انرژی, انرژی بادی

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

 این مقاله حول توربین بادی کوچک پرداختن به سوالات زیر به صاحبان خانه، دامداران و مشاغل کوچک کمک می کند تا تصمیم بگیرند که آیا انرژی باد برای آنها مفید خواهد بود:

  • آیا استفاده از انرژی باد برای من عملی است؟
  • به چه اندازه و توان توربین بادی نیاز است؟
  • قطعات اساسی یک سیستم برقی توربین بادی کوچک چیست؟
  • توربین بادی کوچک چه هزینه ای دارند؟
  • چگونه می توان پشتیبانی نصب و تعمیرات را یافت؟
  • توربین بادی کوچک چه مقدار انرژی در سال تولید می کند؟
  • چگونه بهترین منطقه برای توربین بادی انتخاب می شود؟
  • آیا در منطقه باد کافی وجود دارد؟
  • آیا توربین می تواند به شبکه برق متصل شود؟
  • آیا می توان بدون شبکه برق از توربین بادی استفاده کرد؟

معرفی توربین بادی کوچک

آیا می توانم از انرژی باد برای تأمین انرژی خانه خود استفاده کنم؟ افراد بیشتری در سراسر کشور این سوالات را می پرسند که به دنبال یک راهکار در برابر افزایش تعرفه برق و راهی برای استفاده از منابع بادی محلی خود هستند.

اگرچه توربین های بادی به اندازه کافی بزرگ هستند که می توانند بخش قابل توجهی از برق مورد نیاز خانه ها را تأمین کنند، به طور کلی به 1 هکتار زمین یا بیشتر احتیاج دارند، بیش از 30 درصد از جمعیت ایران در مناطق روستایی زندگی می کنند و ممکن است مالک زمینهایی باشند که بتوانند توربین بادی سبک را در آن جای دهند.

یک توربین بادی کوچک برای شما کار خواهد کرد اگر:

  • در جایی که زندگی می کنید باد کافی وجود دارد
  • یا در زمین های مسطح زندگی می کنید و هیچ مانعی بلندی در این نزدیکی نیست
  • شما فضای کافی برای نصب دارید
  • شما می توانید میزان برق مورد نیاز را تعیین کنید
  • می توانید با شبکه برق تعامل داشته باشید
  • از نظر اقتصادی برای شما مفید است.

چرا باید از انرژی باد استفاده شود؟

توربین بادی کوچک می توانند یکی از مقرون به صرفه ترین سیستم های انرژی تجدیدپذیر خانگی باشند. بسته به منبع بادی شما، یک سیستم کوچک انرژی باد می تواند قبض برق شما را تا 100٪ کاهش دهد، به شما کمک می کند تا از هزینه های زیاد برای گسترش خطوط برق شهری به مکان های دور دست جلوگیری کنید و گاهی اوقات می تواند برق DC یا خارج از شبکه را برای کشاورزی تأمین کند. علاوه بر این، انرژی باد انرژی پاک، بومی، تجدید پذیر است.

توربین های بادی چگونه کار می کنند؟

باد در اثر گرم شدن نابرابر سطح زمین توسط خورشید ایجاد می شود. در مناطق گرم تر چگالی هوا کمتر است و در مناطق سرد تر چگالی هوا بیشتر است. در نتیجه هوا به دلیل اختلاف چگالی در دو مکان شروع به حرکت و ایجاد باد می کند.

توربین های بادی انرژی جنبشی موجود در باد را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند که یک ژنراتور را برای تولید برق تمیز راه اندازی می کند.  پره های آنها به صورت آیرودینامیکی طراحی شده است تا حداکثر انرژی را از باد بگیرد. باد پره ها را می چرخاند، که شافت ژنراتور را می چرخان، که باعث تولید برق می شود. برای کسب اطلاعات بیشتر مقالات زیر را مطالعه بفرمایید.

چگونه می توانم بازدهی انرژی خانه خود را بیشتر کنم؟

قبل از انتخاب سیستم بادی برای خانه خود، باید کاهش مصرف انرژی خود را با صرفه جویی در مصرف انرژی در خانه یا محل کار خود در نظر بگیرید. شما می توانید با یادگیری نحوه استفاده بهینه از برق در خانه شروع کنید. کاهش مصرف انرژی به میزان قابل توجه، صورت حساب های برق شما را کاهش می دهد و از اندازه سیستم انرژی تجدیدپذیر خانگی مورد نیاز شما می کاهد.

برای دستیابی به حداکثر بهره وری انرژی، باید یک رویکرد کلی برای ساختمان را دنبال کرد.

  • از عایق بندی دیوارهای خانه گرفته تا لامپ های موجود در وسایل خانه، روش های زیادی برای بازدهی بیشتر خانه وجود دارد. بهبود عایق بندی و آب بندی نشت هوا در خانه دو سریعترین و مقرون به صرفه ترین روش برای کاهش اتلاف انرژی است.
  • خانه هایی که 50 سال قبل ساخته شده اند تقریباً 60 درصد انرژی بیشتری نسبت به خانه های جدید مصرف می کنند. روشن كردن ترموستات خود به مدت 8 ساعت در روز 7 درجه سانتیگراد تا 10 درجه فارنهایت از میزان طبیعی آن می تواند تا 10٪ در گرمایش و سرمایش صرفه جویی كند.
  • پنجره های دو و سه جداره می توانند 12 تا 33٪ در هزینه های گرمایش و سرمایش صرفه جویی کنند، بسته به نوع پنجره ای که در خانه نصب شده است.
  • با جایگزینی پنج چراغ یا لامپ خانه ای که بیشتر از همه استفاده می کنید با مدل کم مصرف تر می توانید هزینه برق را پس انداز کنید.
  • هنگام خرید لوازم خانگی، به دنبال برچسب انرژی باشید تا وسایل کم مصرف استفاده کنید.

توربین بادی با چه اندازه ای نیاز است؟

اندازه توربین بادی مورد نیاز شما به کاربرد شما بستگی دارد. اندازه توربین بادی کوچک از 20 وات تا 100 کیلووات (کیلووات) است. توربین های کوچکتر یا “میکرو” (20 تا 500 وات) در برنامه هایی مانند شارژ باتری برای وسایل نقلیه تفریحی و قایق های بادبانی مورد استفاده قرار می گیرند.

در کاربردهایی مانند پمپاژ آب می توان از توربین های یک تا 10 کیلووات استفاده کرد. قرن هاست که از انرژی باد برای پمپاژ آب و آسیاب دانه استفاده می شود. اگرچه آسیاب های بادی مکانیکی هنوز در مناطق کم باد یک گزینه معقول و کم هزینه برای پمپاژ آب فراهم می کنند اما پمپاژ برق بادی چند منظوره است و با همان سرمایه گذاری اولیه، می توانند دو برابر حجم پمپ کنند.

علاوه بر این، آسیاب های بادی مکانیکی باید مستقیماً بالای چاه قرار بگیرند، که ممکن است از حداکثر منابع باد موجود استفاده نکنند. سیستم های پمپاژ برقی-بادی را می توان در جایی که منبع باد بهتر است قرار داد و با کابل برق به موتور پمپ متصل کرد.

برای برنامه های مسکونی ، باید بودجه ای برای انرژی تعیین کنید و ببینید آیا مشوق های مالی در دسترس است.

برای کسب اطلاعات بیشتر پیرامون مشوق های مالی مقاله حمایت از منابع تجدید پذیر را مطالعه بفرمایید.

این اطلاعات به تعیین اندازه توربین مورد نیاز شما کمک می کند. از آنجا که بهره وری انرژی معمولاً هزینه کمتری نسبت به تولید انرژی دارد، صرفه جویی در مصرف انرژی بیشتر در منزل شما احتمالاً مقرون به صرفه تر خواهد بود و اندازه توربین بادی مورد نیاز شما را کاهش می دهد.

تولیدکنندگان، فروشندگان و نصب کنندگان توربین های بادی سبک می توانند به شما کمک کنند تا سیستم خود را بر اساس نیاز به برق و مشخصات منابع بادی محلی و محل سکونت خود اندازه  گیری کنید.

یک خانه معمولی تقریباً 10،649 کیلووات ساعت (کیلووات ساعت)، به طور متوسط ​​877 کیلووات ساعت در ماه استفاده می کند. بسته به میانگین سرعت باد در منطقه، یک توربین بادی با درجه بندی 5 تا 15 کیلووات مورد نیاز است تا سهم قابل توجهی در این تقاضا داشته باشد.

یک توربین بادی 1.5 کیلوواتی نیازهای یک خانه نیاز به 300 کیلووات ساعت در ماه را در مکانی با سرعت متوسط ​​باد 6.26 متر در ثانیه برآورده می کند. سازنده، فروشنده یا نصاب می تواند به عنوان تابعی از متوسط ​​سرعت باد سالانه، انتظار خروجی سالانه توربین را به شما ارائه دهد.

سازنده همچنین اطلاعاتی در مورد حداکثر سرعت باد که در آن توربین برای کار ایمن طراحی شده است، ارائه می دهد. اکثر توربین ها دارای سیستم های کنترل سرعت اتوماتیک هستند تا در وزش بادهای بسیار شدید روتور متوقف شود.

همراه با اطلاعاتی در مورد منبع باد محلی شما (سرعت و جهت باد) و بودجه انرژی شما، این اطلاعات به شما کمک می کند تا تصمیم بگیرید کدام اندازه توربین نیاز شما به برق را برآورده می کند.

قطعات اساسی یک توربین بادی کوچک چیست؟

سیستم های انرژی بادی خانگی معمولاً شامل یک روتور، یک ژنراتور، یک دم، یک برج، سیم کشی و اجزای “تعادل سیستم(balance of system)” است: کنترل کننده ها، اینورترها و یا باتری ها.

از طریق پره ها، روتور انرژی جنبشی باد را گرفته و آن را به حرکت چرخشی تبدیل می کند تا ژنراتور را به حرکت دراورد که یا AC یا وحشی(wild) AC تولید می کند (فرکانس متغیر، ولتاژ متغیر)، که به طور معمول به برق AC سازگار با شبکه تبدیل می شود. مقاله اجزای توربین بادی را مطالعه بفرمایید.

توربین بادی

توربین بادی کوچک را می توان به دو گروه تقسیم کرد: محور افقی و محور عمودی. متداول ترین توربین مورد استفاده در بازار امروز توربین بادی با محور افقی است. این توربین ها به طور معمول دارای دو یا سه پره هستند که معمولاً از یک ماده ترکیبی مانند فایبرگلاس ساخته می شوند.

 توربین های بادی با محور عمودی از دو نوع  Savonius و Darrieus تشکیل شده اند. یک توربین Savonius را می توان با طراحی “S” شکل آن تشخیص داد که از بالا مشاهده شود. توربین های Darrieus مانند یک چشم عمودی به نظر می رسند و دارای پره های عمودی هستند که به رو به باد می چرخند و از آن خارج می شوند.

اندازه توان توربین با محور افقی توسط قطر روتور آن تعیین می شود. قطر روتور “منطقه جاروب شده” یا سطحی که با هوا درگیر است را نشان می دهد. فریم توربین ساختاری است که روتور، ژنراتور و دم به آن متصل می شوند. دم توربین را رو به باد نگه می دارد.

برج توربین بادی

از آنجا که سرعت باد با افزایش ارتفاع افزایش می یابد، توربین بر روی یک برج نصب می شود. به طور کلی، هرچه برج بلندتر باشد، سیستم باد می تواند انرژی بیشتری تولید کند. این برج همچنین توربین را بالاتر از هوای آشفته که می تواند در نزدیکی زمین، به دلیل موانعی مانند تپه ها، ساختمان ها و درختان وجود داشته باشد بالا می برد.

یک قاعده کلی نصب توربین بادی بر روی برج این است که پایین پره های روتور حداقل 9 متر بالاتر از هر مانعی باشد که در فاصله90 متر برج قرار دارد. برای اطلاعات بیشتر درمورد تاثیر موانع بر سرعت باد مقاله سایه باد را مطالعه بفرمایید. سرمایه گذاری های نسبتاً کم در افزایش ارتفاع برج می تواند نرخ بازگشت بسیار بالایی در تولید برق داشته باشد.

دو نوع برج وجود دارد: خود پشتیبانی (ایستاده آزاد) و مهاری. برج های مهاری که کمترین هزینه را دارند، می توانند از قسمت های خرپایی، لوله (بسته به نوع طرح). کابل های مهاری و فونداسیون تشکیل شده باشند. نصب آنها آسانتر از برجهای خود ایستا است. با این حال، از آنجا که شعاع کابل مهار باید تا سه چهارم ارتفاع برج باشد، برج های مهاری برای جا دادن آنها نیاز به فضای کافی دارند.

گرچه برج های شیب دار(Tilt-down towers) گران ترند، اما روش ساده ای برای انجام تعمیر و نگهداری در توربین های سبک وزن (معمولاً 5 کیلووات یا کوچکتر) به مصرف کننده ارائه می دهند. در هنگام طوفان و سایر شرایط خطرناک آب و هوایی می توان برج های شیب دار را پایین آورد. برج های آلومینیومی مستعد ترک خوردگی هستند و باید از آنها اجتناب شود.

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک – برج تیلت داون

تعادل سیستم

اکثر تولید کنندگان می توانند بسته سیستمی را در اختیار شما قرار دهند که شامل تمام قطعات مورد نیاز برنامه شما باشد. به عنوان مثال، قطعات مورد نیاز برای سیستم پمپاژ آب با قطعات مورد نیاز برای یک برنامه مسکونی متصل به شبکه متفاوت خواهد بود.

تجهیزات تعادل سیستم مورد نیاز همچنین به نوع اتصال چون شبکه برق، آف گرید سیستم هیبریدی بستگی دارد. برای یک برنامه متصل به شبکه مسکونی، تعادل قطعات سیستم ممکن است شامل یک کنترل کننده  باتری های ذخیره سازی، یک اینورتر، سیم کشی، پایه و نصب باشد.

باتری برای سیستم های مستقل(Stand-Alone)

سیستم های مستقل (سیستم هایی که به شبکه برق متصل نیستند) برای ذخیره انرژی اضافی تولید شده برای استفاده در هنگام نبود باد، به باتری نیاز دارند. آنها همچنین برای جلوگیری از شارژ بیش از حد باتری ها به یک کنترل کننده شارژ نیاز دارند.

باتری های چرخه عمیق(Deep-cycle)، مانند آنهایی که برای چرخ های گلف استفاده می شوند، می توانند 80٪ از ظرفیت خود را صدها بار تخلیه و شارژ کنند، که آنها را به گزینه خوبی برای سیستم های از راه دور انرژی تجدید پذیر تبدیل می کند.

باتری های خودرو باتری هایی با چرخه کم عمق(shallow-cycle) هستند و به دلیل عمر کوتاه، نباید از آنها در سیستم های انرژی تجدید پذیر استفاده شود. توربین بادی کوچک برق مستقیم تولید می کنند.

اگر می خواهید از وسایل استانداردی استفاده کنید که از جریان متناوب خانگی متناوب (AC) استفاده می کنند، برای تبدیل برق DC از باتری به AC باید یک اینورتر نصب کنید. اگرچه اینورتر راندمان کلی سیستم را اندکی کاهش می دهد، اما اجازه می دهد تا خانه برای برق متصل شود، یک امتیاز مشخص برای وام دهندگان، مسئولان برق و خریداران خانه در آینده.

برای ایمنی، باتری ها باید از محل زندگی و وسایل الکترونیکی جدا شوند زیرا حاوی مواد خورنده و منفجره هستند. باتری های اسید سرب نیز نیاز به محافظت در برابر درجه حرارت شدید دارند.

اینورتر برای سیستم های متصل به شبکه

در سیستم های متصل به شبکه، تنها تجهیزات اضافی مورد نیاز واحد تهویه مطبوع (اینورتر) است که باعث می شود خروجی توربین از نظر الکتریکی با شبکه تاسیسات سازگار باشد. باتری معمولاً مورد نیاز نیست.

سیستم های بادی چه هزینه ای دارند؟

هزینه های نصب بسته به منطقه بندی ، مجوز و هزینه های اتصال بسیار متفاوت است. هزینه وزنی میانگین هزینه پروژه های بادی کوچک نصب شده در سال 2019 حدود 8300 دلار برکیلووات بوده است.

اگرچه سیستم های انرژی بادی یک سرمایه گذاری قابل توجه اولیه دارند، اما می توانند با منابع انرژی معمولی قابل رقابت باشند زیرا در طول عمر خود هزینه های برق را کاهش داده یا حذف کرده اند.

طول دوره بازپرداخت – زمانی که سود حاصل از سیستم شما با هزینه اولیه ان برابر است – به سیستمی که انتخاب می کنید، منبع باد در مکان شما، هزینه برق در منطقه شما و نحوه استفاده از سیستم بادی شما بستگی دارد. هنگام خرید یک سیستم بادی، قیمت های چندین تولید کننده را با یکدیگر مقایسه کنید.

چگونه توربین بادی کوچک استاندارد را پیدا کنم؟

برای توجیه سرمایه گذاری خود در یک توربین بادی کوچک، شما اطمینان می دهید که مدل توربین شما از نظر ایمنی، عملکرد و کارایی ارزیابی شده است. منابع زیر به شما کمک می کنند البته اگر در آمریکا سکونت داشته باشد یا بخواهید از توربین چینی استفاده کنید. در غیر این صورت تولیدات متنوعی در ایران برای مقایسه وجود ندارد.

شورای صدور گواهینامه بادی کوچک، گواهینامه مستقل و معتبری از توربین بادی کوچک و اطلاعات مصرف کننده را ارائه می دهد و شما باید با این مواد آشنا شوید.

مرکز ملی فناوری باد –آزمایشگاه ملی انرژی های تجدید پذیر(NREL)  اطلاعاتی را در مورد آزمایش و توسعه توربین بادی کوچک NREL ارائه می دهد.

شورای بین ایالتی مشاوره توربین (ITAC) لیستی یکپارچه از توربینهای بادی کوچک و متوسط ​​را برای مشارکت در برنامه های اعضای ایالت وITAC  تهیه می کند.

از شرکت های کوچک توربین بادی تحقیق کنید تا مطمئن شوید توربین های مجاز را ارائه می دهند و در صورت نیاز قطعات و خدمات در دسترس خواهد بود. به مشتریان قبلی انها و موارد نصب شده مراجعه کنید و نتایج را ارزیابی کنید. از دارندگان سیستم در مورد عملکرد، قابلیت اطمینان و شرایط نگهداری و تعمیرات و اینکه آیا سیستم انتظارات آنها را برآورده می کند، سوال کنید. همچنین، بدانید که گارانتی چه مدت طول می کشد و شامل چه مواردی می شود.

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

از کجا می توانم پشتیبانی نصب و نگهداری را پیدا کنم؟

شما باید تصمیم بگیرید که آیا کار نصب و نگهداری توربین بادی کوچک خود را انجام خواهید داد یا اینکه یک نصاب کوچک باتجربه را استخدام می کنید. این تصمیم بر هزینه سیستم شما تأثیر می گذارد. بسیاری از افراد انتخاب می کنند توربین بادی سبک را خود نصب کنند. قبل از اقدام به نصب توربین بادی، سوالات زیر را از خود بپرسید:

  • آیا می توان یک فونداسیون سیمان مناسب ریخت؟
  • آیا من می توانم راهی ایمن برای برپا کردن برج داشته باشم(جرثقیل یا لیفت)؟
  • یا تفاوت سیم کشی AC و DC را می دانم؟
  • آیا من به اندازه کافی در مورد برق می دانم که بتوانم توربینم را سالم سیم کشی کنم؟
  • آیا من می دانم که چگونه باتری را راحت حمل و نصب کنم؟

اگر به هر یک از سوالات بالا پاسخ منفی دادید، احتمالاً باید یک نصاب استخدام کنید. برای کمک با سازنده یا نصب کننده های محلی تماس بگیرید. یک نصاب معتبر ممکن است بتواند خدمات بسیاری از قبیل مجوز، اخذ تأیید اتصال و غیره را ارائه دهد. ببینید.

سازندگان توربین و برج باید برنامه عملیاتی و نگهداری خود را ارائه دهند. با این حال، دارندگان توربین باید توجه داشته باشند که تمام تجهیزات دوار به برخی از نگهداری های خاص احتیاج دارند. بسیاری از توربین ها به گریس کاری دوره ای، تعویض روغن و جایگزینی سطوح سایشی مانند لنت ترمز نیاز دارند(اگر وجود داشته باشند).

پیچ و مهره ها و اتصالات الکتریکی باید بررسی و در صورت لزوم محکم شوند. دستگاه ها باید از نظر خوردگی و سیم های مهار از نظر کشش مناسب بررسی شوند. بعد از 10 سال، ممکن است نیاز به تعویض پره ها یا بلبرینگ ها باشد، اما با نصب و نگهداری مناسب، دستگاه باید 20 سال یا بیشتر دوام بیاورد.

هر توربین باید شامل دفترچه راهنمای مالک یا دفترچه راهنمای کار باشد تا اطلاعات تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده و برنامه ریزی نشده و همچنین سایر اطلاعات منحصر به فرد محصول را در اختیار مصرف کننده قرار دهد. اگر تخصص لازم برای نگهداری دستگاه را ندارید، سوال کنید آیا نصب کننده شما برنامه سرویس و نگهداری را ارائه می دهد.

توربین بادی سبک چقدر انرژی تولید می کند؟

مطابق استاندارد و عملکرد ایمنی توربین بادی کوچکAWEA ، میزان انرژی سالانه توربین بادی کل انرژی محاسبه شده ای است که طی یک دوره 1 ساله با متوسط ​​سرعت باد 5 متر بر ثانیه تولید می شود. فرمول زیر عواملی را نشان می دهد که برای عملکرد یک توربین بادی موثر هستند. توجه داشته باشید که سرعت باد (V) دارای توان 3 است. این بدان معناست که حتی افزایش اندک سرعت باد منجر به افزایش زیاد توان می شود.

به همین دلیل یک برج بلندتر با دسترسی به سرعت های باد بالاتر، بهره وری توربین بادی را افزایش می دهد.

فرمول محاسبه توان از یک توربین بادی:

 1/2CpρAV³= توان

جایی که:

 Pتوان خروجی(وات)، Cp حداکثر ضریب توان، از 0.25 تا 0.45 (حداکثر نظری 0.59)، Ρ تراکم هوا (کیلوگرم در متر مکعب)، A مساحت روتور و V سرعت باد (سرعت در ثانیه)

رتبه بندی توربین های بادی بر اساس شرایط استاندارد 59 درجه فارنهایت (15 درجه سانتی گراد) در سطح دریا است. همانطور که در نمودار تغییر چگالی هوا با ارتفاع نشان داده شده است، در ارتفاعات بالاتر چگالی کاهش می باید.

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک – تغییر چگالی هوا نسبت به ارتفاع از سطح دریا

نمودار نشان می دهد که چگالی هوا در مقایسه با سطح دریا با کاهش ارتفاع افزایش می یابد. اگرچه محاسبه توان باد ویژگی های مهمی را در مورد توربین های بادی نشان می دهد، اما بهترین اندازه گیری عملکرد توربین بادی، تولید سالانه انرژی است.

تفاوت بین نیرو و انرژی این است که توان (کیلووات) نرخ مصرف برق است در حالی که انرژی (کیلووات ساعت) مقدار مصرف شده است. برآورد انرژی سالانه از توربین بادی شما، کیلووات ساعت در سال، بهترین راه برای تعیین اینکه آیا یک توربین بادی و برج خاص برق کافی برای تأمین نیازهای شما تولید می کنند است.

برای کمک به شما در برآورد تولید انرژی مورد انتظار، با یک تولید کننده توربین بادی، یک فروشنده / نصب کننده یا یک ارزیابی کننده سایت تماس بگیرید. آنها از محاسبه ای بر اساس منحنی قدرت توربین بادی خاص، متوسط ​​سرعت باد سالانه در سایت شما، ارتفاع برج مورد نظر شما برای استفاده، ویژگی های فونداسیون سایت شما و در صورت وجود، توزیع پراکندگی سرعت باد(برآورد تعداد ساعاتی که باد با هر سرعت طی یک سال ​​می وزد).

آنها همچنین باید این محاسبه را برای ارتقا سایت شما تنظیم کنند. برای بدست آوردن برآورد اولیه از عملکرد یک توربین بادی خاص، از فرمول زیر استفاده کنید. سپس یک برآورد ساده بازپرداخت به شما ارائه می دهد (بدون افزایش نرخ برق) طی سالها. اگر تعداد سالهای مورد نیاز برای بازیابی سرمایه شما بیشتر یا تقریباً برابر با عمر سیستم باشد، انرژی باد برای شما عملی نخواهد بود.

AEO = 0.01328 D² V³

جایی که:

 AEOخروجی سالانه انرژی(کیلووات ساعت در سال)، D قطر روتور(فوت) و V میانگین سرعت سالانه باد (مایل در ساعت)

آیا باد کافی در سایت من وجود دارد؟

آیا منابع باد در سایت شما به اندازه کافی خوب است که سرمایه گذاری شما را در یک سیستم توربین بادی کوچک توجیه کند؟ این یک سوال اساسی است و همیشه به راحتی پاسخ داده نمی شود. منبع باد می تواند در مسافت چند کیلومتر به میزان قابل توجهی تغییر کند، زیرا این امر به دلیل تأثیر عوارض زمین بر جریان باد است.

بالاترین سرعت متوسط ​​باد در کشور به طور کلی در استان های شرقی است. با این حال، در بسیاری از مناطق منابع باد به اندازه کافی قوی هستند تا یک پروژه توربین بادی کوچک را از نظر اقتصادی عملی سازند. اگرچه ممکن است روش های زیادی برای درک منبع باد در یک مکان خاص وجود داشته باشد، اما جمع آوری داده های بادسنجی در محل به طور معمول ترجیح داده می شود.

قبل از اجرای بادسنجی در محل، برخی از توسعه دهندگان پروژه های کوچک بادی از نقشه های باد برای تخمین محافظه کارانه باد در ارتفاع هاب توربین استفاده می کنند. در حالی که این نقشه ها می توانند نشانه ای کلی از منابع باد خوب یا ضعیف باشند، اما وضوح آنقدر بالا نیست که بتواند ویژگی های سایت محلی را شناسایی کند.

نقشه های باد دولتی نمی توانند شامل اطلاعات مربوط به عوارض زمین، پوشش زمین، توزیع سرعت باد، جهت باد غالب، شدت تلاطم و سایر اثرات محلی باشند. نقشه ها اغلب می توانند با زوم، جهت گیری و ویژگی های اضافی از وضوح بالاتر و انعطاف پذیری بیشتری برخوردار شوند. به ارتفاع نقشه از سطح زمین توجه کنید زیرا مربوط به ارتفاع برج بالقوه پروژه است.

تنظیم سرعت باد برای اختلاف ارتفاع بین نقشه و ارتفاع توربین، بسته به توان برشی باد(wind shear) انتخاب شده، منبع بالقوه خطایی را ایجاد می کند و هرچه اختلاف ارتفاع بیشتر باشد، خطای احتمالی بیشتر خواهد بود. بنابراین، برای کاربردهای توربین بادی کوچک، نقشه های بادی 30 تا 40 متر بسیار مفیدتر از نقشه های بادی 60، 80 یا 100 متر هستند.

فرودگاه محلی یا ایستگاه های هواشناسی می توانند داده های باد محلی را ارائه دهند، اما این داده ها ممکن است از داده های واقعی سایت کمتر قابل اعتماد باشند. اگر از داده های فرودگاه (به طور معمول در ارتفاع 10 متر از سطح زمین) یا داده های ایستگاه هواشناسی (به طور معمول تا ارتفاع 7 متر بالاتر از زمین) استفاده می شود، نه تنها در مورد تجهیزات و مکان فعلی سایت، بلکه همچنین تاریخچه آن استعلام کنید.

تجهیزات در این سایتها در درجه اول برای ارزیابی منابع باد در نظر گرفته نشده است، بنابراین ممکن است در ارتفاع مناسب یا در مکانی عاری از موانع قرار نگیرد. متأسفانه، ایستگاه های هواشناسی و فرودگاه معمولاً با اوروگرافی(orography)، پوشش درختی و ارتفاع پایش متفاوت از محل مورد نظر هستند. با توجه به تخصص لازم برای ایجاد و ارتباط موثر داده های منابع باد، داده های ارائه شده توسط فرودگاه و ایستگاه های هواشناسی فقط ممکن است یک ارزیابی غربالگری تقریبی را ارائه دهد.

نمودار نشان می دهد که سرعت باد و قدرت با افزایش ارتفاع برج افزایش می یابد.

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک – تغییر توان توربین بادی نسبت به ارتفاع برج

سرعت متوسط ​​باد با افزایش ارتفاع افزایش می یابد و ممکن است در ارتفاع هاب معمول توربین بادی 24 متر 15 تا 25٪ بیشتر از اندازه گیری شده در ارتفاع بادسنج فرودگاه باشد. اندازه گیری غیرمستقیم سرعت باد، مشاهده پوشش گیاهی یک منطقه است. درختان به ویژه مخروطی ها یا گیاهان همیشه سبز، می توانند به دلیل وزش باد شدید برای همیشه تغییر شکل دهند.

این تغییر شکل که به “پرچم شدگی(Flagging)” معروف است، برای تخمین متوسط ​​سرعت باد برای یک منطقه استفاده شده است. پرچم شدگی، تأثیر باد شدید بر روی پوشش گیاهی منطقه، می تواند به تعیین سرعت باد منطقه کمک کند. ارزیابان سایت توربین بادی کوچک می توانند به شما کمک کنند تا تعیین کنید که آیا منبع باد خوبی در سایت خود دارید.

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک – جهت باد غالب با عوارض طبیعی

اندازه گیری داده در محل، ضریب اطمینان بیشتری را به تکنیک های فوق الذکر اضافه می کند اما تلاش و زمان و هزینه های اضافی قابل توجه ای به ویژه هنگامی که روش ترجیحی مطابقت با ارتفاع هاب توربین باشد تحمیل می کند و البته جمع آوری داده ها برای حداقل 1 سال باید ادامه پیدا کند.

به دست آوردن چندین سال داده بهتر است، یا اگر ارتباط خوبی با داده های موجود در سایت وجود داشته باشد، می توان 1 سال را به مجموعه داده های بلند مدت ارجاع داد. تعدادی از سیستم های جمع آوری داده های بادی و ارزان قیمت برای اندازه گیری در محل در دسترس هستند.

این سیستم ها شامل بادسنجها ، بادنما و حسگرهای دما هستند که تا حد امکان نزدیک به ارتفاع هاب نصب می شوند. محاسبه توان برشی باد نیاز به جمع آوری داده ها در دو ارتفاع مختلف دارد. داشتن داده های برشی باد برای انجام تجزیه و تحلیل دقیق هزینه در مقابل مزایای برج های بلندتر ضروری است. علاوه بر این، برای تعیین میانگین و شدت سرعت باد، توزیع باد، پارامترهای ویبول، نرخ تغییر جهت باد، شدت تلاطم، قدرت برشی عمودی باد و عدم قطعیت های مرتبط باید تجزیه و تحلیل انجام شود.

سرانجام، اگر سیستم توربین بادی کوچکی در منطقه شما وجود داشته باشد، ممکن است بتوانید اطلاعاتی راجع به خروجی سالانه سیستم و همچنین در صورت موجود بودن اطلاعات سرعت باد را بدست آورید. برای کسب اطلاعات بیشتر مقالات جهت باد و میدان بادی را مطالعه بفرمایید.

چگونه بهترین سایت را برای توربین بادی سبک خود انتخاب کنیم؟

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک- پدیده سایه باد برای تعیین مکان نصب توربین

تصویری بالا نشان می دهد توربین های بادی باید به اندازه کافی دور از ساختمانها و درختان قرار گیرند تا از سایه باد باد جلوگیری شود. هرچه توربین بادی خود را از موانعی مانند ساختمانها یا درختان دورتر قرار دهید، از دید آیرودینامیکی آشفتگی کمتری خواهید داشت. ارزیابی مناسب سایت فرایندی دقیق است که شامل ارزیابی منابع باد و ارزیابی خصوصیات سایت است.

با این اوصاف، ممکن است بخواهید یک ارزیاب باتجربه توربین بادی کوچک را استخدام کنید که بتواند موقعیت بهینه توربین شما را تعیین کند. اطلاعات زیر مراحل اصلی در مراحل انتخاب/ ارزیابی سایت را برجسته می کند. اگر ناحیه اطراف یک سایت بالقوه برای چند کیلومتر نسبتاً مسطح نباشد، ارزیابی ویژگیهای توپوگرافی اصلی، هم در همان نزدیکی و هم در سایت توربین پیشنهادی لازم است.

ارزیابی توپوگرافی باید شامل شکل ارتفاع، طول، عرض و فاصله و جهت دور از سایت توربین پیشنهادی از هر شکل زمین باشد. اجسام بزرگی مانند تپه ها، نخلستان، یا شکست باد شدید تا یک مایل دورتر و اشیا کوچکتر شامل درختان و ساختمان های منفرد، به ویژه در 500 فوت از محل پیشنهاد توربین می توانند تاثیر داشته باشند.

صاحبان پروژه های واقع در نزدیکی زمین های پیچیده باید در انتخاب محل نصب دقت کنند. فرم های زمینی (یا اوروگرافی) می توانند بر سرعت باد و در نتیجه بر میزان برق توربین بادی تأثیر می گذارد. مناطق مرتفع نه تنها به دلیل افزایش ارتفاع، سرعت باد را افزایش می دهند بلکه بسته به اندازه و شکل فرم زمین ممکن است باعث شتاب محلی سرعت باد نیز شوند.

به عنوان مثال اگر توربین بادی خود را در بالای تپه یا در طرف بادی تپه قرار دهید، به بادهای غالب(prevailing winds) دسترسی بیشتری نسبت به یک رودخانه در یک آبراه یا در پشت یک تپه در همان ملک خواهید داشت. سایر فرم های سرزمینی مرتفع مانند صخره ها با عبور باد از روی آنها می توانند آشفتگی ایجاد کنند، از جمله گرداب های عقب(back eddies).

شدت آشفتگی به دلیل ارتفاع برج و موقعیت آنها در اطراف “عوارض زمین” ، مسئله اصلی توربین های کوچک است. آشفتگی می تواند برآورد تولید انرژی سالانه را از 15 به 25 درصد کاهش دهد زیرا منحنی های توان توربین بادی سبک معمولاً براساس اندازه گیری های انجام شده در سایت هایی با شدت تلاطم نسبتاً کم ایجاد می شود.

منابع متنوع باد می توانند در همان مزرعه وجود داشته باشند. علاوه بر اندازه گیری یا یافتن سرعت باد سالانه، باید جهت باد غالب در سایت خود بدانید. دانستن جهت باد غالب برای تعیین تأثیر موانع و فرمهای زمینی هنگام جستجوی بهترین مکان سایت در دسترس و تخمین منبع باد در آن مکان ضروری است.

 برای کمک به این فرایند، ارزیابان سایت کوچک باد معمولاً گلباد ایجاد می کنند که توزیع جهت باد در یک منطقه مشخص را نشان می دهد. گلباد یک قطب نما را به بخشهایی تقسیم می کند (معمولاً 8 یا 16) و نشان دهنده میانگین سرعت باد، درصد متوسط ​​زمانی که باد از هر جهت می وزد و/ یا درصد انرژی باد هر جهت است. گلباد می تواند بر اساس متوسط ​​سرعت باد سالانه یا بر حسب فصل، ماه یا حتی زمان روز در صورت نیاز رسم شود.

علاوه بر شکل زمین شناسی، شما باید موانع موجود مانند درختان، خانه ها و سوله ها را نیز در نظر بگیرید و برای موانع در آینده مانند ساختمان های جدید یا درختانی که به تمام قد خود نرسیده اند، باید برنامه ریزی کنید. توربین شما باید در بالای ساختمان و درختان قرار داشته باشد و باید 10 متر بالاتر از هر چیزی در شعاع افقی 150 متر باشد.

برای تعمیر و نگهداری برج به فضای کافی نیاز دارید تا برج را بالا و پایین کنید و اگر برج شما مهاری است، باید فضای لازم برای کابل های مهار را داشته باشید. توربین بادی سبک چه به صورت مستقل چه متصل به شبکه باشد، شما باید طول سیم مابین توربین و مصرف کننده را نیز در نظر بگیرید (خانه، باتری ها، پمپ های آب و غیره).

مقدار قابل توجهی برق می تواند در نتیجه مقاومت سیم از بین برود – هرچه سیم بیشتر طول بکشد، برق بیشتری از دست می رود. استفاده از سیم بیشتر یا بزرگتر نیز هزینه نصب شما را افزایش می دهد. تلفات جریان سیم شما بیشتر است وقتی که به جای جریان متناوب (AC) جریان مستقیم (DC) داشته باشید. بنابراین اگر یک سیم طولانی دارید، توصیه می شود DC  را به AC متصل کنید.

توربین های بادی نصب شده بر روی ساختمان ها

در حالی که مواردی از توربین های بادی نصب شده بر روی پشت بام ها وجود داشته است ، باید توجه داشت که تمام توربین های بادی مرتعش می شود و ارتعاش را به سازه ای که بر روی آن نصب شده منتقل می کنند. این می تواند منجر به مشکلات نویز در داخل ساختمان شود. همچنین، منبع باد در پشت بام در منطقه ای با آشفتگی زیاد قرار دارد که می تواند باعث کاهش عمر توربین و کاهش تولید انرژی شود.

هزینه های اضافی مربوط به کاهش این نگرانی ها، همراه با این واقعیت که انرژی کمتری تولید می کنند، توربین های بادی نصب شده روی پشت بام را نسبت به توربین بادی کوچک که روی برج متصل به زمین نصب می شوند، مقرون به صرفه تر نکرده اند.

آیا می توانم توربین بادی کوچک خود را به شبکه برق متصل کنم؟

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک متصل به شبکه برق سراسری

توربین بادی کوچک را می توان به سیستم توزیع برق متصل کرد. توربین بادی متصل به شبکه می تواند مصرف برق مورد نیاز شما را برای روشنایی، لوازم خانگی و گرمای الکتریکی کاهش دهد. وقتی سیستم بادی برق بیش از نیاز خانوار تولید می کند، مقدار اضافی آن به شرکت برق ارسال یا فروخته می شود و وقتی توربین کمتر تولید می کند، باقی نیاز خانوار از شبکه تامین می شود.

این توافق نامه ها با شرکت توزیع برق به طور معمول اندازه گیری خالص(net metering) یا صورت حساب خالص(net billing) نامیده می شود و آنها به ارزش برق فروخته شده یا تولید خالص، مدت زمان ارزیابی برق (به طور معمول سالانه یا ماهانه) و سایر الزامات اشاره دارد.

در صورت وجود شرایط زیر، سیستم های متصل به شبکه می توانند عملی باشند:

شما در منطقه ای با سرعت متوسط ​​سالانه باد حداقل 4.5 متر بر ثانیه زندگی می کنید.

برق مورد نیاز در منطقه شما گران است (حدود 10 تا 15 سنت در هر کیلووات ساعت).

الزامات اتصال توربین بادی کوچک شما به شبکه گران نیست.

مشوق های خوبی برای فروش برق اضافی، فروش اعتبار انرژی های تجدید پذیر و/ یا خرید توربین های بادی وجود دارد.

توربین بادی متصل به شبکه می تواند مصرف برق مورد نیاز شما را کاهش دهد. با این حال، قبل از خرید توربین بادی کوچک و اتصال آنها به خطوط توزیع، باید با سازمان توزیع خود تماس بگیرید تا مشکلات کیفیت و ایمنی برق را برطرف کنید. این سازمان می تواند لیستی از الزامات اتصال سیستم به شبکه را در اختیار شما قرار دهد.

برای کسب اطلاعات بیشتر مقاله خرید تضمینی برق را مطالعه بفرمایید.

اندازه گیری خالص

برنامه های اندازه گیری خالص به این منظور طراحی شده اند که کنتورهای الکتریکی مشتریانی که دارای امکانات تولید هستند، هنگامی که تولیدکننده هایشان انرژی بیشتری از نیاز مشتریان تولید می کنند، “به عقب برگردد”. اندازه گیری خالص به مشتریان امکان می دهد تا از تولید خود برای جبران مصرف خود در کل دوره صورتحساب، نه فقط به صورت فوری استفاده کنند. این روند به مشتریان برای برق بیشتری که تولید می کنند، امکان خرده فروشی می دهد.

الزامات اتصال

در بیشتر موارد، اتصال یک توربین بادی کوچک با خدمات مطلوب مشتری کاملاً سودمند است، در نتیجه از این برنامه برای تأمین انرژی پشتیبان برای پوشاندن تنوع تولید انرژی و همچنین ذخیره انرژی اضافی استفاده می شود. چنین اتصالی معمولاً به مجوز تاسیسات نیاز دارد که معمولاً به صورت توافق نامه اتصال است. این توافق نامه مقدمات اندازه گیری و صورتحساب را برطرف می کند و ممکن است شامل الزامات مربوط به تجهیزات یا روش های ایمنی اضافی، دستگاه های محافظتی و بازرسی ها باشد.

آیا می توانم مستقل از شبکه (آف گرید) شوم؟

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک مستقل از شبکه برق سراسری

سیستم های انرژی بادی ترکیبی(Hybrid wind energy systems) می توانند برق قابل اطمینان مستقل از شبکه برق را برای خانه ها، مزارع و یا حتی کل شهرک (به عنوان مثال یک پروژه مسکن مشترک) که دور از نزدیکترین خطوط برق هستند فراهم کنند. به گفته بسیاری از کارشناسان انرژی های تجدیدپذیر، یک سیستم “ترکیبی” که ترکیبی از فن آوری های باد و فتوولتائیک (PV) است مزایای متعددی نسبت به هر دو سیستم منفرد دارد.

در شرق ایران بیشترین تولید انرژی باد در طول روز، حدود ظهر و غروب است که بر پیک برق مصرفی منطبق است. در ابتدای صبح و عصر می تواند ضعف باد را جبران کند و انرژی باد در ابتدای شب می تواند عدم تولید انرژی خورشیدی را مرتفع کند. برای زمان هایی که نه توربین بادی و نه ماژول های PV تولید نمی کنند،

 اکثر سیستم های ترکیبی از طریق باتری ها و/ یا یک ژنراتور با سوخت های معمولی مانند گازوئیل تأمین نیرو می کنند. در صورت کم شدن باتری ها، ژنراتور می تواند انرژی را تأمین کند و باتری ها را دوباره شارژ کند. افزودن یک ژنراتور سیستم را پیچیده تر می کند، اما کنترلر الکترونیکی مدرن می توانند به طور خودکار این سیستم ها را مدیریت کند. یک ژنراتور همچنین می تواند اندازه سایر اجزای مورد نیاز سیستم ترکیبی را کاهش دهد.

به خاطر داشته باشید که ظرفیت ذخیره سازی باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتواند نیازهای الکتریکی را در دوره هایی که تولید وجود ندارد، تأمین کند. اندازه ظرفیت باتری معمولاً برای تأمین بار مصرفی به مدت 1 تا 3 روز است که البته در سیستم های بزرگ با نوسان کمتر تولید می توان باتری کمتری استفاده کرد.

یک سیستم ترکیبی مستقل از شبکه ممکن است برای شما عملی باشد اگر:

  • شما در منطقه ای با متوسط ​​سرعت باد سالانه 4 متر بر ثانیه زندگی می کنید.
  • اتصال شبکه در دسترس نیست یا اتصال به شبکه گران قیمت خواهد بود.
  • هزینه اجرای خط برق به یک سایت از راه دور برای اتصال به شبکه برق می تواند گران باشد، بسته به زمین از 15000 دلار تا بیش از 50،000 دلار در هر مایل متغیر است.
  • شما مایل به تولید قدرت پاک هستید.

برگرفته از بهره وری انرژی و انرژی های تجدید پذیر آمریکا

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

توربین بادی کوچک

مطالب مرتبط