انرژی باد،انرژی حاصل از هوای متحرك می باشد. هنگامی كه تابش خورشید بطور نامساوی به سطوح ناهموار زمین میرسد سبب ایجاد تغییرات دما و فشار می گردد و در اثر این تغییرات باد بوجود می آید. همچنین اتمسفر كره زمین بدلیل حركت وضعی زمین، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد كه این امر نیز باعث بوجود آمدن باد می گردد. جریان اقیانوسی نیز بصورت مشابه عمل نموده و عامل 30% انتقال حرارت کل در جهان می باشد. 

 در مقیاس جهانی این جریانات اتمسفری بصورت یك عامل قوی جهت انتقال حرارت و گرما عمل می نمایند. دوران كره زمین نیز می تواند در برقراری الگوهای نیمه دائم جریانات سیاره ای در اتمسفر، انرژی مضاعف ایجاد نماید. 

2) تاریخچه استفاده از انرژی باد 

بشر از زمانهای بسیار دور انرژی باد را به شیوه های مختلف بكار گرفته است. ایرانیان اولین كسانی بودند كه در حدود 200 سال قبل از میلاد مسیح برای آردكردن غلات از آسیابهای بادی استفاده كرده اند كه امروزه آثار آن در نواحی خواف و تایباد در شرق كشور  به چشم می خورد. همچنین مصریان باستان از نیروی باد برای راندن كشتی های خود روی رودخانه نیل استفاده كردند. در قرن هفدهم میلاد، مردم هلند طرح پایه آسیابهای بادی را بهبود دادند.

همین امر باعث شد تا این كشور در زمره غنی ترین و صنعتی ترین كشورهای اروپا قرار گیرد. برخی از كشورها آسیاب های بادی را برای آسیاب گندم و ذرت، پمپ كردن آب و قطع درختان استفاده كرده اند. در آغاز قرن بیستم اولین توربین های بادی سریع و مدرن ساخته شد. امروزه فعالترین كشورها در این زمینه آلمان، ایتالیا، آمریكا، دانمارك و هند می باشند. 

3) مزایای استفاده از انرژی باد 

عدم نیاز توربینهای بادی به سوخت كه در نتیجه از میزان مصرف سوختهای فسیلی می كاهد.

رایگان بودن انرژی باد

توانایی تأمین بخشی از تقاضای انرژی برق 

كمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد در بلندمدت

تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی 

3-6- قدرت مانور زیاد جهت بهره برداری در هر ظرفیت و اندازه (از چند وات تا چندین مگاوات) 

عدم نیاز به آب 

عدم نیاز به زمین زیاد برای نصب 

ایجاد اشتغال

نداشتن آلودگی زیست محیطی 

4) انرژی باد و توربینهای بادی 

بهره برداری از انرژی باد توسط توربینهای بادی تفكر بسیار قدیمی می با شد. مثلاً سیستم های اولیه انرژی باد در چین باستان و خاور نزدیك زمانهای طولانی بكار گرفته می شدند. یك دوره نیز در قرن پانزدهم كه فعالیتهای اقتصادی در اروپای غربی افزایش پیدا كرد از توربینهای بادی جهت تأمین نیروی مكانیكی برای پمپاژ آب و آسیاب غلات استفاده می كردند. امروزه گستره فعالیتها و كاربرد توربینهای بادی طیف وسیعی از صنایع را تحت پوشش قرار می دهد مثلاً برای پمپاژ آب یا شارژ باتری از این توربینها استفاده می شود. از نظر عملكردی در توربین های بادی انرژی جنبشی باد به انرژی مكانیكی و سپس به انرژی الكتریكی تبدیل 

می گردد.

 این توربینها را می توان جهت استفاده بهینه و تولید بیشتر قدرت با سلولهای خورشیدی (فتوولتائیك) نیز تركیب نمود. در حال حاضر بیشترین ظرفیت توربینهای بادی نصب شده در چند دهه گذشته از نوع متصل به شبكه بوده است. البته گاهی اوقات در نواحی دور افتاده از توربینهای بادی منفصل از شبكه نیز استفاده شده است. شارژ باتری و تولید انرژی مكانیكی جهت پمپاژ آب نیز از نمونه كاربردهای دیگر توربینهای بادی می باشد. سیستم های شارژ باتری و پمپهای بادی با وجود كوچك بودن از اهمیت ویژه ای برخوردارند. 

5) انواع توربین های بادی و مكانیسم كار آنها

الف- توربینهای بادی با محور چرخش عمودی

 این توربینها از دو بخش اصلی تشكیل شده اند: یك میله اصلی كه رو به باد قرار می گیرد و میله های عمودی دیگر كه عمود بر جهت باد كار گذاشته می شوند. این توربینها شامل قطعاتی با اشكال گوناگون بوه كه باد را در خود جمع كرده و باعث چرخش محور اصلی می گردد. ساخت این توربینها بسیار ساده بوده و همچنین بازده پایین نیز دارند. عمده ترین توربین های بادی محور عمودی عبارتند (ساوینیوس داریوس، صفحه ای و كاسه ای). در این نوع توربینها در یك طرف توربین، باد بیشتر از طرف دیگر جذب می شود و باعث می گردد كه سیستم لنگر پیدا كرده و بچرخد. یكی از مزایای این سیستم وابسته نبودن آن به جهت وزش بادمی باشد.

ب – توربینهای بادی با محور چرخش افقی 

این توربینها نسبت به مدل محور عمودی رایج تر بوده همچنین از لحاظ تكنولوژیك پیچیده تر و گرانتر نیز می باشند. ساخت آنها مشكلتر از نوع محور عمودی بوده ولی راندمان بسیار بالایی دارند. در سرعتهای پایین نیز توانایی تولید انرژی الكتریكی را داشته و توانایی تنظیم جهت در مسیر وزش باد را نیز دارند. این توربینها 3 یا در مواردی 2 پره می باشند كه روی یك برج بلند نصب می شوند. این پره ها همواره در جهت وزش باد قرار می گیرند. 

ج- مكانیسم كار توربین های بادی و اجزا آن 

مراحل كار یك توربین كاملاً عكس مراحل كار پنكه می باشد. در پنكه انرژی الكتریسیته به انرژی مكانیكی تبدیل شده و باعث چرخیدن پره می شود. در توربینهای بادی چرخش پره ها انرژی جنبشی باد را به انرژی مكانیكی تبدیل كرده، سپس الكتریسیته تولید می گردد. باد به پره ها برخورد می كند و آنها را می چرخاند. چرخش پره ها باعث چرخش محور اصلی می شود و این محور به یك ژنراتور برق متصل می باشد. چرخش این ژنراتور، برق متناوب تولید می نماید. در ضمن شكل زیر اجزا یك توربین بادی محور افقی را نشان می دهد. 

6) انواع كاربرد توربینهای بادی

الف- كاربردهای غیرنیروگاهی شامل: 

پمپهای بادی  آبكش جهت :

تأمین آب آشامیدنی حیوانات در مناطق دور افتاده 

آبیاری در مقیاس كم

آبكشی از عمق كم جهت پرورش آبزیان

تأمین آب مصرفی خانگی 

كاربرد توربینهای بادی كوچك بعنوان تولید كننده برق 

تأمین برق جزیره های مصرف 

شارژ باتری

ب - كاربردهای نیروگاهی 

نیروگاههای بادی منفرد جهت تأمین انرژی الكتریكی واحدهای مسكونی، تجاری، صنعتی و یا كشاورزی 

مزارع برق بادی جهت تأمین بخشی از تقاضای انرژی برق شبكه 

7) انرژی باد و محیط زیست

انرژی باد در بین انرژیهای تجدیدپذیر یكی از بهترین و اقتصادی ترین روشهای تولید برق می باشد كه آلودگی زیست محیطی در پی نداشته و پایان ناپذیر نیز می باشد. طبق آمار موجود تولید یك كیلووات ساعت انرژی برق بادی از انتشار آلاینده های زیست محیطی به شرح زیر جلوگیری می نماید. 

گرم 850= CO2 (دی اكسید كربن) 

گرم 9/2= SO2 (دی اكسیدگوگرد) 

گرم 6/2= NOX (اكسیدنیتروژن) 

گرم 1/0= خاك

گرم 55= خاكستر 

بطور كلی با جایگزینی انرژی برق بادی به جای انرژی برق تولیدی از نیروگاههای سوخت فسیلی می توان از انتشار گازهای گلخانه ای كاست. از طرف دیگر جاذبه های طبیعی و چشم انداز سیستم های انرژی بادی نمادی از انرژی پاك برای مردم تلقی می گردند. در ضمن از سطح زمینی كه برای احداث مزرعه برق بادی اختصاص می یابد 99% آن می تواند مورد استفاده فعالیتهای كشاورزی و دامپروری قرار گیرد و تنها حدود یك درصد از كل سطح مزارع برق بادی توسط توربینها استفاده می گردد. 

8) بررسی اقتصادی استفاده از انرژی باد 

در ارزیابی نیروگاههای بادی، هزینه ها و درآمدهای طرح، مدت زمان برگشت سرمایه، قیمت انرژی الكتریكی تولیدی و نرخ بازده داخلی سرمایه، شاخص های نهایی برای مقایسه كامل مؤلفه های مختلف می باشند. از آنجا كه برای گسترش سیتسم عرضه انرژی الكتریكی توسعه پایدار را تعقیب می كنیم باید تمام هزینه ها و منافع اجتماعی هر مولد را مدنظر قرار دهیم. باید در نظر داشت از بین صرفه های اقتصادی و غیر اقتصادی تنها هزینه دفع آلاینده های زیست محیطی و تصفیه گازهای مضر متصاعد از نیروگاههای فسیلی می تواند بصورت كمی در محاسبات وارد شود. این هزینه ها در واقع در برگیرنده تمام اثرات زیست محیطی 

آلاینده ها در كوتاه مدت و بلندمدت از قبیل تولید Sox و Nox و Cox و هیدروكربورها و سایر گازهای سمی، آلودگی آب و خاك و ایجاد بارانهای اسیدی و تولید گازهای گلخانه ای 

می باشند.

در ضمن هزینه تولید برق از انرژی باد در دو دهه گذشته بطور قابل ملاحظه ای كاهش یافته است. برق تولید شده توسط انرژی باد در سال 1975، 30 سنت برای هر كیلووات ساعت بوده اما اكنون به كمتر از 5 سنت رسیده است.  توسعه توربین های جدید قیمت را نیز كمتر خواهند كرد. همچنین در دنیا پنج كشور آلمان، آمریكا، اسپانیا، دانمارك و هند پیشتاز دیگران می باشند و كل ظرفیت نصب توربینهای بادی در دنیا تا پایان سال 2004 میلادی برابر 616/47 گیگاوات می باشد. 

در ضمن كل سرمایه در گردش صنعت انرژی باد جهان در سال 2002 میلادی برابر با 1381 خورشیدی برابر 7 میلیارد یورو بوده است. قیمت سرمایه گذاری انرژی باد در حدود 1000 دلار بر كیلووات برآورد می شود كه در حدود 750 دلار آن به هزینه تجهیزات و مابقی به هزینه های آماده كردن سایت و نصب و راه اندازی مرتبط می شود. در چند سال اخیر با بزرگتر شدن سایز توربینهای تجاری، قیمت سرمایه گذاری آنها كاهش یافته است. صنعت انرژی باد منافع اقتصادی و اجتماعی مختلفی را به همراه دارد كه از جمله مهمترین آنها عبارتند از:

نداشتن هزینه های اجتماعی – این هزینه ها در تمام گزینه های متعارف انرژی (فسیلی) وجود دارند، لیكن علیرغم مبالغ قابل توجه آنها معمولاً در بررسیهای اقتصادی لحاظ نمی شوند. انجمن انرژی باد جهان (WWEA) این هزینه ها را به كوه یخی تشبیه كرده است كه حجم عظیم و ناپیدای آن در زیر آب قرار می گیرد. 

كاهش اتكاء به منابع انرژی وارداتی – این مسئله یكی از مهمترین دلایل رویكرد كشورهای صنعتی به انرژیهای تجدیدپذیر و انرژی باد است، لكن در كشورهای تولید كننده نفت نظیر ایران نیز از جنبه دیگری می توان به آن نگریست و آن افزایش فرصت صادرات است. 

تقویت ساختار اجتماعی و اقتصادی مناطق روستایی – بدلیل ماهیت انرژی باد كه به تولید غیرمتمركز و اغلب به نقاط دور افتاده و روستایی می پردازد، توسعه این صنعت چه در كشورهای سرمایه داری و پیشرفته و چه در كشورهای در حال توسعه تحولات و پیشرفتهای آشكاری را در مناطق روستایی بدنبال خواهد داشت. 

اشتغال زایی – ایجاد شغل این صنعت در میان دیگر صنایع انرژی از همه بیشتر است. در اروپا نصب یك مگاوات برق بادی برای 15 الی 19 نفر شغل ایجاد می كند كه این رقم در كشورهای در حال توسعه براحتی می تواند دو برابر شود. در سال 2000 كه ظرفیت نصب شده برق بادی در اروپا در حدود 8000 مگاوات بود، بیش از نیم میلیون نفر در این صنعت به كار اشتغال داشتند.

در كشورمان ایران علیرغم اینكه مشاهده می شود با در نظر گرفتن هزینه های خصوصی نیروگاههای بادی و فسیلی، توسعه نیروگاههای بادی برای تولید برق هم اكنون در حال اقتصادی شدن می باشد ولی اگر هزینه های اجتماعی نیروگاههای فسیلی كه در برگیرنده اثرات برونزایی منفی است مبنای مقایسه قرار گیرد هزینه تولید در مولدهای بادی كمتر از فسیلی خواهد بود و برق حاصل از آن می تواند بعنوان یك انرژی پایدار در توسعه اقتصادی – اجتماعی كشور مورد استفاده قرار گیرد.

9) روند تحولات تكنولوژی انرژی باد در سالهای اخیر

بزرگترین شركتهای سازنده توربین بادی جهان در حال حاضر شركت وستاس، شركت انركون و شركت NEG مایكون هستند كه به ترتیب 3/23، 6/14 و 4/12 درصد از بازار جهان را در اختیار دارند. 

 برخی اطلاعات كه از بررسی بازار تكنولوژی باد در آلمان بعنوان پیشتاز صنعت باد جهان بدست آمده بیانگر روند تحولات در سالهای اخیر در این صنعت می‎باشد و لذا توجه به آنها در پیش‎بینی آینده سودمند خواهد بود: 

میانگین ظرفیت توربینهای بادی نصب شده در آلمان در حدود 900 كیلووات است، اما اگر فقط توربینهای نصب شده در نیمه اول سال 2003 را در نظر بگیریم، میانگین ظرفیت توربینهای جدید در حدود 1560 كیلووات می‎باشد. لذا روند آشكاری از افزایش سایز توربینهای بادی مدرن قابل مشاهده است.

در بازار توربینهای بادی 58 مدل توربین وجود دارد كه از این 58 مدل فقط 4 مدل آن بدون گیربكس هستند كه روی سایزهای متوسط و بزرگ آزمایش شده‎اند. اما 54 مدل دیگر (شامل سایز های متوسط، بزرگ و خیلی بزرگ) هنوز از گیربكس استفاده می‎كنند. بنابراین توربینهای بدون گیربكس هنوز در ابتدای راه هستند و وضعیت آنها پس از سالها تجربه و بهره برداری روشن خواهد شد.

اغلب توربینهای بزرگ از نوع پیچ كنترل هستند، یعنی هر چه توربینها بزرگتر شوند از تعداد مدلهای استال كنترل كاسته و به مدلهای پیچ كنترل افزوده می‎شود. در توربینهای خیلی بزرگ (بالاتر از 3000 كیلووات) اصلاً سیستم استال كنترل وجود ندارد. قابل ذكر است كه پره‎های استال كنترل بزرگتر و سنگینتر از انواع پیچ كنترل می‎باشند. لازم به اشاره است كه در سیستم پیچ كنترل پره‎ها حول محور طولی خود میتوانند بچرخند و تغییر زاویه بدهند. اما در سیستم استال كنترل پره‎ها به هاب فیكس می‎شوند و آزادی گردش حول محور طولی را ندارند.

در گذشته توربینهای بادی با یك سرعت دورانی ثابت (دور روتور) كار می‎كردند، اما مدلهای امروزی تقریباً سیستم یك سرعته را كنار گذاشته و به سیستم های دوسرعته یا سرعت متغیر روی آورده‎اند. از میان 58 مدل موجود در بازار، فقط 2 مدل از نوع یك سرعته هستند و 23 مدل دو سرعته و 34 مدل با سرعت متغیر دیده می‎شوند.

10) آینده انرژی باد در ایران  

بازار تأمین انرژی یك بازار رقابتی است كه در آن  تولید برق در نیروگاههای بادی در مقایسه با نیروگاههای سوخت های فسیلی برتری های نوینی را پیش روی كاربران قرار داده است. از برتری های نیروگاههای بادی این است كه در طول مدت زمان عمر خود، سالهای زیادی انرژی را بدون نیاز به هزینه سوخت تولید خواهد كرد، در حالی كه هزینه دیگر منابع تولید انرژی در طول این سالها افزایش خواهد یافت. 

فعالیت گسترده بسیاری از كشورهای جهان برای تولید الكتریسیته از انرژی باد، سرمشقی برای دیگر كشورهایی است كه در این زمینه راه درازی در پیش دارند. بسیاری از منابع اقتصادی در حال رشد، در منطقه آسیا واقع شده اند و اقتصاد رو به رشد كشورهای آسیایی از جمله ایران، باعث شده تا این كشورها بیش از پیش به تولید الكتریسیته احساس نیاز كرده و اقدام به تولید الكتریسیته از منابع غیرفسیلی كنند. افزون بر این موارد، نبود شبكه برق سراسری در بسیاری از بخشهای روستایی در كشورهای آسیایی نیز مهر تأییدی بر سیستم های تولید الكتریسیته از انرژی باد زده است. 

پس در خصوص دورنمای آینده اقتصادی استفاده از انرژی باد در ایران می بایست گفت استفاده از این انرژی موجب صرفه جویی فرآورده های نفتی بعنوان سوخت می شود. صرفه جویی حاصله در درجه اول موجب حفظ فرآوردهای نفتی گشته كه امكان صادرات و مهمتر اینكه تبدیل آنرا به مشقات بسیار زیاد پتروشیمی با ارزش افزوده بالا فراهم می سازد. 

در درجه دوم تولید الكتریسیته از این انرژی فاقد هر گونه آلودگی زیست محیطی بوده كه همین عامل كمك شایانی به حفظ طبیعت سالم محیط زیست بشری نموده ودر نتیجه مسیر برای نیل به توسعه پایدار اقتصادی، اجتماعی فراهم می گردد. 

استفاده از انرژی باد در ایران علاوه بر عمران و آبادانی موجبات ایجاد مشاغل جدید شده و بالاخره با بومی سازی فن‌آوری انرژی باد اقتصاد كشور رشد بیشتری می یابد.