پژوهشگران دانشگاه ارومیه موفق به دستیابی به دانش فنی طراحی و ساخت توربین بادی محور عمودی با روتور V شکل در راستای بهره‌گیری از انرژی‌های تجدیدپذیر شدند.

به گزارش زیست آنلاین، دکتر سجاد گلشن نواز، مدیر فناوری دانشگاه ارومیه در این خصوص گفت: تیم تحقیقاتی متشکل از دکتر مرتضی خلیلیان استادیار گروه مکانیک دانشکده فنی مهندسی دانشگاه ارومیه و با حمایت مالی دانشگاه ارومیه موفق به طراحی توربین بادی محور عمودی با هندسه V شکل مطابق با استاندارد IEC ۶۱۴۰۰ و ساخت نمونه در ابعاد آزمایشگاهی با توان یک کیلووات  و با بهره گیری از انرژیهای تجدیدپذیر شده‌اند.

وی با اشاره به هدف اصلی تولید این فناوری در دانشگاه ارومیه مبنی بر کاهش هزینه‌های تولید نسبت به نمونه‌های مشابه اظهار کرد: در سالیان اخیر توربین‌های بادی محور عمودی به دلیل هندسه و قابلیت‌های آنها به‌ویژه در نیروگاه‌های واقع در دریاها به‌طور ویژه مورد توجه مؤسسات و شرکت‌های معتبر صنعت انرژی بادی قرار گرفته و از این رو در فرآیند طراحی این محصول هندسه نمونه‌های مختلف معتبر خارجی از قبیل پروژه Vertiwind فرانسه، موسسه ‌A-New لهستان، نمونه دانشگاه Uppsala، پروژه DeepWind دانشگاه تکنولوژی دانمارک، نمونه شرکت SeaTwirl سوئد، شرکت VESTAS و همچنین نمونه‌های معتبر محور افقی مورد بررسی قرار گرفته‌اند که در این توربین تولیدشده در دانشگاه ارومیه قیمت تمام شده نسبت به توربین‌های بادی رایج ۱۱ درصد کاهش پیدا کرده است.



به گفته گلشن‌نواز، سرعت باد شروع به کار کمتر و در نتیجه میانگین تولید انرژی الکتریکی بیشتر، پایداری بیشتر در سرعت‌های بالا و طوفانی به کمک سیستم پیچ‌کنترلر هوشمند، مهار باله‌ها، بازدهی ایرودینامیکی بالای روتور و در نتیجه تولید توان بیشتر با سطح جاروب کمتر، استفاده از ژنراتورهای القایی دائمی در طراحی توربین با بازدهی بالای الکتریکی، استفاده از کاسه‌نمدهای غیرتماسی و سیستم روغن‌کاری ساده‌تر در طراحی از ویژگی‌های این توربین بادی است.

وی تصریح کرد: پایداری بیشتر سازه و در نتیجه هزینه پایین ساخت سازه و فونداسیون، بی‌تأثیر بودن جهت وزش باد بر عملکرد روتور و بی‌نیاز از سیستم (Yaw)، کاهش ۱۱ درصدی قیمت تمام‌شده نسبت به توربین‌های بادی رایج، ایجاد نویز کمتر به دلیل پایین بودن سرعت دورانی روتور، عملکرد مناسب در شرایط جریان با توربولانس بالا، هزینه‌های نصب، راه‌اندازی و نگهداری پایین‌تر و همچنین آسیب‌رسانی کمتر به پرندگان و محیط‌زیست از دیگر ویژگی‌ها و مزایای این توربین بادی محور عمودی AMark است.

گلشن‌نواز خاطرنشان کرد: در فاز بعدی این پروژه، ساخت یک نمونه نیمه‌صنعتی توربین محور عمودی با توان نامی ۵۰ کیلووات برای نخستین بار در ایران با هدف بررسی و امکان‌سنجی ساخت نمونه در ابعاد نیروگاهی در دستور کار قرار دارد.

بیشتر بخوانید: استفاده از توربین بادی برای تولید انرژی سبز تاریخچه ساخت توربین بادیاولین بار، در توربین‌های چرخان آسیاب‌های بادی از انرژی باد استفاده شد. 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 میانه است. 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

بیشتر بخوانید: انرژی بادی در حال تبدیل به اصلی‌ترین انرژی الکتریکی در اروپا توربین بادی با محور عمودیدر توربین‌های بادی با محور عمودی (به انگلیسی: Vertical Axis Wind Turbine) که به اختصار VAWT نامیده می‌شود، روتور اصلی به‌صورت عمودی قرار می‌گیرد. مهم‌ترین برتری این نوع از توربین‌های بادی آن است که نیازی به تنظیم جهت قرارگیری نسبت به جهت وزش باد ندارند. این نکته در مکان‌هایی که جهت وزش باد خیلی متغیر است، مثلاً در بالای ساختمان‌های مسکونی، یک امتیاز به‌شمار می‌رود. مهم‌ترین عیب این نوع توربین‌ها، کم‌بودن سرعت دورانی آن‌ها و در نتیجه زیادبودن گشتاور و هزینهٔ بیشتر سیستم انتقال قدرت، بارگذاری دینامیکی زیاد پره‌ها و همچنین پیچیدگی زیاد طراحی و تحلیل ایرفویل پره‌ها پیش از ساخت پیش‌نمونه (پروتوتایپ) است. با توجه به عمودی بودن محور، جعبه‌دنده و ژنراتور می‌توانند در نزدیکی زمین قرار گیرند که این موضوع دسترسی به این تجهیزات را برای نگهداری و تعمیر آسان‌تر می‌کند.

توربین‌های بادی با محور عمودی به شکل‌های مختلفی ساخته می‌شوند. دو نوع عمدهٔ آنها، توربین‌های داریوس و ساوونیوس هستند.

 بیشتر بخوانید: جایگاه انرژی بادی در بین منابع انرژی های تجدید پذیر جهانتوربینهای بادی چگونه کار می‌کنند؟توربین‌های بادی انرژی جنبشی باد را به توان مکانیکی تبدیل می‌نمایند و این توان مکانیکی از طریق شفت به ژنراتور انتقال پیدا کرده و در نهایت انرژی الکتریکی تولید می‌شود. توربین‌های بادی بر اساس یک اصل ساده کار می‌کنند. انرژی باد دو یا سه پره‌ای را که بدور روتور توربین بادی قرار گرفته‌اند را بچرخش درمی‌آورد. روتور به یک شفت مرکزی متصل می‌باشد که با چرخش آن ژنراتور نیز به چرخش درآمده و الکتریسیته تولید می‌شود. توربین‌های بادی بر روی برج‌های بلندی نصب شده‌اند تا بیشترین انرژی ممکن را دریافت کنند بلندی این برج‌ها به ۳۰ تا ۴۰ متر بالاتر از سطح زمین می‌رسند. توربین‌های بادی در بادهایی با سرعت کم یا زیاد و در طوفان‌ها کاملاً مفید می‌باشند

مزایا و معایب توربین بادیمزایا توربین‌های عمودی از مزایای این نوع توربین عمودی نسبت به توربین‌های بادی محور افقی، عدم حساسیت به جهت باد و آشفتگی آن می‌باشد (این نکته در مکان‌هایی که جهت وزش باد خیلی متغیر است، مثلاً در بالای ساختمان‌های مسکونی، یک امتیاز به‌شمار می‌رود).

عملکرد مناسب و کارا هنگام وزش بادهای مغشوش و گردابه‌ای

توربین بادی محور عمودی می‌تواند در فاصله‌ای نزدیکتر به زمین نصب شود و جعبه‌دنده و ژنراتور در نزدیکی زمین قرار می‌گیرند که این موضوع سبب امنیت و ارزانی بیشتر در ساخت و نگهداری و تعمیر آسان‌تر آن می‌شود و همچنین برج یا دکل نیاز به پشتیبانی آن ندارد.
از آنجا که نوک پره‌ها در این نوع توربین‌ها به محور دوران نزدیکتر است، سر و صدای کمتری نسبت به توربین محور افقی تولید می‌کنند و حجم واندازه کمتر آن‌ها، برخوردهای محیطی را نیز کاهش می‌دهد.

معایب توربین‌های عمودیمشکل اصلی این نوع توربین‌ها، ایجاد نیروی مخالف نسبت به بادی که به پره دیگر می‌وزد، است پس بازدهی انفرادی کمتر آن‌ها در مقایسه با توربین‌های افقی و گشتاور تکانی (لنگر) که در طول هر دوره تناوب تولید می‌شود؛ کمتر است.
نصب توربین‌های محور عمودی روی برج‌ها سخت است؛ بدین معنی که آن‌ها باید در جریان‌های هوایی آهسته‌تر با اغتشاش بیشتر و نزدیک زمین با بازده استخراج انرژی پایین‌تر عمل کنند.
به دلیل کم بودن سرعت دورانی پره‌ها، گشتاور زیاد است.
هزینهٔ بالای طراحی و تحلیل ایرفویل پره‌ها از دیگر مسایل است. جبران بازده کمتر توربین‌های محور عمود از طریق چیدمان فشرده‌تر آن‌ها و طراحی جدید امکان‌پذیر است. مسئله خستگی سازه نیز با قابلیت پیش‌بینی دقیق‌تر بارهای آیرودینامیکی تا حد زیادی قابل بر طرف شدن است.