برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

در این مقاله به ارائه خلاصه ای در باره ژنراتورهای بادی محور عمودی پرداخته شده است، به گونه ای که اصول اولیه این دستگاه را توضیح می دهد، و مزایا و معایب آن را ارز یابی می نماید.
یک ژنراتور بادی دستگاهی است که انرژی جنبشی باد را مهار نموده، و آن را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند (توان بادی) و در نهایت برق تولید می کند. در گذشته ژنراتورهای بادی به طور خاص به صورت توربین های بادی مورد استفاده قرار می-گرفتند، پس از آن با اختراع 'Windbelt'، تغییراتی در سیستم آن ایجاد شد. با این حال، این باعث نشد که مردم به طور هم زمان از اصطلاح توربین های بادی و یا ژنراتورهای بادی استفاده نکنند. در جستجو برای یافتن یک منبع انرژی جای گزین - که تجدید پذیر و سازگار با محیط زیست باشد - انرژی باد در این میان مورد توجه قرار گرفت و به یک جای گزین مناسب برای سوخت های فسیلی تبدیل شد.

ژنراتور بادی

همان طور که قبلاً ذکر شد، یک توربین یا ژنراتور بادی، دستگاهی است که انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی (برای تولید برق) تبدیل می کند. اگر چه طراحی های مختلفی برای توربین بادی موجود می باشد، ولی به طور عمده به دو دسته کلی بر اساس جهت محور چرخش تقسیم بندی می شوند: توربین با محور افقی (HAWT) و توربین با محور عمودی (VAWT). توربین های محور افقی شبیه به یک فن است، توربین های بادی مدرن محور عمودی تا حدودی شبیه به یک تخم مرغ می باشند. در این مقاله، بر توربین های بادی محور عمودی (VAWTs) – که هم چنین به عنوان ژنراتورهای بادی محور عمودی نیز شناخته می شوند - تأکید شده است. این توربین ها نسبت به همتایان افقی خود مزایای بسیاری دارند. (توربین بادی با محور افقی، پیشینه‌ی بیشتری داشته و امروزه هم بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مقابل، مزیت توربین بادی با محور عمودی، عدم حساسیت نسبت به جهت وزش باد و عدم نیاز به یک پایه‌ی مرتفع است).

توربین های بادی محور عمودی (VAWTs)

در واقع، یک توربین بادی محور عمودی - یا ژنراتور بادی محور عمودی - یک نوع ژنراتور بادی است که در آن شافت روتور اصلی به صورت عمودی ثابت است. در حالی که ژنراتور و قطعات دیگر که با استفاده از انرژی مکانیکی به تولید برق می-پردازد، در پایین قرار گرفته است. این ژنراتورها یا بر روی زمین و یا بر روی پشت بام یک ساختمان ساخته می شوند (کار شناسان پیشنهاد کرده اند که دود کش یک مکان ایده آل برای این کار است). این در تضاد کامل با ژنراتورهای بادی افقی می باشد. در این توربین ها شافت روتور اصلی و ژنراتور الکتریکی در بالای برج قرار گرفته اند. این ژنراتورهای بادی بر گرفته از مدل های قدیمی با بازده حدود 5 - 10 درصد هستند و این مدل های جدید راندمانی حدود 30 درصد دارند. آیا ژنراتورهای بادی عمودی واقعاً بهتر از ژنراتورهای بادی افقی هستند؟ می توان این مورد را با ارز یابی مزایا و معایب آنها بررسی نمود.

مزایای استفاده

در واقع بزرگ ترین مزیت ژنراتورهای بادی محور عمودی، این است که مواجهه‌ی مستقیم با باد در این دستگاه ها ضروری نیست، یعنی نیازی به تنظیم جهت قرار گیری نسبت به جهت وزش باد ندارند. این نکته در مکان‌هایی که جهت وزش باد خیلی متغیر است، مثلاً در بالای ساختمان‌های مسکونی، یک امتیاز به‌ شمار می‌رود. صرف نظر از این که جهت باد به کدام سمت است، این توربین می تواند این انرژی جنبشی را مهار نموده و تولید برق نماید. از جمله مزایای دیگر این دستگاه در ادامه آورده شده است:
این ژنراتورهای بادی به خوبی با تغییر در جهت باد قابل انطباق هستند. یعنی این توربین ها بر خلاف توربین های بادی محور افقی، به جهت باد و آشفتگی آن حساس نیستند (این نکته در مکان‌هایی که جهت وزش باد خیلی متغیر است، مثلاً در بالای ساختمان‌های مسکونی، یک امتیاز به شمار می‌رود).
آنها می توانند بر روی دودکش یا برخی از سازه های بلند دیگر به سهولت نصب شوند.
تعمیر و نگهداری این دستگاه ها در دست رس و آسان است. (با توجه به عمودی بودن محور، جعبه‌ دنده و ژنراتور می‌توانند در نزدیکی زمین قرار گیرند که این موضوع دست رسی به این تجهیزات را برای نگه داری و تعمیر آسان‌تر می‌کند).
حتی تعمیر ژنراتور هم نیاز به تلاش زیادی ندارد.
تنشی که در ساختار تکیه گاهی ژنراتورهای بادی محور افقی وجود دارد، در ژنراتورهای بادی محور عمودی نیست.
از آن جا که فضای این ژنراتورها محدود است، این دستگاه ها را می توان با فاصله نزدیک به یک دیگر در یک مزرعه قرار داد.
تولید کنندگان نیز ادعا می کنند که این ژنراتورهای بادی باعث آلودگی صوتی نمی شوند. از آن جا که نوک پره ها در این نوع توربین ها به محور دوران نزدیک تر است، سر و صدای کمتری نسبت به توربین محور افقی تولید می کنند و حجم و اندازه کمتر آنها، برخوردهای محیطی را نیز کاهش می‌دهد.

معایب

اگر چه با خواندن این مزایا، ممکن است ژنراتورهای بادی عمودی بسیار عالی به نظر برسد، اما این دستگاه ها معایبی دارند که شما نمی توانید از آنها چشم پوشی کنید. موارد زیر برخی از این معایب را بیان می کند که شما می توانید آنها را هنگام ارز یابی در نظر بگیرید.
ارتفاع کم این ژنراتورها باعث می شود که کارایی آنها فقط با بادهای سطح پایین باشد.
کشیدگی تکیه گاه ها که ژنراتور را در معرض باد به چرخش در می آورد از بهره وری دستگاه می کاهد.
اگر چه تولید کنندگان راندمان این دستگاه را شگفت انگیز می دانند، اما این مقدار 30 درصد است و بهتر از مدل افقی HAWTs نیست.
این ژنراتورهای بادی هنگامی که در معرض بادهای توفانی قرار می گیرند، ممکن است از کار بیافتند.
البته این ژنراتورهای بادی هم مانند نمونه های پیشین خود کارآمد هستند، اما در واقع بسیار پرهزینه می باشند.
ژنراتورهای بادی محور عمودی در اشکال و اندازه های مختلف وجود دارند (اندازه کوچک برای استفاده در خانه و اندازه بزرگ برای مقاصد تجاری به منظور تولید برق). ژنراتورهای بادی محور عمودی با کیفیت خوب برای استفاده در خانه می تواند هزینه ای بالغ بر 1000 تا 25000 دلار در بر داشته باشد. اگر چه این ژنراتورها در تولید انرژی های تجدید پذیر می توانند گزینه ایده آلی باشند، اما شما باید جوانب مثبت و منفی آن را به خوبی ارز یابی نمایید (و آنها را با ژنراتورهای بادی محور افقی مقایسه کنید) تا بتوانید بهترین تصمیم را اتخاذ نمایید.

تألیف: حمید وثیق زاده انصاری