قراردهی مناسب توربین های بادی باعث افزایش ده برابری تولید برق می شود

به گفته محقق موسسه تکنولوژی کالیفرنیا (Caltech_ California Institute of Technology) با بهبود نحوه قرارگیری توربین ها در مزارع تولید برق ، به راحتی می توان انرژی تولید شده را به مقدار ده برابر افزایش داد.

جان دبیری (John Dabiri) پروفسور هوانوردی و بیوانرژی Caltech ، نتایج مزارع آزمایشی خود را در مقاله Journal of Renewable and Sustainable Energy بیان کرده است.

این مزارع که به عنوان “مزارع آزمایشگاهی برای بهبود انرژی بادی” (FLOWE) شناخته می شوند شامل 24 توربین بادی با محور قائم (VAWT) هستند که 10 متر ارتفاع و 1.2 متر پهنا دارند. این توربین ها دارای یک روتور قائم هستند.

در مزارع توربین بادی به طور معمول از توربین های بادی محور افقی (HAWT) استفاده می کنند که دارای یک روتور ملخ دار بزرگ هستند. در چنین مزارعی توربین ها باید به اندازه کافی با هم فاصله داشته باشند (بیشتر از اندازه ای که تیغه هایشان با هم برخورد داشته باشند). در این گونه طراحی ها معمولا عملکرد یک توربین تحت تاثیر توربین های مجاور قرار می گیرد و به همین دلیل نمی توان از بیشتر انرژی باد ورودی به مزرعه استفاده کرد.

طراحان برای جبران هدررفت انرژی، توربین هایی با تیغه های بلندتر و و ارتفاع بیشتر ساخته اند تا در ارتفاع بالاتر که شدت وزش بیشتر است انرژی بیشتری از باد جذب کنند. این امر باعث ایجاد هزینه بیشتر، مسائل مهندسی پیچیده تر و اثرات زیست محیطی بیشتر می شود. توربین های بزرگتر و بلند تر به هر حال باعث افزایش صدای بیشتر، ایجاد خطرات بیشتر برای پرندگان و بدنما کردن مناظر می شود.

به گفته دبیری برای حل این مشکل می توان از توربین هایی استفاده کرد که بازده جمع آوری انرژی آنها در ارتفاع کم زیاد است. با وجود اینکه وزش باد در ارتفاع 30ft نسبت به ارتفاع 100ft، انرژِی بسیار کمتری دارد، انرژی بادی در ارتفاع 30ft سطح زمین خیلی بیشتر از مصرف جهانی برق است. با در نظر گرفتن این مطلب می توان با ساخت توربین های کوچکتر، ارزان تر و سازگارتر با طبیعت انرژی مورد نیاز را تامین کرد.

برای این منظور توربین های VAWT بسیار مناسب هستند زیرا آنها می توانند بسیار نزدیک در کنار هم قرار بگیرند. این امر سبب می شود تا تقریبا تمامی انرژی باد را دریافت کنند. آزمایش ها نشان می دهد که اگر هر توربین در خلاف جهت توربین مجاور خود گردش کند، بازدهی آنها بیشتر می شود. شاید به این دلیل که گردش در خلاف جهت یکدیگر مقاومت جبهه ای را در هر توربین کاهش می دهد، باعث می شود که سریع تر بچرخند.

آزمایش نشان می دهد در چیدمانی که در آن توربین ها به اندازه 4 برابر قطر خود با هم فاصله داشته باشند (تقریبا 5 متر یا 16ft) ، تداخل آئرودینامیکی بین توربین های مجاور به صورت کامل از بین می رود. در مقایسه با این برای حذف تداخل آئرودینامیکی در توربین های ملخی باید آنها را تا 20 برابر قظر خود نسبت به هم فاصله داد که برای بزرگترین توربین مورد استفاده در حال حاضر بیشتر از 1 mile می شود.

6 دستگاه از توربین VAWT در حدود 21 الی 47 وات بر متر مربع انرژی تولید می کنند در حالی یک توربین HAWT با اندازه مشابه تنها 2 الی 3 وات بر متر مربع انرژی تولید می کند.