هر آنچه بايد درباره انرژي بادي و توربين‌ هاي بادي بدانيد

براي ادامه توسعه‌ي انساني، ما در نهايت بايد منابع انرژي تجديدپذير يا عملا پايان‌ناپذيري پيدا كنيم. حتي اگر تصور كنيد كه ذخيره‌ي نفت و گاز و ذغال سنگي براي صد يا هزار سال داريم، باز هم نمي‌توان به آن اكتفا كرد. به‌جز پيدا كردن راهي كه بتوانيم بدون گرم شدن كره‌ي زمين اين منابع انرژي را بسوزانيم، بعد از تخليه‌ي اين منابع چه ‌اتفاقي مي‌افتد؟

حتي ظاهرا منبع انرژي پايان‌ناپذيري مانند فيوژن (هم‌جوشي هسته‌اي) مقادير بسيار بالايي حرارت زايد، توليد مي‌كند. اين گرماي اضافي به‌اندازه‌اي است كه مي‌تواند روي اكوسيستم و موجودات زنده تاثيراتي مضري داشته باشد. در واقع، ما انسان‌ها مشغول انجام يك آزمايش زيستي/شيميايي در سراسر جهان هستيم و فرزندان ما، احتمالا همان سوژه‌هاي آزمايش هستند.

عادت‌هاي كنوني مصرف انرژي ما، سياره‌اي كاملا متفاوت را نسبت به‌چيزي كه خودمان مي‌شناختيم، براي فرزندان ما و نسل‌هاي بعد به ميراث مي گذارد. اكنون در دوره‌اي هستيم كه عصر تغييرات اقليمي لقب گرفته و شايد همين حالا كه اين مطلب را مي‌خوانيد، حتما گرمايي را تحمل مي‌كنيد كه در طول عمرتان بي‌سابقه بوده، اين‌ها اولين موج‌هاي گرماي ناشي از انفجارِ انتشار گازهاي گلخانه‌اي به جو كره زمين هستند.

يكي از حوزه‌هايي كه سرمايه‌گذاري در آن مي‌تواند، فرداي سياره‌ي زمين را نجات دهد، منابع انرژي تجديد پذير است. در اين مطلب به انرژي بادي مي‌پردازيم. باد، شكلي از انرژي خورشيدي است كه از گرم شدن نابرابر سطح زمين در اثر تابش خورشيد به‌وجود مي‌آيد، به‌همين جهت، تا زماني كه خورشيد مي‌تابد، باد هم مي‌وزد!

باد، مدت طولاني‌ است كه در خدمت انسان‌ها است. از زمان‌هاي دور، انسان‌ها انرژي باد را مهار كرده‌اند. قايق‌هاي بادباني بيش از ۷ هزار سال قبل طول رودخانه نيل در مصر را طي مي‌كردند، آسياب‌هاي بادي ساده در چين، آب را پمپاژ مي‌كردند، در حالي كه آسياب‌هاي بادي عمود محور، براي خُرد كردن دانه‌هاي غله و گندم در ايران و خاورميانه مورد استفاده قرار مي‌گرفتند. احتمالا ايرانيان باستان، از ماهرترين و مبدع‌ترين اقوام جهان در مهار انرژي بادي بوده‌اند. ايرانيان علاوه بر آسياب‌هاي عمود محور، از دلو (دولاب) يا چرخ چاه براي رساندن آب چاه به مزارع استفاده مي‌كردند. آنها همچنين از مدت‌ها قبل با ساختن بادگيرها (از تاريخچه بادگيرها اطلاعات دقيقي در دست نيست) از انرژي باد براي خنك كردن خانه‌ها و عمارت‌هاي خود بهره‌ برده‌اند.

گفته مي‌شود كه آسياب‌هاي بادي ايراني در حدود ۵۰۰ تا ۹۰۰ سال قبل از ميلاد به‌كار گرفته شدند. اولين طرح شناخته‌شده از يك آسياب بادي، همان مدلِ عمود محور ايراني است كه با پره‌هاي عمودي از جنس از چوب ساخته‌ مي‌شدند و با اتصال به ستون‌هاي افقي و يك محور مركزي به آسياب گندم مي‌پرداختند.

به‌تدريج روش‌هاي جديد استفاده از انرژي باد به سراسر جهان رفتند. در قرن شانزدهم، مردم در خاورميانه به‌طور گسترده‌اي از آسياب‌هاي بادي استفاده مي‌كردند. بازرگانان و جنگجويان صليبي اين ايده را با خود به اروپا بردند. هلندي‌ها، معماري آسياب‌هاي بادي را اصلاح كردند و از آن براي تخليه آب در تالاب‌هاي رود راين استفاده كردند.

نمونه‌اي از آسياب‌هاي بادي قديمي روستاي نشتيفان، شهرستان خواف در استان خراسان رضوي. اين آسياب‌هاي بادي كه با نام «آس‌بادهاي نشتيفان» شناخته مي‌شوند، در سال ۲۰۰۲ در فهرست فهرست ميراث جهاني يونسكو ثبت شد

هنگامي كه مهاجران در اواخر قرن نوزدهم اين تكنولوژي را به دنياي جديد بردند، آنها شروع به استفاده از آسياب‌هاي بادي براي رساندن آب به مزارع و مراتع كردند. آمريكايي‌ها از آسياب‌هاي بادي براي خرد كردن گندم و ذرت، پمپ كردن آب و برش چوب در كارخانه‌هاي چوب‌بري استفاده كردند. با توسعه برق، نيروي باد متخصصد جديدي براي روشنايي ساختمان‌ها پيدا كرد. در طول قرن بيستم، نيروگاه‌هاي بادي كوچك مناسب براي مزارع، خانه‌ها و مزارع بادي بزرگ‌تري كه مي‌توانستند به شبكه‌هاي برق شهري متصل شوند، توسعه يافتند.

تيغه يا پره‌ي توربين بادي مانند بال هواپيما كار مي‌كند. همانطور كه هوا از هر دو طرف پره عبور مي‌كند، شكل پره باعث مي‌شود كه فشار هوا در دو طرف پره نامتوازن شود و همين باعث چرخيدن پره‌ها به دورِ روتور توربين مي‌شود. در بالاي توربين‌هاي بادي، يك بادنما و بادسنج قرار مي‌گيرد كه به‌ كامپيوتري متصل است و توربين بر اساس اطلاعات بادنما، جهت خود را به سوي باد عوض مي‌كند.

پره‌ها به يك روتور متصل شده‌اند كه در هر دقيقه در حدود ۱۸ بار مي‌چرخد، اما اين ميزان دور، به‌اندازه‌اي نيست كه براي توليد برق كافي باشد. بنابراين، شفت اصلي يك سري چرخ‌دنده‌ها را مي‌چرخاند كه ميزان دور در دقيقه را به حدود ۱۸۰۰ افزايش مي‌دهد و در اين سرعت است كه ژنراتور مي‌تواند شروع به توليد برق كند. معمولا هر چه توربين‌هاي بادي بزرگ‌تر باشند يا در ارتفاعات بالاتري قرار گرفته‌ باشند، توان بالاتري دارند.

همان‌طور كه در ابتدا ذكر شد، مهم‌ترين مزيت، توربين‌هاي بادي، كاهش تاثيرات مخرب زيست‌محيطي است. توربين‌هاي بادي مستقيما، هيچ‌گونه آلودگي آب‌وهوايي يا زيست‌محيطي ندارند. به همين ترتيب، تجهيزات و ماشين‌آلات توربين‌هاي بادي هيچ يك از گازهاي گلخانه‌اي مضر را كه به تغييرات اقليمي كمك مي‌كند، منتشر نمي‌كنند. اين عدم آلودگي باعث مي‌شود كه جمعيت‌هايي كه در اطراف مزارع بادي ساكن هستند، از اشكالات جدي پزشكي مانند سرطان ريه يا آسم مصون باشند. علاوه‌ بر اين، حيوانات نيز در محيطي سالم‌تر رشد مي‌كنند.

با توجه به اينكه انرژي باد يك منبع تجديد پذير است و به كشتيراني يا ذخاير زيرزميني متكي نيست، مانع از آلودگي‌هاي غير مستقيم ناشي از حمل‌و‌نقل مي‌شود. انرژي بادي برخلاف بسياري از روش‌ها، قادر به توليد برق بدون استفاده از آب است، به همين جهت، مي‌تواند از آلودگي آب و كمبود انرژي ناشي از خشكسالي جلوگيري كند.

توربين‌هاي بادي به‌ويژه در مناطق بادخيز، مي‌توانند در تمام ساعات شبانه‌روز برق توليد كنند. اين امر به‌خصوص براي مناطق ساحلي و كوهستاني مطلوب است. همچنين مي‌توان توربين‌هاي بادي و پانل‌هاي خورشيدي متوسط را براي به حداكثر رساندن توليد انرژي تجديد پذير در مكان‌هايي با آفتاب و باد متناوب تركيب كرد.

توربين‌هاي بادي مي‌توانند در مكان‌هاي مختلفي با متخصصدهاي تجاري يا خانگي نصب شوند. تجهيزات بادي را مي‌توان در منازل، مزارع، سكوهاي دريايي و در بالاي تپه‌هاي بلند نصب كرد. توربين‌هاي دريايي مي‌توانند پايه‌هاي ثابت يا شناور داشته باشند و از جريان‌هاي مداوم بادهاي اقيانوسي بهره‌مند شوند. در واقع، اين شكل از انرژي تجديدپذير بسيار مقياس‌پذير است. در حالي كه نيروگاه‌هاي سنتي براي تامين برق جمعيت‌هاي بزرگ طراحي شده‌اند، توربين‌ها در ابعاد مختلفي توسعه يافته‌اند. مدل‌هاي مختلف توربين‌هاي بادي مي‌توانند برق يك مزرعه كوچك، يك خانه يا صدها خانه را تامين كنند.

دريانوردان باستان از بادبان براي مهار باد استفاده مي‌كردند و كشاورزان از آسياب‌هاي بادي براي خرد كردن دانه‌هاي غلات و گندم استفاده مي‌كردند

با توربين‌هاي بادي در مقايسه با اكثر تكنولوژي‌هاي توليد انرژي، احتمال بسيار كمتري براي وقوع حوادث فاجعه‌آميز وجود دارد. توربين‌هاي بادي متكي به سوخت‌هايي نيستند كه بايد حفر و استخراج يا در كشتي بارگيري شوند. اين مورد مي‌تواند، تا حد زيادي از خطرات مرتبط به اين تكنولوژي بكاهد. اگر چه چنين حوادثي نادر هستند، اما نيروگاه‌هاي هسته‌اي مي‌توانند نشت كنند و فجايعي مانند چرنوبيل يا فوكوشيما را رقم بزنند و نواحي مسكوني و زمين‌هاي بزرگي را غير قابل زندگي كنند يا درياها و اقيانوس‌هاي وسيعي را آلوده كنند. استخراج گاز طبيعي هم به آلودگي آب‌هاي زيرزميني و حتي زمين لرزه مرتبط است. اما نيروي باد، مي‌تواند اجازه دهد كه برق زيادي بدون ريسك چنداني توليد شود.

مزيت ديگر انرژي باد، اقتصادي است. صاحبان كسب‌وكارها، كشاورزان و ديگر صاحبان زميني كه توربين‌هاي بادي را روي زمين‌هاي خود نصب مي‌كنند، صرفه‌جويي‌هاي قابل‌توجهي مي‌كنند. توربين‌هاي بادي به آنها كمك مي‌كند كه بدون استفاده از مقادير قابل‌توجهي زمين، زمين‌هاي خود را به‌لحاظ اقتصادي زنده نگه دارند. صاحبان خانه‌اي نيز كه از توربين‌هاي بهره مي‌برند، مي‌توانند از پرداخت هزينه‌هاي ماهانه برق پرهيز كنند و صرفه‌جويي زيادي در هزينه‌هاي برق خود كنند.

انرژي باد تقريبا در همه‌جاي زمين در دسترس است؛ اما پيرامون ميزان سازگاري و نيروي باد، تفاوت‌هاي وجود دارد. يك برآورد نشان مي‌دهد كه ۱ ميليون گيگاوات انرژي بادي در كل زمين وجود دارد و اگر فقط ۱ درصد از اين زمين‌ها از نيروي باد بهره‌برداري كنند، مي‌توان تمامي تقاضاي جهاني برق را تامين كرد. اگرچه اكثر انرژي باد در حال حاضر در خشكي‌ها به دست مي‌آيد، اما به محبوبيت مزارع بادي دريايي به‌عنوان يك منبع بزرگ با اثرات زيست‌محيطي كمتري (به ويژه با توجه به آلودگي صوتي و بصري) افزوده مي‌شود. ظرفيت توليد انرژي بادي جهان در اواخر سال ۲۰۱۵  به ۴۳۵ گيگاوات رسيد، حدود ۷ درصد كل ظرفيت توليد برق جهان.

سه كشور از بزرگ‌ترين توليدكنندگان برق از انرژي بادي، كشورهاي چين ايالات متحده آمريكا و آلمان هستند. چين با ظرفيت نصب‌شده‌ي بيش از ۱۵۶٫۷ گيگاوات برق در سال ۲۰۱۶، بيشترين توليد برق از انرژي بادي در جهان را داشته است. اين كشور سرمايه‌گذاري‌هاي عظيمي در بخش انرژي تجديدپذير و به‌خصوص انرژي بادي انجام داده است. بر اساس گزارش انجمن انرژي بادي جهان، بازار انرژي بادي چين بزرگترين بازار جهاني است كه ۵۲ از سهم بازار جهاني را در بر‌مي‌گيرد. چين قصد دارد، قبل از پايان سال ۲۰۲۰ ظرفيت ۱۰ گيگاوات برق از توربين‌هاي دريايي به شبكه برق خود اضافه كند. چين بر اساس گزارش شوراي جهاني انرژي باد، از اين لحاظ در رتبه سوم قرار داشت.

كشورهاي چين، ايالات متحده آمريكا و آلمان، در بين كشورهاي جهان؛ بالاترين ظرفيت توليد انرژي بادي را در اختيار دارند

ايالات متحده آمريكا، دومين توليدكننده انرژي باد است كه ظرفيت نصب شده آن به ۸۲٫۱ گيگاوات در پايان سال ۲۰۱۶ مي‌رسيد. بر اساس گزارش امسال انجمن انرژي بادي آمريكا، بيش از ۱۴۰۰۴ مگاوات پروژه انرژي بادي در دست احداث است و ۱۱۸۱۵ مگاوات هم از اين پروژه‌ها در آستانه شروع به كار هستند. ايالات متحده در سال ۲۰۱۷، داراي بيش از ۵۲ هزار توربين بادي تجاري در بيش از ۴۲ ايالت و همچنين در كشورهاي گوام و پورتوريكو بود. اواسط سال گذشته بود كه شركت  Xcel Energy اعلام كرد كه قصد احداث ۱۱ مزرعه بادي در ۱۱ ايالت اين كشور را با ظرفيتي ۳٫۳۸ گيگاواتي دارد.

از زمان نصب توربين‌هاي بادي در ايران، توليد انرژي بادي رشد چشمگيري داشته است. توربين‌هاي بادي ايران عمدتا با كمك گروه صنعتي سديد و همكاري و سرمايه‌گذاري‌هاي شركت‌هاي خارجي از جمله شركت هندي سازلن انرژي و شركت زيمنس آلمان ساخته و راه‌اندازي شده‌اند.

در سال ۲۰۰۴، توليد برق از انرژي بادي در ايران  تنها ۲۵ مگاوات بود. اما يك سال بعد، اين ميزان به ۳۲ مگاوات افزايش يافت و در سال ۲۰۰۶ به ۴۵ مگاوات رسيد. خوشبختانه با افزايش توليد پايدار برق، ايران به سرمايه‌گذاري در مزارع بادي ادامه داده است. در سال ۲۰۰۹، ظرفيت توليد برق حاصل از انرژي بادي به ۱۳۰ مگاوات افزايش يافت.

يكي از بهترين نيروگاه‌هاي بادي ايران در منطقه بادخيز منجيل در استان گيلان ساخته شده كه به سبب بادهاي تند موسوم به «هفت باد منجيل» مشهور است

اين نتيجه ساخت مزارع بادي بزرگ‌تر در مناطق ساحلي و بادخيز مانند منجيل در استان گيلان و بينالود در خراسان رضوي بود. به گزارش شوراي جهاني انرژي باد، با رشد سريعي در بخش انرژي باد، ايران در حال حاضر در رتبه ۳۰ جهان به‌لحاظ توليد انرژي بادي قرار دارد. اما با وجود پيشرفت قابل‌توجه صنعت انرژي بادي در كشور، مجموع كل ۱۵۰ مگاوات برق توليدي از انرژي بادي، هنوز بخش كوچكي از برق مصرفي سالانه ايران را تشكيل مي‌دهد كه حدود ۳۳ هزار مگاوات است.

مورد ديگر اينكه، حتي ممكن است كه ايران، ظرفيت فعلي برق توليدي از انرژي بادي را هم از دست بدهد. در واقع، بيشتر توربين‌هاي بادي هر ۱۰ تا ۱۵ سال نياز به تعميرات عمده‌اي دارند و اگر به درستي نگهداري نشوند، ديگر كار نخواهند كرد. با توجه به اينكه، تهيه قطعات يدكي در آينده، دشوارتر خواهد شد، متاسفانه چشم‌انداز اين صنعت، تيره‌ خواهد بود.

انرژي باد همچنان يكي از اميدواركننده‌ترين منابع انرژي تجديدپذير است. در طول دهه گذشته، صنعت انرژي بادي رشد چشمگيري داشت و مزارع باد در سراسر جهان نصب شدند. در حال حاضر منبع انرژي تجديد پذير، بهترين رقيب نيروگاه‌هاي سوخت فسيلي هستند، حتي در برخ نقاط جهان، اين انرژي پاك و ايمن، ارزان‌تر از ذغال سنگ است.

همه‌ي شواهد نشان مي‌دهد كه احتمالا در آينده، توربين‌هاي بيشتري در نقاط مختلف جهان خواهيم ديد. به باور تحليل‌گران، حتي اگر با رشد انرژي بادي روندي كه برنامه‌ريزي شده پيش نرود، بازهم توربين‌هاي بادي در سال‌هاي آينده گسترش خواهند يافت.

اما اين بدين معنا نخواهد بود كه توربين‌هاي بادي در همه‌جا به‌چشم خواهند خورد. مخالفان انرژي بادي، ادعا مي‌كنند كه توربين‌هاي بادي، جلوه‌‌ي طبيعت را خدشه‌دار مي‌كنند. هرچند در مقابل، موافقان انرژي بادي هم مدعي هستند كه توربين‌هاي بادي به جذابيت‌هاي طبيعت خواهند افزود. بنابراين تاحدي منطقي است كه تصور كنيم، ديدن توربين‌هاي چرخان بادي تقريبا در همه‌جا، ترسناك است و اينكه مناظر كوهستاني و زمين‌هاي كشاورزي ديگر هيچ‌گاه مانند گذشته نخواهند بود.

اما، احتمال اينكه شاهد افزايش توربين‌هاي بادي دريايي باشيم، بسيار بالاست. تكنولوژي انرژي بادي دريايي به سرعت در حال افزايش است و پتانسيل توليد برق از انرژي بادي در درياهاي آزاد به‌مراتب بيشتر از خشكي است. به اين ترتيب، احتمال بيشتري وجود دارد كه در آينده‌اي نزديك هرگاه كه از پنجره هواپيما به بيرون نگاه كنيم، توربين‌هاي بادي را در درياهاي وسيع ببينيم.

مزارع بادي به‌همان ميزاني كه به نفع اقتصاد محلي هستند، براي محيط‌زيست هم مفيدند. علاوه بر اين، در آينده نزديك شاهد توليد انبوه توربين‌هاي بادي كوچك‌تر و قابل‌حمل خواهيم بود كه مي‌توانند به‌جز كسب‌وكارهاي كوچك براي مصارف شخصي هم مورد استفاده قرار گيرند. از اين رو، در آينده احتمالا ديدن توربين‌ بادي در حياط خلوت همسايه‌ به‌امري عادي بدل مي‌شود. توربين‌هاي بادي ممكن است كه با مجتمع‌هاي مسكوني و آسمان‌خراش‌ها نيز ادغام شوند. بنابراين، آينده مملو از توربين ‌بادي است و همه‌جا توربين‌ بادي خواهيم ديد!