1-1- مقدمه
گستردگی
نیاز انسان به منابع انرژی همواره از مسایل اساسی ومهم در زندگی بشر بوده
است وتلاش برای دستیابی به یک منبع تمام نشدنی انرزی 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 واز آن استفاده کند.ولی از آنجایی که این نیرو بسیار ضعیف ومحدود
است انسان همواره در تصورات خود نیرویی تمام نشدنی را جستجو می کرد که
همواره در هر زما ومکان در دسترس باشد .کم کم با پیشرفت تمدن بشری .چوب
وپساز ان از ذغل سنگ وگاز وارد بازار انرزی شد. اما به دلیل افزایش
روزافزون نیاز به انرزی ومحدودیت منابع فسیلی ازیک سو و افزایش آلودگی محیط
زیست ناشی ازسوزاندن این منابع از سوی دیگر استفاده از انرژیهای تجدید
پذیر را به خود معطوف کرده بود به طوری که وی همواره به فکر کاربرد این
انرزی در صنعت بوده است .بشر انرزی باد را برای به حرکت در آوردن قایق ها
وکشتی های بادبانی وآسیابهای بادی استفاده می کرده است .در شرایط کنونی نیز
با توجه به موارد ذکر شده وتوجیه پذیری اقتصادی انرزی باد در مقایسه با
سایر منابع انرژیهای نو پرداختن به انرزی بادی امری ضروری به نظر می رسد.در
کشور ما ایران قابلیتها و پتانسیلهای مناسبی جهت نصب وراه اندازی
توربینهای برق بادی وجود دارد .که باتوجه به –
ان وتحقیقات و مطالعات وسرمایه گذاری که در این زمینه صورت گرفته است
توسعه وکاربرد این تکنولوژی چشم انداز روشنی را فراروی سیاست گذاران بخش
انرزی کشور در این زمینه قرار داده است.
1-2-انرژی باد
انرژی
باد نظیر سایر منابع انرژی تجدید پذیر از نظر جغرافیایی گسترده و در عین
حال به صورت پراکنده و غیر متمرکز وتقریبا همیشه در دسترس می باشد.انرزی
باد طبیعتی نوسانی و متناوب دارد ووزش دایمی ندارد.هزاران سال است که انسان
با استفاده از آسیابهای بادی تنها جز بسیار کوچکی از آن را استفاده کرده
است. این انرزی تا پیش از انقلاب صنعتی به عنوان یک منبع انرژی به طور
گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است .
ولی
در دوران انقلاب صنعتی استفاده از سوختهای فسیلی به دلیل ارزانی وقابلیت
اطمینان بالا جایگزین انرزی باد شد. در این دوره توربینهای بادی قدیمی دیگر
از نظر اقتصادی قابل رقابت با بازار انرژیهای نفت وگاز نبوده . تا این که
در سالهای 1973و1978 دو شوک بزرگ نفتی ضربه بزرگی به اقتصاد انرژی های حاصل
از نفت وگاز وارد کرد وبه این ترتیب هزینه انرزی تولید شده به وسیله
توربین بادی های بادی در مقایسه با نرخ جهانی قیمت انرژی بهبود یافت.
پس
از آن مراکز وموسسات تحقیقاتی وآزمایشگاههای 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 ی
کاربرد تکنولوزی انرژی باد جهت تولید برق متصل به شبکه شد همچنین در سالهای
اخیر مشکلات زیست محیطی ومسایل مربوط به تغییر آب وهوای کره زمین به علت
استفاده از منابع انرژی فسیلی بر شدت این تمایلات افزوده است . از سال
1975پیشرفتهای شگرفی در زمینه توربینهای بادی در جهت تولید برق به عمل آمده
است. در سال 1980 اولین توربین بادی متصل به شبکه سراسری نصب گردید. بعداز
مدت کوتاهی اولین مزرعه برق بادی چند مگاواتی در امریکا نصب وبه بهره
برداری رسید.
در پایان سال 1990 ظرفیت توربینهای بادی متصل به شبکه جهان به 200مگا وات رسید که این توانایی تولید سالانه GWh
3200 برق را داشته است که تقریبا تمام این تولید مربوط به ایالت
کالیفرنیای آمریکا وکشور دانمارک بود.امروزه کشورهایی دیگر نظیر هلند .
آلمان وبریتانیا وایتالیا و اسپانیا وکشورهای آسیایی مانند هند وچین برنامه
های ملی ویژه ای را در جهت توسعه وعرضه 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 کارایی و قابلیت
اطمینان بیشتری در مقایسه با 15 سال پیش برخوردارند.
در
مباحث مربوط به انرزی باد بیشتر تاکیدات بر توربین های بادی مولد برق جهت
اتصال به شبکه است زیرا این نوع کاربرد انرژی باد می تواند سهم مهمی در
تامین برق مصرفی جهان داشته باشد.بر اساس پیش بینی های صورت گرفته توسط
انجمن جهانی انرژی باد (WWEA)
انرزی بادی تا سال 2020قادر به تامین 12درصد از برق مصرفی جهان خواهد
بود.وهمچنین ظرفیت نصب شده جهانی در این سال به حد اقل 1500گیگاوات خواهد
رسید.به طور کلی با استفاده از انرژی باد به عنوان یک منبع انرژی در دراز
مدت می توان دوبرابر مصرف انرزی الکتریکی فعلی جهان را تامین کرد.
1-3-مزایا ودلایل بهره برداری از انرژی باد
انرژی
باد نیز مانند سایر منابع انرزی تجدید پذیر از ویژگیها ومزایای بالاتری
نسبت به سایر منابع انرزی برخوردار است که اهم این مزایا عبارتند از:
1-رایگان بودن انرژی باد
2-عدم نیاز توربینهای بادی به سوخت که در نتیجه از میزان مصرف سوختهای فسیلی می کاهد.
3-تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی
4-کمتر بودن هزینه های جاری وهزینه های مربوطبه سرمایه گذاری انرژی باد در بلند مدت نسبت به سایر انرژی های نو
5-عدم نیاز به آب
6-نداشتن آلودگی زیست محیطی
7-قدرت مانور زیا د . جهت بهره برداری در هر ظرفیت اندازه(از چند وات تا چندین مگاوات)
8- عدم نیاز به زمین زیاد برای نصب
9-ایجاد اشتغال
10- افزایش قابلیت اطمینان
نمودار 1- 1: هزینه بهره برداری از انرژهای مختلف
1-4- منشا انرژی باد
هنگامی
که تابش خورشید به طور نا مساوی به سطوح ناهموار زمین می رسد سبب ایجاد
تغییرات در دما وفشار می گردد و در اثر این تغییرات باد به وجود می
آید.همچنین اتمسفر 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 کرده وعامل 30 درصد از انتقال
حرارت کلی در جهان است .در مقیاس جهانی این جریانات اتمسفری به صورت یک
عامل قوی جهت انتقال حرارت و گرما عمل می کند .دوران کره زمین نیز می
توانددر برقراری الگوهای نیمه دایم جریانات سیاره ای در اتمسفرانرژی مضاعف
ایجاد کند.پس همانطور که عنوان شد باد یکی از صورتهای مختلف انرژی حرارت
خورشیدی می باشد که دارای یک الگوی جهانی پیوسته می باشد. تغییرات سرعت باد
ساعتی و روزانه وفصلی بوده و متاثر از هوا و توپوگرافی سطح زمین می باشد.
بیشتر منابع انرژی باد در نواحی ساحلی و کوهستانی واقع شده اند.
1-5- توزیع جهانی باد
به طورکلی جریان باد در جهان دارای دو نوع توزیع می باشد.
1-5-1- جریان رادبی
بین عرضهای جغرافیایی 30 درجه شمالی و30 درجه جنوبی ˛هوای
گرم شده در استوا به بالا صعود کرده وهوای سردتری که از شمال وجنوب در می
آید جایگزین آن می شود.این جریان را چرخش هادلی می نامند.در سطح زمین این
جریان بدین معنی است که بادهای سرد به اطراف استوا می وزدو از طرف
دیگرهوایی که در 30 درجه شمالی و30 درجه جنوبی به پایین می آید خیلی خشک است وبه دلیل آنکه سرعت دوران زمین در عرض های جغرافیایی به مراتب کمتر از سرعت دوران در استوا است ˛ به سمت شرق حرکت می کند. معمولا در این عرض های جغرافیایی نواحی بیابانی مانند صحرا قرار دارند.
1-5-2- جریان چرخشی راسبی
بین عرض های جغرافیایی 30 دجه شمالی(جنوبی) و 70 درجه شمالی(جنوبی)
عمدتا بادهای غرب 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.شکل(1-1)
شکل 1-1: توزیع جهانی باد
1-6- پتانسیل باد در ایران
کشور
ایران 195/648/1 کیلومتر وسعت دارد ودر غرب قاره آسیا واقع شده و جزو
کشورهای خاور میانه محسوب می شود .در مجموع محیط ایران 8731کیلومتر می
باشد. حدودا 90 درصد خاک ایران در محدوده فلت ایرا ن واقع شده است .
بنابراین ایران کشوری کوهستانی محسوب می شود. بیش از نیمی از مساحت ایران را کوه ها و ارتفاعات ˛ یک
چهرم را صحرا وکمتر از یک چهارم را اراضی قابل کشت تشکیل می دهند. ایران
دارای آّّب وهوای متنوع ومتفاوت بوده وبا مقایسه نقاط کشور این تنوع را به
خوبی می توان مشاهده کرد.
ارتفاع
کوههای شمالی و غربی وجنوبی به قدری زیاد است که از تاثیر بادهای دریای
خزرو دریای مدیترانه و خلیج فارس در نواحی داخلی ایران جلو گیری می کند. به
همین سبب دامنه های خارجی این کوهها دارای آب وهوای مرطوب و دامنه های
داخلی آن خشک می باشند. در رابطه با باد های ایران می توان گفت که ایران با
موقعیت جغرا فیایی که دارد در آسیا بین شرق و غرب و نواحی گرم ومعتدل جنوب
و معتدل شمالی واقع شده است ود مسیر جریانهای عمده هوایی بین آسیا و اروپا
و آفریقا و اقیانوس هند واطلس است که تا کنون آنچه مسلم است قرار گرفتن
ایران در مسیر جریانهای مهم هوایی زیر می باشد.
1. جریان مر کز فشار آسیای مرکزی در زمستان
2. جریان مرکز فشار اقیانوس هند در تابستان
3. جریان غربی از اقیانوس اطلس و دریای مدیترانه در زمستان
4. جریان شمال غربی در تابستان
در مطالعات اولیه صورت گرفته توسط ساز مان انرژی های نو ایران در بررسی میدانی در45سایت در 26 منطقه از کشور ˛ پتانسیل انرژی بادی کشور 6500 مگاوات بر آورد گردیده بود.
تکمیل
فاز صفر اطلس باد کشور در سال 85 آغاز ودر چهار مرحله تعریف گردید که با
اتمام این مراحل وجمع آوری اطلاعات موجود واجراء برنامه نرم افزاری KLIMM در
مرحله اول فاز صفر اطلس رنگی کشور تهیه و پس از آن با اطلاعات 80 ایستگاه
زمینی دیجیتال ثبت اطلاعات باد در دوره های زمانی 10 دقیقه ای وبرداشت
اطلاعات آن نقشه رنگی اطلس بادکشور تهیه گردید.
اطلاعات
برداشت شده در ایستگا ههای ثبتامار باد در ارتفاعات 10و30و40 متری بوده
ودر دوره های زمانی 10دقیقه ای نسبت به ثبت دیجیتال اطلاعات سرعت وجهت باد و
همچنین درجه حرارت ورطوبت نسبی هوا وشدت تابش خورشیدی اندازه گیری می
گردد.در تصویر(1-2) مکان ایستگاههای فوق مشاهده می گردد. در این پروژه
میزان انرژی قابل استحصال بادی کشور بالغ بر 18000 مگا وات تخمین زده شده
است. این اطلس به منظور شناسایی نواحی مستعد جهت احداث نیرو گاه بادی تهیه
شده است.
شکل 1-2: اطلس بادی ایران
1-7-هزینه های زیست محیطی
گسترش
روز افزون نیاز به انرزی ومحدودیت منابع فسیلی و افزایش آلودگی محیط زیست
ناشی از سوزاندن این منابع وبحث گرم شدن هوا واثرات پدیده گلخانه ای و
همچنین ریزش باران های اسیدی وضرورت متعادل نمودن دی اکسید کربن ˛ همگی لزوم صزفه جویی در مصرف سوختهای فسیلی و توجه به استفاده ازمنابع انرژی تجدید پذیررا ایجاب می کند.
در
بین انرژیهای تجدید پذیر انرژی بادی یکی از اقتصادی ترین روشهای تولید برق
بوده که آلودگی محیط زیست نداشته و پایان نا پذیر می باشد. طبق آمار موجود
تولید هر کیلو وات ساعت انرژی الکتریکی از باد می تواند از انتشار حودو یک
کیلو گرم دی اکسید کربن در مقایسه با نیرو گاههای سوخت فسیلی جلوگیری
نماید.بطور کلی با جایگزینی هر یک درصد از انرژی برق بادی با انرژی برق
تولیدی از نیرو گاههای سوخت فسیلی می توان حدود 3 درصد از انتشار گازهای
گلخانه ای کاست. بهعنوان نمونه در منطقه منجیل ها توربین 500کیلووات در سال
000/500/1کیلووات ساعت انرژی برق تولید می نماید که باعث کاهش آلا ینده
های محیط زیست به مقدار زیر می شود.
CO2=1275000 KG
SO2=4350KG
NOX=3900 KG
82500 KG =خاکستر
در
زمانی که برق مورد نیاز شبکه توسط توربین های برق بادی تزریق می شود برق
تولیدی سایر نیرو گاهها کاهش یافته از این رو در مصرف سوخت فسیلی این
نیروگاهها صزفه جویی می گردد که با توجه به میزان تزریق برق بادی به شبکه
از انتشار آلاینده های محیط زیست کاسته خواهد شد که بر اساس ضرایب EPA (ENERGY PROTECTION AGENCY) آمریکا ˛ هزینه های اجتماعی سه آلاینده مهم که در بالا ذکر شد هر کیلو گرم به ترتیب معادل 05/0و 2/35و16دلار می باشد .
1-8-محدودیت های تولید
میزان
انرزی الکتریکی تولیدی توسط نیرو گاههای بادی می تواند به شدت چهار مقایس
زمانی ساعت به ساعت و روزانه و فصلی وابسته باشد.این میزان به تحولات آب
وهوایی