با ۶ طراحی نوآرانه در توربین‌ های بادی آشنا شوید

انجمن بین‌المللی انرژی (IEA) در هفته‌ی گذشته اعلام کرد که برای نخستین بار، ظرفیت انرژی‌های تجدیدپذیر جهان از ظرفیت سوخت زغال سنگ پیشی گرفته است. انرژی باد سهم زیادی در تامین انرژی تجدیدپذیر جهانی دارد و نوآوری‌های اخیر در طراحی توربین‌های بادی جای هیچ شکی نگذاشته است که این نوع انرژی، سریع‌ترین روند رو به رشد را در بین انرژی‌های پاک پیموده است. با استفاده از فناوری‌های دوست‌دار محیط زیست، مهندسان موفق به توسعه‌ی دستگاه‌های جدیدتری شده‌اند که برای پرندگان هم ایمنی بیشتری به همراه داشته باشد. ضمن این که بعضی از توربین‌ها این قدرت را دارند که از هوای آرام و بی‌حرکت هم انرژی تولید کنند.

اولین توربین گردبادی جهان توسط یک مهندس ژاپنی به نام آتسوشی شیمیزو اختراع شد. این توربین می‌تواند با استفاده از طوفان‌های شدید، حجم زیادی از انرژی را تولید کند. بنا به تخمین شیمیزو، چنانچه انرژی این گردبادها مهار شود  انرژی کشورش تا ۵۰ سال آینده تامین می‌شود! توربین شیمیزو که شبیه یک دستگاه همزن آشپزخانه است شامل یک محور عمودی است که با استفاده از اثر مگنوس مسیر جریان باد را به شکل منحنی منحرف می‌کند و در برابر طوفان‌های قوی مقاوم است. نتایج آزمون‌های انجام شده بر مدل ساخته شده از ژنراتور این توربین، نتایج رضایت‌بخشی از خود نشان داده است. اکنون شیمیزو سعی دارد که سرمایه‌گذاران را برای ساخت نسخه‌ی عملی و بزرگ‌تر این توربین متقاعد کند تا انرژی مورد نیاز کشورها از طریق آن تامین شود.

یک توربین بادی، بدون وجود هیچ گونه نسیم و بادی چگونه می‌تواند کار کند؟ طبیعتا توربین‌های معمولی در این شرایط قادر به کار کردن نیستند. طی پروژه‌ی جدیدی که از سوی دو شرکت Max Bogl Wind AG و GE Renewable Energy ارایه شده است، توربین‌های پره‌ای سنتی با تکنولوژی برق آبی آمیخته شده و اولین منبع انرژی هیبریدی بادی-آبی را تولید کرده است. قرار است که این نوع توربین در جنگل Swabian-Franconian در آلمان نصب شود. طرح اولیه شامل پیاده‌سازی چهار توربین بادی با ظرفیت ۱۳.۶ مگاوات است. فاز اول، این انرژی از سال آینده به شبکه متصل خواهد شد و فاز دوم، یک نیروگاه انرژی برق آبی به ظرفیت ۱۶ مگاوات خواهد بود. این پروژه در سال ۲۰۱۸ به اتمام خواهد رسید.

اگرچه اکثر توربین‌های بادی روی زمین یا دریا به صورت ثابت نصب شده‌اند، اما نوآوری‌های اخیر این سال‌ها به طراحی توربین‌هایی منجر شده است که در ارتفاعات هوا کار می‌کنند. چرا که جریان باد در این قسمت سریع‌تر است. اولین توربین بادی جهان که در هوا مستقر است، در سال ۲۰۱۴ و بر فراز منطقه‌ی فیربنکس آلاسکا، شروع به کار کرد. این توربین با گاز هلیوم پر شده و شبیه به یک بالون غول‌پیکر به نظر می‌رسد. این توربین توسط یکی از استارتاپ‌های دانشگاه MIT به نام Altaeros Energies طراحی شده است و در فاصله‌ی ۳۰۰ متری زمین قرار دارد. توربین هلیومی این قابلیت را دارد که جریان باد را بین پنج تا هشت برابر قدرتمندتر از توربین‌های مستقر روی زمین جذب کند. این آزمایش ۱۸ ماهه نشان داد که توربین‌های هلیومی قدرت تامین انرژی چندین خانوار را دارند. ضمن این که قرار گرفتن این توربین‌ها در ارتفاعات می‌تواند امکان انتقال سیگنال‌های وای‌فای، تلفن و حسگرهای هواشناسی را فراهم کند.

در نظر گرفتن وضعیت ایمنی پرندگان، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در طراحی توربین‌های بادی در جهان است. از این رو، به منظور کاهش خطراتی که پرندگان را تهدید می‌کند، مهندسان توانسته‌اند توربین بدون پره‌ای به نام ورتکس را تولید کنند  که بیشتر از این که شبیه توربین بادی باشد، یک ستون بلند است. این نوع توربین انرژی را از طریق چرخش گردابه‌های ناشی از تلاطم هوا، تامین می‌کند و از آنجا که ژنراتورهای انرژی بادی آن، بلند و باریک هستند، تعداد بیشتری از آن‌ها در یک فضای مشخص جای می‌گیرند. سازندگان این توربین‌ها می‌گویند: ورتکس‌های بدون پره هزینه‌های تولید را ۵۳ درصد و هزینه‌های نگهداری را تا ۸۰ درصد نسبت به توربین‌های سنتی کاهش می‌دهد.

این نوع توربین بادی قادر است تا ۶۰۰ برابر انرژی بیشتری از آسیاب‌های بادی معمولی تولید کند. طراحی تونل مانند این توربین کمک می‌کند تا نسیم‌های ملایم با سرعت‌های کم جمع‌آوری شده و به سمت داخل توربین هدایت شوند. ژنراتور اینولوکس علاوه بر قابلیت تولید انرژی در شرایط بادی ضعیف، به علت نداشتن پره‌های چرخنده‌ی خارجی سرعت بالا، خطری برای حیات وحش محلی به حساب نمی‌آید. ضمن این که هزینه‌ی ساخت آن از توربین‌های بادی سنتی هم ارزان‌تر است.

یکی از قدیمی‌ترین ایده‌های مطرح شده در این زمینه، توسط یک نظامی بازنشسته‌ی ۸۹ ساله مطرح شد که خود از دوستداران حیات پرندگان بود. در سال ۲۰۱۲، ریموند گرین، ژنراتوری بادی به نام Catching Wind Power طراحی کرد که می‌تواند جریان باد را توسط دستگاهی که همانند یک بلندگوی بزرگ به نظر می‌رسد، جمع‌آوری کرده و سپس باد جمع‌آوری شده را به منظور انرژی بیشتر در توربین، فشرده کند. از طرفی چون این توربین فاقد اجزای متحرک خارجی است، هیچ گونه تهدیدی برای پرندگان یا خفاش‌ها شمرده نمی‌شود و نسبت به توربین‌های فعلی عملکرد ایمن‌تری دارد. از آنجا که گرین این سیستم را مقیاس‌پذیر طراحی کرده است، جای امیدواری وجود دارد که بتوان از آن برای تامین انرژی واحدهای مسکونی و صنعتی استفاده کرد.