توربین بادی چیست و چگونه کار می‌کند

توربین بادی خانگی
مقدمه :

منابع و اسناد تاریخی نشان می‌دهند انسان از دیرباز به نیروی بی پایان باد پی برده و همیشه در فکر مهار و کنترل و به اختیار گرفتن آن بوده است بود است و سال های متمادبا تلاش و کوشش توانسته از این انرژی برای به حرکت در آوردن کشتی ها و آسیاب های بادی بهره بگیرد. 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 استفاده می‌گردید (ایرانیان ۲۰۰ سال قبل از میلاد) از باد برای پمپاژ آب استفاده می‌ کردند. در قرن ۱۷ قبل از میلاد، حمورابی پادشاه بابل با کمک دانشمندان زمان خود طرحی ارائه داده بود تا بتوان به کمک آن دشت حاصلخیز بین النهرین را توسط انرژی باد آبیاری نمود. آسیاب هایی که آن زمان ساخته می‌شدند از نوع ماشین های محور قائم( عمودی) و شبیه به آن هایی هستند که امروزه آثار‌ آنها در اطراف خواف، گناباد و تایباد ایران به چشم می‌خورد.
این انرژی تا پیش از انقلاب صنعتی به عنوان یک منبع انرژی، به طور گسترده مورد بهره برداری قرار می‌گرفت، ولی در دوران انقلاب صنعتی استفاده از سوخت های فسیلی به دلیل ارزانی و قابلیت اطمینان بالا، جایگزین انرژی باد شد. تا این که در دهه های اخیر و با شوک های بزرگ نفتی، و ضربۀ به اقتصاد انرژی های حاصل از نفت و گاز باعث ایجاد تمایلات جدیدی در زمینۀ کاربرد تکنولوژی تجدید پزیر و به ویژه باد جهت تولید برق، پمپاژ آب و تأمین انرژی الکتریکی نواحی دور بوجود آمد.
همچنین با بروز، مشکلات زیست محیطی و مسائل مربوط به تغییر آب و هوای کرۀ زمین به علت استفاده از منابع انرژی فسیلی انگیزه دوستداران محیط زیست به استفاده از انرژی های جایگزین و علاقه برای پیدا کردن مسیر ها جدید جهت تامین انرژی از منابع ارزان و بی پایان شدت گرفت
امروزه کشورهای پیشرفته برنامه های ملی و ویژه ای را در این راستا آغاز کرده اند و سعی دارند بیشترین استفاده را از این انرژی تجدیدپذیر ببرند.
چگونگی ایجاد باد:
تابش نامساوی خورشید به سطوح ناهموار زمین باعث تغییراتی در دما و فشار در لایه های جوی می‌گردد و بر این اساس باد به وجود می‌آید. اتمسفر کرۀ زمین هم به دلیل حرکت وضعی زمین، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می‌دهد. جریانات اقیانوسی نیز به صورت مشابه عمل نموده و عامل ۳۰ ٪ انتقال حرارت کلی در جهان می‌باشند.
توربین بادی چیست؟
برای استفاده و کنترل نیروی باد به تجهیزاتی نیاز است که به آن توربین بادی به انگلیسی (Wind Turbine) گفته می‌شود. توربین ها وسیله هایی هستند که انرژی مکانیکی حاصل از انرژی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. نیروی باد باعث چرخش پره های توربین شده و‌ آنها را به حرکت در می‌آورد، این نیروی حاصل از چرخش پره ها توسط شفت به ژنراتور منتقل شده و در ژنراتور به برق تبدیل می‌شود.
توربین های بادی را می‌توان به صورت ترکیبی در دسته جات چند تایی استفاده کرد که اصطلاحا به آن “مزرعه باد” گفته می‌شود و توسط شرکت های بزرگ برای تامین انرژی پشتیبان مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر تولید انرژی الکتریکی که به آن اشاره شد، از این انرژی می‌توان برای آسیاب کردن دانه ها، پمپ کردن آب، شارژ کردن باتری ها و … استفاده کرد.
توربین‌های بادی شبیه پروانه‌های هواپیما هستند که حول یک نقطه می‌چرخند، با این تفاوت که توربین بادی ثابت است. در واقع، توربین‌ها انرژی محبوس در باد را گرفته و آن را به برق تبدیل می‌کنند.
پره‌های بزرگ روتور که در جلوی توربین بادی قرار گرفته‌اند، یک شکل منحنی مانند شبیه بال هواپیما دارند. زمانی که باد از روی این پره‌ها عبور می‌کند، نیرویی به سمت بالا به آن وارد خواهد کرد که به این نیرو نیروی «بَرآر» یا «لیفت» (Lift) گفته می‌شود. باد بخشی از انرژی جنبشی خود را از دست می‌دهد و توربین آن را به دست می‌آورد.
میزان انرژی تولیدی توربین به مساحت جاروب شده توسط پره‌های روتور بستگی دارد( قطر پره های توربین ). به بیان دیگر، هرچه طول پره‌های روتور بیشتر باشد، توربین انرژی بیشتری تولید می‌کند. واضح است که سرعت باد نیز تأثیر زیادی بر تولید این انرژی دارد؛ به طوری که اگر سرعت باد دو برابر شود، انرژی قابل استحصال موجود برای توربین هشت برابر می‌شود، زیرا انرژی باد با مکعب سرعتش ارتباط مستقیم دارد.
سرعت باد همواره تغییر می‌کند، بنابراین انرژی تولیدی از آن توسط یک توربین نیز متغیر است. اتصال تعداد زیادی توربین به یکدیگر در مزارع بادی و همچنین اتصال چندین مزرعه‌ی بادی و تشکیل یک شبکه‌ انرژی، منجر به یک منبع پایدارتر و قابل اعتمادتر خواهد شد.
در بین انرژی های تجدیدپذیر، انرژی باد یکی از اقتصادی ترین روش های تولید برق است که آلودگی نداشته و پایان ناپذیر است.
از طرف دیگر می‌توان به جاذبه های طبیعی و چشم انداز سیستم های انرژی بادی که در معرض دید افراد قرار می‌گیرند اشاره کرد که نمادی از انرژی پاک برای مردم تلقی می‌گردد. در ضمن از سطح زمینی که برای احداث مزرعۀ برق بادی اختصاص می‌یابد و ۹۰ ٪ آن قابل استفاده است.
توربین های دارای انواع مختلف می‌باشند که بطور عمده در دو گروه دسته بندی می‌گردند (توربین های عمودی و توربین های افقی ) و همچنین در تولید برق نیز توربینها دارای ژنراتور هایی با قابلیت تولید برق AC و یا برق DC طراحی و تولید می‌شوند. توربینهای در مقیاسهای متفاوت اندازه فیزیکی و قدرت تولید نیروی الکتریکی قابل دسترس می‌باشند که متدوال ترین آنها توربینهای کوچک یا خانگی هستند

توربین بادی خانگی(Homemade Wind Turbin)
توربین بادی خانگی ( توربین های کوچک توان پایین ) به توربین هایی گفته می‌شود که بصورت تجاری در کارخانه ها تولید ولی کاربرد و نصب آنها در مناطی مسکونی بوده و استفاده از انها آسان و پیچیدگی زیادی ندارد .
توربین بادی خانگی در دسته بندی توربین های سبک یا مقیاس کوچک قرار می‌گیرد و با توانهای متغیر تولید و عرضه می‌شود. اندازه توربین بادی وابسته به مقدار مصرف برق است.
مزایای توربین بادی خانگی
•  عدم نیاز به سوخت، زیرا انرژی باد رایگان و تجدید پذیر است.
•  کاهش آلودگی محیط زیست برای تولید انرژی
•  انطباق پیک تولید بر پیک مصرف برق
•  عدم نیاز به آب برای تولید انرژی

دردسترس بودن انرژی باد
اگر منابع باد کافی در منطقه خود داشته باشید، سیستم های کوچک برقی بادی یکی از مقرون به صرفه ترین سیستم های انرژی تجدیدپذیر خانگی هستند
بیشتر توربین های بادی کوچکی که امروزه تولید می‌شوند، توربین هایی با محور افقی و روبه باد، دارای سه تا پنج پره هستند. این تیغه ها معمولاً از ترکیب ماده کامپوزیتی مانند فایبرگلاس ساخته می‌شوند.
سازه توربین، ساختاری است که روتور، ژنراتور و دم به آن متصل می‌شوند. مقدار انرژی توربین در درجه اول با قطر روتور آن تعیین می‌شود. از آنجا که سرعت باد با افزایش ارتفاع افزایش می‌یابد، یک توربین بادی کوچک بر روی یک برج نصب می‌شود. به طور کلی، هرچه برج بالاتر باشد، سیستم باد می‌تواند انرژی بیشتری تولید کند. ( لازم به توضیح است سازنده هر توربین اندازه استاندار ارتفاء را تعیین می‌کند )
سرمایه گذاری های نسبتاً کم در افزایش ارتفاع برج می‌تواند نرخ بازگشت بسیار بالایی در تولید برق داشته باشد. به عنوان مثال، افزایش یک ژنراتور ۱۰ کیلوواتی از ارتفاع یک برج ۶۰ فوت به یک برج ۱۰۰ فوت شامل ۱۰٪ افزایش در هزینه کلی سیستم است، اما می‌تواند ۲۵٪ انرژی بیشتری تولید کند.
این برج ها دو نوع اساسی دارند: خود ایستا و مهاری. در توربین بادی خانگی غالبا از برج مهاری استفاده می‌شود که کمترین هزینه را دارند و نصب آن از برج های خود ایستا آسان تر است. با این حال، از آنجا که شعاع مهار باید نیم تا سه چهارم ارتفاع برج باشد، برج های مهاری نیاز به فضای کافی برای قرار دادن آنها دارند.
قطعات تعادل سیستم که برای یک سیستم الکتریکی بادی کوچک نیاز دارید – آنهایی که علاوه بر توربین بادی و برج – به کاربرد شما بستگی دارد. به عنوان مثال، قطعات مورد نیاز برای سیستم پمپاژ آب بسیار متفاوت از آنچه برای یک برنامه مسکونی نیاز دارید خواهد بود.
قطعات مورد نیاز تعادل سیستم نیز به اتصال شبکه، مستقل یا ترکیبی سیستم شما بستگی دارد. برای یک برنامه مسکونی متصل به شبکه، سیستم جانبی ممکن است شامل موارد زیر باشد:

اجرای تشکیل دهنده توربین بادی :

1- بخش دوار یا روتور (Rotor)

2-بخش استاتور یا سیم پیچ تولید برق (Stator)

3- بستر یا پوسته (Nacelle)

4- پره یا ایرفول (Aerofoil)

5- پایه (Tower)

6- سیستم انتقال قدرت