طریق با برق تولیدی از طریق موتور دیزل برابر گشت.
بعد از جنگ جهانی دوم دانمارکی ها سه دسته آسیاب بادی مولد برق به قدرت های 12و45و200 کیلو واتی را مورد آزمایش قرار دادند این واحدها تا سال 1960 میلادی با موفقیت به کار مشغول بودند و برق تولیدی آنها به شبکه ی برق داده می شد. از این زمان به بعد چون بهای برق تولیدی از طریق توربین های بادی 2 برابر بهای برق تولید شده از طریق نیروگاه های بخاری بود، از کار کردن آنها جلوگیری بعمل آمد.
در این کشور قرار است تعدادی آسیاب بادی در 2 تا 3 کیلومتری جزیره ی لوند بر سکوهایی در دریا نصب شود. پیش بینی میشود که انرژی حاصل از این نوع آسیاب بادی 60 تا 70 درصد بیشتر از آسیاب بادی زمینی باشد. کشور دانمارک امیدوار است تا اواخر قرن حاضر 10 درصد الکتریسیته اش را از طریق نیروی باد تامین کند.

تجربه ی فرانسوی ها:
فرانسوی ها توربین بادی مولد برق سه پره ای بزرگی با محور افقی ساخته اند که در نزدیکی پاریس نصب شده است. این توربین بین سالهای 1958 تا 1966 میلادی به طور متناوب به کار مشغول بوده است. نیروی برق ژنراتور توربین به کمک یک ترانسفورماتور بالا برنده و یک خط 15 کیلومتری به شبکه بر ق Kv 60 منتقل میشود. فرانسوی ها دو واحد توربین بادی مولد برق دیگر در سن رمی جنوب فرانسه نصب کرده اند. فرانسوی ها در این دوره از زمان توربین های بادی با محور قائم نیز ساخته اند.

تجربه ی روس ها:
روس ها در سال 1931 میلادی توربین بادی پیشرفته ای به قدرت Kw 100 در یالتا کنار دریای سیاه ساختند که به شبکه ی برق مولد بخاری 6300 ولت به قدرت MW20 که به فاصله ی 32 کیلومتری قرار داشت، متصل میشد. انرژی سالانه ی این توربین بادی در حدود 280000 کیلو وات ساعت بود. ژنراتور برق و دستگاه کنترل آن بالای برج 30 متری قرار داشت. سرعت رو تور توربین با تغییر زاویه ی پره های آن انجام می گرفت. پایه ی فلزی مورب برج روی نرده ای در زمین قرار داشت که مسیر دایره شکلی را طی میکرد تا رو تور توربین را همواره در جهت باد قرار دهد. در سال 1930 نیز روس ها تصمیم به ساخت توربین بادی مولد برق دیگری به قدرت MW5 گرفتند که هرگز عملی نشد.

دانشنامه کلمات:

• الکتریسیته

  

  مجموعه‌ای از پدیده‌های طبیعیست که به حضور و جریان بار الکتریکی وابسته است. الکتریسیته آثار معروف متنوعی چون آذرخش، الکتریسیته ساکن، القای الکترومغناطیسی و جریان الکتریکی دارد