ساخت برج توربین بادی
برای بررسی روش ساخت برج توربین بادی در ابتدا باید انواع آن معرفی شود سپس به بیان ویژگی های هر یک پرداخته شود. برج توربین بادی ناسل و روتور را حمل می کند. برج های توربین های بادی بزرگ ممکن است از برج های فولادی لوله ای (tubular steel)، برج های خرپایی (lattice) برج های چوبی یا برج های بتونی (concrete) باشند. برج های لوله ای مهاری (Guyed) فقط برای توربین بادی کوچک استفاده می شود.
برج توربین بادی فولاد لوله ای
بیشتر توربین های بادی بزرگ با برج های فولادی لوله ای تحویل داده می شوند که در بخشهای 30-20 متری با دو فلنج ساخته می شوند و در محل با هم پیچ می شوند. برج ها به منظور افزایش مقاومت و صرفه جویی در مواد، مخروطی هستند (یعنی قطر آنها به سمت پایه افزایش می یابد). هر قطعه برج خود از چند تکه تشکیل شده است که در کارخانه به یکدیگر جوش داده شده اند.
این تصویر از کارگاه ساخت برج نشان می دهد که چگونه یک صفحه فولادی به یک شکل مخروط برای برج توربین بادی نورد می شود. دستیابی به شکل مخروطی کاری کمی دشوار است، زیرا کشش (فشار) غلتک های فولادی برای ایجاد خم شدن صحیح صفحه باید از دو طرف متفاوت باشد. برج ها با مونتاژ این زیرمجموعه های مخروطی کوچکتر ساخته می شود. ورق ها برش داده می شوند و به شکل مخروطی در می آیند و سپس با هم جوش می خورند.
برج ها معمولاً در بخش های 20 تا 30 متری (65 تا 100 فوت) ساخته می شوند، عامل محدود کننده، حمل و نقل در جاده ها یا راه آهن است. وزن های برج مدرن معمولی 40 تن برای یک برج 50 متر (165 فوت) با قطر روتور 44 متر (600 کیلووات) و 80 تن برای یک برج 60 متری برای قطر روتور 72 متر (2000 کیلووات) است.
برج های توربین های بادی به طور کلی توسط هر سازنده توربین طراحی می شوند، زیرا کل توربین بادی باید به عنوان یک واحد تأیید شود. بنابراین حتی اگر بعضی از برج ها توسط تولیدکنندگان مستقل ساخته شوند، همیشه مخصوص هر سازنده هستند. سازندگان مستقل برج اغلب سازنده مخازن روغن یا مخازن تحت فشار هستند، زیرا ماشین آلات و روش های بازرسی ایمنی بسیار شبیه به هم هستند.
وزن برج (به ازای کیلووات) به دلیل پیشرفت روش های طراحی، طی پنج سال گذشته حدود 50٪ کاهش یافته است. هنوز هم برج ها بخشی نسبتاً سنگین از توربین بادی هستند، بنابراین هزینه های حمل و نقل مهم است. برای بازارهای بزرگتر، هزینه حمل و نقل برج بیش از 1000 کیلومتر (600 مایل) از طریق جاده ای پرداخت نمی شود. در صورت فاصله بیشتر (پروژه بزرگ)، برج ها معمولاً به صورت محلی ساخته می شوند. به نقل از سازمان صنعتی باد دانمارک
برج توربین بادی خرپایی
برج های مشبک Nordex با استفاده از پروفیل های فولادی جوش داده شده تولید می شوند. مزیت اصلی برج های مشبک هزینه است، زیرا یک برج مشبک فقط به نیمی از مواد برج لوله ای ایستاده با سفتی مشابه نیاز دارد. عیب اساسی برج های مشبک ظاهر بصری آنهاست. به دلایل مشکل زیبایی برجهای مشبک تقریباً برای توربین های بادی بزرگ و مدرن استفاده نمی شود.
برج توربین بادی چوبی
در آلمان اولین برج توربین بادی چوبی جهان مشغول به کار است. علی رغم گواهی نامه های زیست محیطی توربین های بادی، این برج ها معمولاً از جنس فولاد ساخته می شوند، که نه تنها گران است بلکه برای تولید نیاز به مقدار زیادی انرژی دارند.
در تلاش برای ایجاد توربین های بادی سبزتر ، شرکت آلمانی Timber Tower توربین بادی چوبی 1.5 مگاواتی را در هانوفر آلمان برپا کرده است. Timber Tower به عنوان یک سیستم وصل شده از پنل های چوبی روکش شده (laminated) که خارج از سایت ساخته می شوند آغاز به کار کرد و در کانتینر 12 متری برای مونتاژ در محل به شکل یک برج هشت ضلعی توخالی منتقل می شود.
برج نمونه اولیه نهایی 100 متر (328 فوت) ارتفاع دارد و یک سیستم نردبان و آسانسور را ادغام می کند و یک توربین بادی Vensys 77 روی آن قرار دارد. این توربین قطر روتور 77 متر (252.6 فوت) و تقریبا 100 تن وزن دارد و 1500 کیلو وات برق تولید می کند.
Timber Tower می گوید: جرم و قطر فونداسیون برج چوبی با برج فولادی لوله ای یکسان است و تمام مواد اولیه مورد استفاده در برج از تأمین کنندگان مورد تایید FSC و PEFC هستند. علاوه بر یک مقطع هشت ضلعی، بدنه توخالی نیز می تواند با یک مقطع شش ضلعی یا دوازده ضلعی ساخته شود. این شرکت می گوید سیستم Timber Tower باید از ارتفاع هاب تا 200 متر پشتیبانی کند و هم اکنون در حال توسعه یک برج 140 متری است.
Timber Tower با حداقل عمر تضمینی 20 سال، مقررات فعلی بیمه، صدور گواهینامه و حفاظت از آتش را نیز رعایت می کند. این شرکت ادعا می کند Timber Towerهر 100 متر حدود 300 تن ورق فلزی و به لطف یک فرآیند که انرژی کمتری مصرف می کند، تقریباً 400 تن CO2 ذخیره می شود. نقل از Darren Quick در نوامبر 2012
سوئد از نخستین برج توربین بادی چوبی خود استقبال می کند. برج توربین بادی چوبی شرکت Modvion برای دستیابی به ارتفاعات بیش از 120 متر (393 فوت) طراحی شده است. با هزینه قابل توجهی کمتر از نمونه های ساخته شده از فولاد، با رویکرد ماژولار اجازه می دهد تا بخش های قابل بسته بندی بدون مشکل در جاده های عمومی منتقل شود. ادعا می شود آنها از روز آغاز ساخت و ساز نیز انتشار کربن ندارند. برج مفهومی 30 متری (100 فوتی) با شرکت ساخت چوب Moelven در تأسیسات خود در Töreboda ساخته شد. مدیرعامل Modvion می گوید: “چوب روکش شده از استیل با همان وزن قوی تر است و با ایجاد ماژول، توربین های بادی می توانند بلندتر باشند”.
Modvion قصد دارد نسخه هایی از مقیاس تجاری توربین چوبی خود را در سال 2022 تولید کند. اینها شامل یک نسخه 110 متری (360 فوت) برای Varberg Energi و همچنین 10 برج بیش از 150 متر (490 فوت) برای شرکت انرژی های تجدید پذیر Rabbalshede Kraf است. نقل از Nick Lavars
برج توربین بادی بتنی
همکاری انرژی تجدید پذیر جنرال الکتریک، COBOD و LafargeHolcim برای برج های بلند توربین بادی بر پایه بتن چاپ سه بعدی شده تولید و استفاده از انرژی های تجدید پذیر را افزایش می دهد. برج های توربین بادی به طور معمول به ارتفاع زیر 100 متر محدود شده اند، زیرا آنها به طور سنتی با فولاد یا بتن پیش ساخته، تولید شده اند.
چاپ برج به صورت مستقیم در محل با فناوری بتن چاپ سه بعدی شده، امکان ایجاد پایه های بزرگتر و برج های بلند تر هیبریدی مقرون به صرفه را فراهم می آورد و تا ارتفاع 200 متر می رسد. برج های بلندتر، بادهای قوی تری را می گیرند و در نتیجه انرژی بیشتر با هزینه کمتر تولید می کنند. اولین نمونه با موفقیت در اکتبر 2019 چاپ شد. برای کسب اطلاعات بیشتر مقاله ارتفاع برج توربین بادی را مطالعه بفرمایید.
انرژی تجدید پذیر جنرال الکتریک، COBOD و LafargeHolcim امروز اعلام کردند که برای توسعه مشترک توربین های بادی با پایه های بتن چاپ سه بعدی شده، همکاری خواهند کرد و به ارتفاع حداکثر 200 متر می رسند. این سه شریک برای تهیه این راه حل نوآورانه همکاری داشته اند، که ضمن کاهش هزینه تراز شده انرژی و بهینه سازی هزینه های ساخت برج توربین بادی، تولید انرژی تجدیدپذیر را افزایش می دهد. شرکاء در نهایت یک نمونه اولیه توربین بادی با پایه چاپ شده، و یک چاپگر و مواد آماده تولید را برای تولید انبوه تولید می کنند. اولین نمونه، یک پایه بلند به ارتفاع 10 متر، با موفقیت در اکتبر 2019 در کپنهاگ چاپ شد. سه شریک با بررسی راه های توسعه اقتصادی برج های بلندتر که بادهای قوی تر را جذب می کند، قصد دارند انرژی بیشتری را برای هر توربین تولید کنند.
با تکیه بر مهارت هر شریک در صنعت خود، این همکاری، شتاب دادن دسترسی و استفاده از انرژی های تجدید پذیر در سراسر جهان را هدف قرارداده است. انرژی تجدید پذیر جنرال الکتریک تجربیات مرتبط با طراحی، ساخت و تجاری سازی توربین های بادی را ارائه میدهد. COBOD در اتوماسیون روباتیک و چاپ سه بعدی متمرکز خواهد شد و LafargeHolcim مواد بتونی سفارشی شده (tailor-made)، فرایند و کاربرد آن را طراحی می کند.
چاپ بتن سه بعدی یک فناوری بسیار امیدوار کننده است، زیرا انعطاف پذیری طراحی فوق العاده آن، قلمرو امکانات ساخت را گسترش می دهد. سرپرست گروه تحقیق و توسعه LafargeHolcim جناب Edelio Bermejo بیان کرد” به عنوان کاربر و مروج انرژی پاک، ما از فراهم کردن تخصص و طراحی مواد خود برای کار در این پروژه پیشگامانه و امکان ساختن کارآمد برج های توربین بادی بلند و شتاب دادن دسترسی به انرژی های تجدید پذیر خرسندیم”.
هنریک لوند-نیلسن، بنیانگذار COBOD International افزود: “ما بسیار مفتخریم که با شرکت های کلاس جهانی مانند انرژی تجدید پذیر جنرال الکتریک و LafargeHolcim کار می کنیم. با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی پیشگامانه ما همراه با کفایت و منابع شرکایمان، ما متقاعد شده ایم که این حرکت انقلابی در صنعت توربین های بادی باعث کاهش هزینه ها و زمان اجرای سریع تر می شود و به نفع مشتریان و پایین آمدن اثرات CO2 از تولید انرژی می شود.
Matteo Bellucci رهبر فناوری پیشرفته تولید انرژی های تجدید پذیر جنرال الکتریک گفت: “چاپ سه‌بعدی در DNA جنرال الکتریک است و ما معتقدیم این تولید با فرمت بزرگ، پتانسیل بالایی برای صنعت باد به همراه خواهد داشت. چاپ بتن طی 5 سال گذشته پیشرفت چشمگیری داشته است و ما معتقدیم که در جهان صنعتی به کاربرد واقعی نزدیک شده ایم. ما متعهد هستیم كه از تمام برتری های این فن آوری، هم انعطاف پذیری طراحی و هم ساده سازی لجستیكی كه در چنین اجزای عظیم ایجاد می شود، نهایت استفاده را ببریم.”
با ساخته شدن سنتی با فولاد و بتون پیش ساخته، برج های توربین بادی معمولاً تا ارتفاع زیر 100 متر محدود شده اند، زیرا عرض پایه نمی تواند از قطر 4.5 متری که می تواند، بدون افزایش هزینه های اضافی در جاده منتقل شود، تجاوز کند.
چاپ یک پایه ارتفاع متغیر به طور مستقیم در محل، با فناوری بتن چاپی سه بعدی شده، امکان ساخت برج هایی را به طول 150 تا 200 متر امکان پذیر خواهد کرد. به طور معمول، یک توربین 5 مگاواتی در 80 متر، سالانه 15.1 گیگاوات ساعت تولید می کند. در مقایسه، همین توربین با ارتفاع 160 متر 20.2 گیگاوات ساعت یا بیش از 33٪ توان اضافی تولید می کند. منبع
