به قلم رابرت ثره شر
رابرت ثره شر مدير مركز ملی فن آوری باد در لابراتوار ملی انرژی تجديد شونده وزارت نيروی ايالات متحده است.
نيروی باد --- فن آوری استفاده از باد برای ايجاد برق --- جزء منابع جديد توليد برق است كه امروزه سريعترين رشد را در سطح جهانی بخود اختصاص داده است. نيروی باد توسط توربينهای عظيم سه پره ای توليد ميشود كه در بالای برج های بلند نصب ميشوند و كار كردشان مانند پنكه معكوس است. بجای استفاده از انرژی برق برای توليد باد و خنكی، توربين ها از باد استفاده ميكنند كه نيروی برق توليد كنند.
باد پره ها را ميگرداند و پره ها از طريق شافت يا ميله گردان انتقال دهنده حركت و يك سری چرخ دنده ژنراتور الكتريكی را به حركت وا ميدارد. توربين های بزرگ برای دستگاه ها و ماشين آلات از 750 كيلو وات تا 1.5 مگا وات برق توليد ميكنند (يك كيلو وات معدل 1000 وات و يك مگا وات معادل يك ميليون وات است). برای منازل، ايستگاه های مخابراتی، و پمپ آب توربين های كوچك با توان حداكثر 100 كيلو وات كفايت ميكند؛ بويژه در نقاط دور افتاده كه هيچ منبع انرژی ديگری برای ارائه خدمات وجود ندارد.
در كارخانجات باد يا اصطلاحا در مزارع باد، گروه هايی از توربين های بادی بهم متصل شده تشكيل يك شبكه را ميدهند و برق توليد ميكنند. برق توليدی از طريق دستگاه انتقال نيرو و شبكه خطوط توزيع به دست مصرف كننده می رسد.
از سال 1980 كه برنامه های تحت پوشش پروژه باد وزارت نيرو آغاز به كار كرد قيمت انرژی بادی از 80 سنت ( ارزش دلار امروز) به ازای هر كيلو وات ساعت به بين 4 تا 6 سنت برای هر كيلو وات ساعت كاهش يافته.
يكی از اهداف برنامه باد اينست كه قيمت برق توليدی را تا 3 سنت برای هر كيلو وات ساعت (برای مزارع داخل خشكی با سرعت كم باد) و 5 سنت برای هر كيلو وات ساعت (در آبهای ساحلی و مزارع روی اقيانوس) تقليل دهد. اماكن سرعت – كم – باد جاهايی هستند كه معدل سرعت سالانه باد ( در ارتفاع 10 متری از سطح زمين) حدود 21 كيلو متر در ساعت است.
برای انجام اين و هدفهای ديگر دو واحد از لابراتوارهای عمده تحقيقاتی دی. او. ای. يعنی لابراتوار ملی انرژی جايگزين شونده (ان. آر. ای. ال.) در كولورادو، و لابراتوارهای ملی سانديا در نيو مكزيكو با شركايی در صنعت و بخش تحقيقات دانشگاهی در سطح ملی همكاری ميكنند تا موجب پيشرفت فن آوريهای انرژی بادی شوند. هر لابراتوار توان و مهارت خاص و يگانه ای را داراست كه پاسخگوی نيازهای صنعت می باشد.
مركز ملی فن آوری باد (ان. دبليو. تی. سی.) ، وابسته به ان. آر. ای. ال. ، تاسيسات تحقيقاتی پيشگام در برنامه باد است. ان. دبليو. تی. سی. تحقيقاتش در زمينه پشتيبانی از شركای صنعتی خود است و در طراحی و بازبينی تحليل، ساخت و بهبود قطعات، تحليل سيستمها و دستگاه های كنترل و نظارت، آزمايش قطعات، خدمات تركيبی و مرتبه به هم، كمكهای فنی، و بيش از اينها ... مشغول اقدام است. در حاليكه سانديا زمينه كاريش در انجام تحقيقات عملی در بخش ساخت و توليد پيشرفته و پيچيده، حصول اطمينان از كيفيت و اعتبار قطعات، بخش ائرو ديناميك، تحليل و كنترل ساختارها، فرسودگی و ستوهش مواد سازنده، و سيستم های كنترل و مراقبت است.
با عنايت به تلاشها، تحقيقات، و توسعه هايی از اين دست، ظرفيت جهانی انرژی بادی در 10 سال گذشته بيش از 10 برابر افزايش يافته --- و از 3.5 گيگا وات (هر گيگا وات معادل يك ميليارد وات است) در سال 1994 به حدود 50 گيگا وات تا پايان 2004 رسيده است. در ايالات متحده ظرفيت انرژی بادی در اين مدت به سه برابر افزايش يافته؛ از 1600 مگا وات در 1994 به بيش از 6700 مگاوات تا پايان 2004 --- ظرفيتی كه قادر است بيش از 1.6 ميليون خانوار را از نظر برق مصرفی تامين نمايد.
در سال 2005 ، بعلت تمديد معافيت مالياتی فدرال بوسيله كنگره در 2004 پيش بينی ميشود صنعت انرژی باد در ايالات متحده از رشد چشمگيری برخوردار شود. اعتبار مالياتی مورد نظر مبلغ 1.9 سنت برای هر كيلو وات ساعت توليد برق بادی اعتبار برای فن آوری های قابل قبول و حائز شرايط برای 10 سال اول توليد در اختيار كار آفرين و توليد كننده قرار ميدهد. برخی متخصصين اين صنعت پيش بينی ميكنند كه ظرفيت توليد برق بادی در سال 2005 حدود 2000 مگاوات افزايش می يابد و عمده علت افزايش تاسيسات مربوط به فن آوری برق بادی امتياز مالياتی است كه قانون مزبور تامين مينمايد.
صنعت انرژی برق بادی به طرز چشمگيری در دهه گذشته رشد داشته و اين عمدتا بخاطر سياستهای حمايتی دولت و همكاريهای محققين پروژه باد وزارت نيرو با شركای صنعتی خود در توسعه فن آوريهای خلاقه و تقليل دهنده قيمت، ايجاد و بسط بازارهای پر رونق، و تشخيص كاربری و موارد استفاده جديد برای انرژی باد می باشد.
توسعه فن آوريهای تقليل قيمت
كارهای جديدی كه در دهه 1994 تا 2004 تحت پروژه " برنامه باد وزارت نيرو " انجام شده شامل نو آوريهای طرحهای توليدی، توربين های بزرگتر، و كارآيی های بيشتر در زمينه های مختلف بوده كه منتج به كاهش چشمگير قيمت شده است. گر چه كاهش هزينه توليد اين نوع انرژی بسيار موثر و تحسين بر انگيز بوده، معذالك برق توليدی با انرژی باد هنوز كاملا قابل رقابت با سوخت های فسيلی نمی باشد. محققين معتقدند كه برای رقابتی كردن قيمت برق بادی هنوز به پيشرفت های تكنولوژيك بيشتری نياز است كه بتواند قيمت توليد برق بادی را تا 30 در صد ديگر كاهش دهد، تا اين نوع انرژی بتواند بطور كامل با سوخت های سنتی منجمله سوخت فسيلی رقابت نمايد.
رشد و بسط بازار مصرف
برای گسترش و رشد بازار و افزايش مقبوليت فن آوری باد در سراسر كشور، گروه های " نيرو دهی آمريكا با باد" (دبليو. پی. ا.) وزارت نيرو با شركای بخش خصوصی و صنعت همكاری ميكند تا از حمايت ايالات برخوردار شوند، و در بخش خدمات شهری مشاركت ها را گسترش دهند، بازاريابی مشترك انجام دهند، و از رويكرد ها و كار برد های جديد و خلاقه توليد بازار بهره برند و به اين ترتيب بتوانند برای استفاده از سيستمهای بزرگ و كوچك انرژی باد حاميان لازم را بيابند.
استراتژی افزايش مقبوليت فن آوری باد توسط دبليو. پی. ا. شامل فعاليت مبسوط اطلاعاتی و آموزشی برای مطلع كردن اقشار مختلف مردم و جامعه در باره مزايای اين فن آوری می باشد. در سال 2004 اعضای تيمهای آموزشی و اطلاعاتی دبليو. پی. ا. در 20 ايالت 36 نمايشگاه بر پا كردند و 43000 نسخه از نشريات دبليو. پی. ا. در مورد كاربردهای مختلف اين انرژی را ميان مردم و مصرف كنندگان بالقوه توزيع نمودند. شمار مراجعين به سايت اينترنتی اين سازمان نيز به آدرس زير مرتبا در حال افزايش است:
از طريق تلاشهايی اين چنين هدف دبليو. پی. ا. اينست كه مصرف انرژی باد را در ايالات متحده افزايش دهد، بطوری كه تا سال 2010 حد اقل 30 ايالت از اين انرژی استفاده صنعتی كرده، لا اقل ظرفيتی در حد 100 مگاوات برق بادی داشته باشند.
كاربرد های جديد برای انرژی باد
ده ها سال تلاش مشترك بخش خصوصی و دولتی انرژی باد را از رويای ديروز به واقعيت امروز تبديل نموده. برای حصول اطمينان از رشد صنعتی انرژی باد در 2005 و سالهای بعد از آن، پروژه باد كوشش پيگيری را برای خلق كاربردهای جديد اين انرژی دنبال ميكند تا بازارهای تازه ای را به روی آن باز كند. از جمله اين كاربردها نصب توربين های بادی در آبهای ساحلی (اعم از آبهای كم عمق يا عميق)، استفاده از انرژی باد برای توليد آب شيرين، و توسعه فن آوريهای جديد برای استفاده از باد در طرحهای انرژی همزمان و يا انرژی كمكی با ساير انرژی های تجديد شونده مانند نيروی آب در پروژه های برق- آبی ... ميباشد.
توسعه طرحهای آبهای ساحلی و آبهای عميق
توربين های بادی آبهای ساحلی هنوز دوران طفوليت خود را طی ميكنند، و در مقايسه با توربين های زمينی هم گران ترند و هم مشكلات بيشتری برای نصب آنها وجود دارد. اين توربين ها بايد بنحوی طراحی و ساخته شوند كه تحمل و دوام لازم برای باد ها، امواج، و احيانا طوفان های آبهای ساحلی را داشته باشند، و ضمنا در مقابل شرايط و مواد فرساينده محيط دريايی مقاومت كنند.
از جمله مزايای تاسيسات آبهای ساحلی اينست كه توربين ها را ميتوان به مراتب بزرگتر ساخت و انرژی بيشتری از هر توربين بدست آورد؛ مضافا اينكه در اعماق بيشتر محيط های اقيانوسی هم ميتوان از بادهای قويتر و سريعتر استفاده برد و هم از تلاطم و آشفتگی بيشتر خشكی مصون بود.
مطالعات اخير نشان داده اند كه منابع سرشاری از بادهای آبهای ساحلی در مناطقی از ايالات متحده واقع شده اند كه در نزديكی اماكن عمده شهری پر جمعيت در آتلانتيك ميانی و شمال شرق آمريكا قرار دارند. در حال حاضر توربين های بادی آبهای ساحلی اروپا حدودا 600 مگاوات برق بادی توليد ميكنند، اما تا اين زمان هيچ توربينی در عمق بيش از 20 متر نصب نشده است.
برای توربين های آبهای ساحلی كم عمق (زير 30 متر) سازندگان اروپايی توربين از همان طرحهای توربين های زمينی --- با تغييرات لازم اندك --- استفاده ميكنند كه آنرا بر روی فونداسيون بتنی و يا بر روی سكويی فلزی قرار ميدهند كه بر روی يك ستون بلند فولادی كه در كف دريا فرو رفته استوار است. يك ايستگاه فرعی در آبهای ساحلی انرژی حاصله را جمع آوری ميكند، و پس از افزايش ولتاژ برق حاصله را بوسيله كابل های زير آبی مدفون شده در كف دريا به ساحل ميآورد. در آنجا يك ايستگاه فرعی ديگر ولتاژ را باز هم افزايش داده و آماده توزيع ميان كارخانجات، خدمات عمده شهری، و مصرف كنندگان نهايی ميكند.
بخش اعظم منابع بادی – انرژی در آبهای ساحلی ايالات متحده در مناطقی هستند كه از عمق متعارف 30 متری بيشترند --- كه در حال حاضر در اروپا و در دريای بالتيك رايج است. فونداسيون نشسته بر تك ستون فولادی كه در كف دريا فرو رفته سيستمی است كه مناسب آبهای ساحلی عميقتر ايالات متحده نيست. برای توليد انرژی بادی اقتصادی در آبهای عميق فن آوری هايی از نوع سكوهای شناور مورد استفاده در صنايع نفت و گاز به مراتب بهتر است، بشرط اينكه برای انرژی بادی جرح و تعديل و سازگار شده باشد و شيوه های ارزانتری از لنگراندازی ابداع شود. از جمله آخرين طرحهای تخيلی فن آوری استفاده از باد در آبهای ساحلی عميق اينست كه توربين ها و سكوی حمال آنها را در خشكی ساحل و در حوضچه های خشك كشتی سازی با كارگر عادی (در زمين خشك) بسازند، سپس توربين ها را سوار بر سكوی شناورشان به محل موعود در دريا برده، لنگر بياندازند، و پس از مهار تاسيسات آنرا به كابل حامل برق به ساحل اتصال داد.
پروژه باد اينك سرگرم بررسی و برآورد اقتصادی طرح های متعددی ست كه بتواند با كمك سكوهای شناور و توربينهای بادی برق به قيمت مناسب را در آبهای با عمق بين 50 تا 200 متر توليد كند. پروژه در عين حال مشغول مذاكره برای يك توافق و مشاركت با يك كمپانی داخلی است كه اولين مدل آزمايشی توربين بادی چند مگاواتی آمريكا را مخصوص آبهای ساحلی كم عمق طراحی كرده و توليد كند.
باد و آب
پروژه باد اينك در حال بررسی اين موضوع است كه چگونه ميتوان از باد و آب بطور همزمان و با همكاری يكديگر بهره برداری كرد تا منبعی مستمر و ثابت از برق بادی و آب شيرين بدست آورد. يكی از مشكلات روزافزون جهانی مسئله كمبود آب شيرين در آينده ای نزديك است. طبق آمار سازمان ملل، جمعيت در حال افزايش دنيا تا سال 2025 روزانه به ميلياردها متر مكعب آب شيرين اضافی در روز نياز خواهد داشت. در حاليكه ظرفيت جاری جهانی آب شيرين كنی رقمی در حدود 28 ميليون متر مكعب در روز برآورد ميشود.
يك راه حل اساسی برای مبارزه با كمبود آب در آينده، شيرين كردن و نمك گيری آب شور اقيانوسها در مقياس وسيع ميباشد، لكن نمك گيری و آب شيرين كنی پروسه ای بسيار پر خرج و فن آوری ای انرژی بر در اغلب نقاط گيتی است. در ميان كليه فن آوريهای جاری آب شيرين كنی، سيستم اوسموسيس معكوس بالاترين كارآيی انرژی برق را دارد و ميان 3 تا 8 كيلووات ساعت برق به ازای هر متر مكعب آب راندمان آن است.
اوسموسيس معكوس متدی است كه آب شيرين و خالص را از طريق تزريق يا فشار آب نمكی از داخل يك غشا يا پرده نيمه ضد آب (كه اجازه ميدهد گروهی از سلولها، و نه همه آنها، از آن بگذرند) كه اجازه گذشت نمك را نميدهد، ميگذرانند.
با وجود راندمان بالای سيستم اوسمس معكوس، 40 در صد قيمت آب شيرين به مصرف انرژی مورد نياز ميرسد. از نقطه نظر قيمت و محيط زيست، منابع انرژی جايگزين ارزان و تميز برای راه حلهای آب شيرين كنی مقرون به صرفه مورد نياز ميباشد.
انرژی باد بهر حال يكی از ارزانترين منابع انرژی قابل تجديد است كه دارای آينده ای اميدوار كننده نيز می باشد. معهذا چون طبيعتی متغير و قانون ناپزير دارد، و به هيچ فرمول و دستورالعملی پايبندی نشان نميدهد، محققين ميبايد هنوز عواقب و عوارضی كه بر سيستمهای آب شيرين كنی از خود نشان ميدهد، و عملكردش بر كل سيستم را ارزيابی دقيق كنند.
در 2004 پروژه باد يك طرح مطالعاتی در مورد سيستم تركيبی انرژی باد و سيستم آب شيرين كنی را مورد توجه قرار داد كه پروژه مزبور هنوز هم در كنكاش و جستجوی اثرات باد و آب شيرين كنی بطور تواما ميباشد؛ و به اين منظور مسايل فنی، بررسی امكانات عملی و مناسب و قابل قياس با ايده های جايگزين، و ارزيابی عملی و دوام پذير اقتصادی هر كدام از عمده امور مورد توجه پروژه ميباشد.
برای اطمينان از عرضه دائمی و بی وقفه برق به شبكه خدمات شهری، پروژه باد مشغول مطالعه در مزايای بالقوه ادغام انرژی های باد و آب بصورت همزمان است (كه انرژی حركتی يا سقوط آب را در مهار ميآورد.
بعنوان بخشی از اين تلاش، ايالات متحده به ايجاد گروهی كاری در درون آژانس بين المللی انرژی (آی. ای. ا.) كمك كرد كه اعضای آن بر استقرار يك سيستم در هم تنيده از باد و آب تمركز نموده اند. (مركز تحقيق آی. ای. ا.، توسعه و نمايش منظمه باد شماره 24 ).
ضميمه مزبور اقدام به تبادل اطلاعات و به همكاری در تحقيق در زمينه توليد، انتقال، و ادغام اقتصادی سيستم های انرژی باد و انرژی آب منجر خواهد شد. ضميمه نامبرده اولين نشست خود را در 2005 در هوور دام نوادا برگزار نمود.
نتيجه گيری
برنامه انرژی وزارت نيروی آمريكا اينست كه به انرژی تميز، زيست محيطی، قابل تجديد، و با صرفه اقتصادی برای بازارهای گوناگون و كاربردهای مختلف دست يابد؛ و در سنوات اخير در اين راه گامهای بلندی برداشته است، و كماكان در مسير بهبود و بهينه سازی به پيش ميرود. هدف اصلی آمريكا از جايگزينی اين انرژی قابل صيانت و تجديد پذير و دسترسی به ساير منابع مشابه انرژی عنصری كليدی در استراتژی دراز مدت آمريكا در تقليل اتكا ی ملی بر سوخت های مبنای كربن و سوخت فسيلی است، و در نتيجه كاهش توليد و انتشار گازهای گلخانه ای در جو زمين است.
|
