توربین بادی دوره انرژی بادی توربین بادی

توربین بادی

 

توربین بادی به توربینی گفته می‌شود که برای تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی به کار می‌رود که توان بادی نام دارد. توربین‌های بادی در دو نوع با محور افقی و با محور عمودی ساخته می‌شوند.

توربین‌های بادی کوچک برای کاربردهایی مانند شارژکردن باتریها یا توان کمکی در قایق‌های بادبانی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالی که توربین‌های بادی بزرگ‌تر با چرخاندن ژنراتور، و تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی، به عنوان یک منبع تولید انرژی الکتریکی به‌شمار می‌روند. انواع دیگری از توربین‌های بادی وجود دارد که برای پمپ کردن آب استفاده می‌شود که به آن پمپ بادی می‌گویند یا برای آسیاب گندم به کار می‌رود که آسیاب بادی نام دارد و موارد دیگری که هر کدام نام خاص خودشان را دارند.

تاریخچه

اولین استفاده‌ها از انرژی باد به استفاده جهت در توربین‌های چرخان به آسیاب‌های بادی برمی‌گردد. نخستین آسیاب‌های بادی، کاملاً از آسیاب‌های بادی معروف هلندی، که تصویر آن‌ها در ذهن بسیاری از ما ثبت شده‌است، متفاوت بود. تعداد پره‌های این آسیاب‌ها به ۱۲ عدد می‌رسید و پره‌ها از بالای یک دیرک عمودی، همانند بادبان‌های یک کشتی که از فراز دکل و بازوی افقی دکل آویزانند، آویخته شده بود. شاید بتوان شکل کلی این آسیاب‌ها را با چرخ و فلک‌های شهربازی‌های امروزی مقایسه کرد که محور اصلی آن‌ها در مرکز یک دایره روی زمین نصب شده‌است و اتاقک‌های چرخ و فلک همیشه فاصله ثابتی از سطح زمین دارند. این نوع طراحی برای آسیاب‌های بادی، شاید از بادبان‌های یک کشتی، یا از چرخ‌های دعای بودایی‌های آسیایی، که با نیروی باد می‌چرخید، الهام گرفته شده باشد.

استفاده از انرژی باد پیشینهٔ دراز مدتی داشته و به حدود سدهٔ ۲ پیش از میلاد در ایران باستان بازمی‌گردد. برای نخستین بار، ایرانیان موفق شدند با استفاده از نیروی باد، دلو (دولاب) یا چرخ چاه را به گردش درآورده و آب را از چاه‌ها به سطح مزارع برسانند.

نخستین ماشینی که با استفاده از نیروی باد به حرکت درآمد، چرخ بادی هرون بود؛ ولی نخستین آسیاب بادی عملی، در سدهٔ ۷ میلادی در سیستان ساخته شد. پیدایش آسیاب‌های بادی در اروپا مربوط به سده‌های میانهاست. نخستین مورد ثبت‌شده در مورد استفاده از آسیاب‌هاب بادی در انگلستان مربوط به سده‌های ۱۱ و ۱۲ میلادی است.

نخستین توربین بادی با کاربرد تولید برق، یک ماشین شارژ باتری بود که در ژوئیه ۱۸۸۷ توسط یک مهندس اسکاتلندی به نام جیمز بلایث ساخته شد. چند ماه بعد، مخترع آمریکایی چارلز فرانسیس براش نخستین توربین باد خودکار را برای تولید برق در کلیولند در اوهایو ساخت. در سال ۱۹۰۸، ۷۲ توربین بادی با کاربرد تولید برق (بین ۵ تا ۲۵ کیلووات) در آمریکا فعال بودند. در دهه ۱۹۳۰، توربین‌های بادی کوچک برای تولید برق مورد نیاز مزارع در آمریکا، که هنوز سامانه سراسری توزیع برق راه‌اندازی نشده بود، بسیار متداول بودند. در پاییز سال ۱۹۴۱، نخستین توربین بادی در کلاس مگاوات در ورمانت راه‌اندازی شد. نخستین توربین بادی متصل به شبکهٔ برق در بریتانیا در سال ۱۹۵۱ در جزایر اورکنی ساخته شد.

در سال ۲۰۰۶ برای اولین بار در اتحادیهٔ اروپا رشد تولید برق از انرژی‌های نو بیش از رشد تولید برق از منابع فسیلی بود. از سال ۱۳۷۹ تا ۱۳۸۶ شمسی، ظرفیت تولید برق بادی جهان از ۱۸۰۰۰ مگاوات به ۹۲۰۰۰ مگاوات افزایش یافته‌است. از سال ۲۰۰۰ تاکنون این صنعت سالانه ۲۵٪ رشد کرده و هر سه سال دو برابر شده‌است و این در شرایطی است که رشد اقتصاد جهانی از یک تا دو درصد در سال بیشتر نیست.

 

سیستم فتوولتائیک انرژی خورشیدی 1024x620 سامانه فتوولتاییک

سامانه فتوولتاییک

سامانه‌های فتوولتاییک (به انگلیسی: Photovoltaic system) به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم‌های محرک مکانیکی الکتریسیته تولید کند، پدیدهٔ فتوولتاییک (Photovoltaics) گفته شده و عاملی که این فرایند را به وجود می‌آورد، سلول خورشیدی (Solar cell) نام دارد. سامانه‌های فتوولتاییک که در ابتدا برای کاربردهای فضایی ابداع و تکمیل شده بودند انرژی نوری را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. اصل مقدماتی در این فناوری اثر فتوالکتریک است که اولین بار به وسیلهٔ اینشتین توضیح داده شده که نور باعث می‌شود الکترون‌ها از ماده جدا شوند.

در سال ۱۸۳۹ بکرل (Becquerel)، دانشمند فرانسوی موادی را کشف کرد که در هنگام برخورد نور خورشید با آن‌ها جرقه تولید می‌کردند. در دههٔ شصت دانشمندان آزمایشگاه بل برای نخستین بار سیلیکون را در سلول‌های خورشیدی به کار گرفته و توانستند بازده چهار درصدی تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته را به دست آورند. در طی چند سال این صفحات توانستند توان مورد نیاز ماهواره‌ها و سفینه‌ها را تأمین کنند. توسعهٔ PV برای کاربردهای زمینی در زمان اولین بحران نفت در دو جهت خیلی متفاوت آغاز گردید. یکی در جهت فناوری‌های تمرکزی که در آن کاهش هزینه‌ها با وسیله جایگزین کردن سطح PV به وسیلهٔ سطح عدسی صورت می‌گیرد و دیگری در جهت کاهش هزینه‌های مدول‌های PV با استفاده از ساخت صنعتی با حجم زیاد است. هدف اصلی در موسسات تحقیقاتی، به دست آوردن بازدهی بالاتر است. سلول‌های سیلیکونی در حال حاضر به حداکثر بازدهی %۳۰ رسیده‌اند. با روی هم قرار دادن مواد سیلیکونی و گالیمی (پایهٔ گالیم) با سایر مواد نیمه هادی مانند فسفیدایندیم به منظور تشکیل سلول‌های چند پیوندی ای که هر یک از لایه‌های آن‌ها جزء متفاوتی از طیف فرکانسی خورشیدی را جمع‌آوری می‌نماید، می‌توان به ارقام بالاتری برای کارایی نیز رسید.

نحوهٔ عملکرد سلول‌های خورشیدی

مکانیزم‌های فتوولتاییک سلول‌های خورشیدی، کریستال‌های صافی هستند که از لایه‌های نازک از جنس نیمه هادی ساخته شده‌اند که خصایص الکترونیکی متفاوت دارند و این امر موجب پیدایش میدان‌های الکترونیکی قوی درون آن‌ها می‌شود. نحوهٔ عملکرد سلول‌های خورشیدی ساده است. از آنجایی که سیلیکون توان نگهداری از الکترون‌هایش را ندارد، سلول‌ها از دو لایه سیلیکون ساخته شده‌اند که یکی مازاد الکترون دارد و دیگری کمبود الکترون (مازاد لایه n و کمبود دار، لایه p نامیده می‌شود) هنگامی که نور به لایهٔ اول برخورد می‌کند، الکترون‌ها آزاد می‌شوند و در حالی که به سمت لایه با الکترون کمتر جاری می‌شوند، از یک مدار الکتریکی می‌گذرند و تولید الکتریسیته می‌نمایند. برای حفاظت سلول‌ها در برابر محیط، سلول‌های فتوولتاییک به یکدیگر متصل شده و به صورت مدول درآورده می‌شوند. مدول‌هایی که در روی یک صفحه نصب شده و از زاویه و جهت صحیح برای حداکثر گردآوری فصلی و سالی برخوردارند، پانل یا شبکهٔ PV نامیده می‌شوند. یک سامانهٔ PV معمولاً شامل باتری‌های ذخیرهٔ الکتروشیمیایی برای کاربردهای مستقل است.

نیروگاه سیکل ترکیبی خورشیدی یزد

نیروگاه سیکل ترکیبی خورشیدی یزد هشتمین نیروگاه بزرگ خورشیدی جهان در سال ۲۰۱۰ و اولین نیروگاه با به‌کارگیری انرژی خورشیدی و گاز طبیعی در جهان است.این نیروگاه با دانش متخصصان ایرانی ساخته شده‌است.

اهداف ساخت

-احداث این نیروگاه در راستای
-توسعه انرژی‌های پاک
-انتقال فناوری ساخت نیروگاه‌های خورشیدی
-بومی کردن صنعت ساخت نیروگاه خورشیدی
-توسعه ی به‌کارگیری انرژی‌های پاک و کاهش آلودگی‌های زیست محیطی
-استفاده بهینه از انرژی سوخت مصرفی
-بالا بردن بازده نیروگاه
-پایداری بیشتر ولتاژ برق در منطقه
-پاسخ به نیازهای روزافزون مصرف برق منطقه ناشی از گسترش واحدهای تجاری، صنعتی و مصارف عمومی و در نتیجه افزایش ظرفیت تولیدی برق در منطقه
-ایجاد زمینه اشتغال در منطقه
-ساخت داخلی تجهیزات نیروگاهی شامل توربین، ژنراتور، بویلر، برج خنک کن
-استفاده از حداکثر توان مهندسی داخل کشور و ارتقای دانش فنی

عنوان شده‌است.

مشخصات فنی

نیروگاه خورشیدی و حرارتی یزد از ترکیب سه نیروگاه گازی ، بخار و خورشیدی تشکیل شده‌است که به ترتیب ظرفیت بخش گاز آن دو واحد ۱۵۹ مگاواتی، ظرفیت بخش بخار آن یک واحد ۱۳۲ مگاواتی و ظرفیت خورشیدی آن ۱۷ مگاوات است  و در نوع خود از جهت تلفیق مزرعه خورشیدی با سیکل متعارف، نخستین نمونه در جهان است. مجموع ظرفیت این نیروگاه در زمان بهره‌برداری و در شرایط ایزو برابر با ۳۰۸ مگاوات است.

ساخت این نیروگاه به منظور تولید برق، در سال ۱۳۸۸ خورشیدی در زمینی به مساحت ۹۰۰ هکتار آغاز شد. قرار است در این نیروگاه از انرژی خورشیدی، با استفاده از فناوری نیروی خورشیدی متمرکز، برای تکمیل فرایند تبخیر آب استفاده شود.

در نیروگاه خورشیدی حرارتی یزد از توربین گاز V94.2 و بخار E Type (E30-16-1-1×۶٫۳) استفاده شده‌است. همچنین انرژی برق تولید شده در این نیروگاه توسط پست و خط انتقال ۲۳۰ کیلوولت به شبکه سراسری منتقل می‌شود.

بخش خورشیدی نیروگاه، قرار است حدود ۵۰ هکتار را تحت پوشش آینه‌های خود قرار دهد. بلندی برج خنک‌کننده این نیروگاه نیز ۱۱۳ متر است.

نیروگاه خورشیدی مکران

نیروگاه خورشیدی مکران

در استان کرمان است که در تاریخ ۱۳۹۶/۰۵/۰۵ توسط وزیر وقت نیرو افتتاح شد. این نیروگاه قابلیت ایجاد توانی برابر با ۲۰ مگاوات را دارا می‌باشد. برق تولیدی این نیروگاه تا ۲۰ سال به صورت تضمینی به سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری انرژی برق فروخته شده است.

مشخصات فنی

مجتمع نیروگاه‌های خورشیدی مکران در مجموع از ۷۶ هزار و ۹۱۲ پنل خورشیدی هر کدام به قدرت ۲۶۰ وات با ابعاد ۱٫۶۵ در ۱ تشکیل شده است. برای نصب پنل‌ها، تعداد ۲۷ هزار پایه آهنی گالوانیزه شد به طول ۱٫۵ متر درزمین کوبیده شده و بر روی آن‌ها تعداد ۱۳ هزار و ۵۰۰ سازه فولادی تعبیه شده است.

نیروگاه خورشیدی شیراز

نیروگاه خورشیدی شیراز (تأسیس ۱۳۸۷)، نخستین نیروگاه خورشیدی ایران و در زمان خود بزرگترین نیروگاه خورشیدی خاورمیانه بود.این نیروگاه از نوع خورشیدی سهموی خطی است که در ایران توسط متخصصان داخلی ساخته شده‌است. در حال حاضر توان این نیروگاه ۲۵۰ کیلووات است که در برنامه توسعه پنجم قرار به تأمین ۵۰۰ کیلو واتمی‌باشد. این نیروگاه یک مرکز تحقیقاتی است که ۳۰۰هزار متر مربع مساحت و ۶۰هزار متر مربع زیربنا دارد.

مشخصات فنی

نیروگاه خورشیدی شیراز از ۴۸ عدد کلکتور سهموی در ۸ ردیف ۶ تایی تشکیل شده‌است که در راستای شمال- جنوب نصب گردیده‌است. طول هر کلکتور ۲۵ متر و دهانه آن ۴/۳ متر می‌باشد بر روی هر کلکتور ۶ عدد لوله جاذب استوانه ای شکل با پوشش کرم سیاه یا سرمت می‌باشد که بوسیله شیشه‌های پیرکس پوشانده شده‌است. این لوله‌ها در طول خط کانونی کلکتور قرار می‌گیرد.

نیروگاه خورشیدی شیراز شامل ۴۸ عدد کلکتور، ۴۹۹۲ عدد آینه نصب شده بر روی کلکتورها، ۲۸۸ عدد لوله گیرنده می‌باشد. همچنین هر آینه تعداد ۴ عدد پایه سرامیکی و هر کلکتور ۴۱۶ عدد پایه سرامیکی دارد. مجموع تعداد پایه سرامیکی کل نیروگاه ۱۹۹۶۸ عدد می‌باشد.

کل مجموعه بر روی سازه‌های نگهدارنده نصب شده‌است و توسط سیستم‌های ردیابی با سیستم کنترلی خورشید را در طول روز تعقیب می‌کند.

نیروگاه خورشیدی بیرجند

نیروگاه خورشیدی بیرجند معروف به نیروگاه خورشیدی دانشگاه بیرجند (بیرجند، بهره‌برداری ۸ مهر ۱۳۹۱) یکی از نیروگاه‌های ایران از نوع خورشیدی است که با استفاده ازصفحات خورشیدی (فتوولتاتیک) ساخته‌شده از سلول خورشیدی و ظرفیت تولید ۲۴ کیلووات کار می‌کند. این نیروگاه از نوع نیروگاه فتوولتائیک متصل به شبکه همراه با ردیاب خورشیدی (تراکر) (tracer) است.

در حال حاضر ظرفیت فعلی این نیروگاه ۲۰ کیلووات است که ۱۵ کیلووات متصل به شبکه (ongrid) و ۵ کیلووات به صورت جدای از شبکه (offgrid) است که با بهره‌برداری از فاز دوم، در مجموع ۲۴ کیلووات برق تولید خواهد شد. همچنین، ردیاب خورشیدی (تراکر) که در فاز دوم نصب می‌شود توسط محققین گروه برق و کامپیوتر با همکاری گروه مکانیک دانشگاه بیرجند طراحی و اجرا شده‌است.

از سال ۱۳۹۱ تا مهر ۱۳۹۲ حدود ۳۰ مگاوات ساعت برق در این نیروگاه تولید شده‌است.

نیروگاه خورشیدی مشهد

نیروگاه خورشیدی مشهد اولین نیروگاه خورشیدی در شرق ایران محسوب می‌شود که شروع عملیات آن در سال ۱۳۸۹ شروع شد و فاز نخست آن در ۲۴ تیر ۱۳۹۰ به پایان رسید. برای نخستین فاز این نیروگاه، از ۲۱۶ صفحه خورشیدی ۲۰۰ واتی مجهز به سامانه ردیاب خورشید که توانایی تولید ۴۳٫۲ کیلووات برق را دارند استفاده شده‌است.برای اجرای این فاز ۳۰۰ میلیون تومان هزینه شده است. 

با گذشت ۸۲۶ روز از افتتاح فاز نخست، این نیروگاه با ۱۰٬۱۰۱ ساعت کارکرد، بیش از ۲۱۹٬۸۴۳ کیلووات ساعت انرژی الکتریکی تولید کرد.

افتتاح فاز دوم

فاز دوم این نیروگاه در ۷ آذر ۱۳۹۲ افتتاح شد. فاز دوم با ظرفیت ۲۱٫۶ کیلووات شامل ۱۰۸ عدد پانل ۲۰۰ واتی اجرا شد و هزینه اجرای این مرحله نیز ۱۷۵ میلیون تومان بوده‌است.

افتتاح فاز سوم

فاز سوم این نیروگاه با ظرفیت ۴۳.۲ کیلووات در تاریخ ۱۳۹۳/۰۱/۲۲ افتتاح شد.

نیروگاه خورشیدی ملارد

نیروگاه خورشیدی ملارد یک نیروگاه خورشیدی در استان تهران،شهرستان ملارد است که در تاریخ ۱۳۹۳/۰۶/۰۵ توسط معاون اجرایی رئیس‌جمهور وقت افتتاح شد. این نیروگاه قابلیت ایجاد توانی برابر با ۵۱۴ کیلووات را دارا می‌باشد.

مشخصات فنی

نیروگاه خورشیدی ملارد دارای ۵۱ عدد اینورتر خورشیدی، ۹ هزار وات و یک هزار و ۸۳۶ سلول خورشیدی مونوکریستال است.[۲]

نیروگاه پایلوت هیدروژن خورشیدی طالقان

نیروگاه پایلوت هیدروژن خورشیدی طالقان (استان البرز، شهرستان طالقان، تأسیس ۱۳۸۴)، یکی از نیروگاه‌های ایران متشکل از سلول‌های فتوولتائیک با ظرفیت تولید ۱۰ کیلووات، دستگاه الکترولیز آب به ظرفیت ۵ کیلووات و ظرفیت اسمی تولید ۱ نرمال مترمکعب در ساعت هیدروژن سیستم پیل سوختی به ظرفیت ۲٫۱ کیلووات از نوع پلیمری، کمپرسور هیدروژن، مخزن هیدروژن ۱ متر مکعبی، باتریخانه و مبدل‌های DC/AC می‌باشد.

زمانی که نور خورشید به سلول‌های فتوولتائیک می‌تابد، طی پدیده فتوولتائیک انرژی نورانی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود و سلولهای فتوولتائیک برق مورد نیاز دستگاه الکترولیز آب را تأمین می‌نماید. هیدروژن تولید شده از دستگاه الکترولیز آب با عبور از دستگاه کمپرسور هیدروژن فشرده شده و در یک مخزن یک متر مکعبی تا فشار ۱۰ بار ذخیره می‌شود تا در مواقع نیاز، ساعات پیک مصرف، شب و روزهای ابری در مصرف‌کننده (پیل سوخت) مورد استفاده قرار گیرد. عملیات ساخت خورشیدی طالقان از سال ۱۳۷۵ آغاز شد و در سال ۱۳۸۴ به پایان رسید و در حال حاضر در مرحله برداشت اطلاعات می‌باشد. برای افزایش ظرفیت نیروگاهای سوخت فسیلی به جای تأسیس یک واحد جدید می‌توان یک سیستم فتوولتاییک اضافه کرد به این دلیل که قیمت آن پایین است. از شیشه‌های پنجره می‌توان در آن به کار برد که اندازه‌های مختلف دارد

نیروگاه خورشیدی جرقویه

نیروگاه خورشیدی جرقویه یک نیروگاه خورشیدی در استان اصفهان، شهر جرقویه از توابع شهرستان اصفهان است که در تاریخ ۱۳۹۶/۰۲/۰۷ توسط وزیر نیرو وقت افتتاح شد. این نیروگاه قابلیت ایجاد توانی برابر با ۱۰ مگاوات را دارا می‌باشد.

این نیروگاه خورشیدی با ظرفیت تولید ۱۰ مگاوات برق و ۵۵ میلیارد تومان هزینه در مدت هفت ماه توسط شرکت برق و انرژی غدیر ساخته و راه اندازی شد. در این نیروگاه از روش جدید پایه کوبی به جای بتن ریزی برای کار گذاشتن پایه استفاده شده که این روش توسط نیروی داخلی و شرکت پگاش انجام شده است. این نیروگاه از ۳۹ هزار پنل خورشیدی با ابعاد ۶۵. ۱ در ۹۸ سانتی‌متر تشکیل شده که در زمینی به وسعت ۲۰ هکتار نصب شده است. تولید برق این نیروگاه با خط اختصاصی به طول ۵. ۳ کیلومتر به پست ۶۳ کیلو ولت جرقویه متصل شده و با قراردادی ۲۰ ساله کل برق تولیدی این مجموعه به سازمان انرژی‌های نو بصورت تضمینی فروخته شده است. برای ساخت این نیروگاه ۳۰ درصد از توان و تولید داخلی استفاده شده و قرار است در طرح توسعه آن از ظرفیت‌های داخلی بیشتری استفاده شود. ردیابی اشعه خورشید به صورت خودکار ویژگی خاص این نیروگاه است. وجود سالانه بیش از ۳۰۰ روز آفتابی، مناطق بادخیز، دامداری‌های زیاد و سیستم جمع‌آوری زباله مکانیزه، استان اصفهان را مستعد گسترش انواع انرژی‌های تجدید پذیر کرده است. بخش جرقویه سفلی در ۶۵ کیلومتری جنوب شرق مرکز استان اصفهان قراردارد.

مشخصات فنی

نیروگاه خورشیدی جرقویه اصفهان از ۳۹ هزار پنل خورشیدی با ابعاد ۶۵٫۱ در ۹۸ سانتی‌متر تشکیل شده است. در این نیروگاه از سیستم‌های ردیابی خورشیدی بصورت تک مرحله‌ای استفاده شده است که بر مبنای آن، صفحات خورشیدی به صورت خودکار اشعه خورشید را ردیابی کرده و به سوی خورشید تغیر جهت می‌دهند. تا پیش از این در تمام نیروگاه‌های خورشیدی کشور، تغیر جهت این صفحات توسط دست صورت می‌گرفته است. در روش نصب پایه‌ها برای اولین بار در ایران توسط نیروی داخلی به روش پایه کوبی به جای پایه‌گذاری با بتن انجام شده است.