جام جم آنلاين: بر اساس مطالعات محققان دانشگاه كالیفرنیا به سرپرستی دكتر دبیری، استفاده از توربین‌های باد عمودمحور در ردیف‌های نزدیك به هم منجر به افزایش راندمان كلی نیروگاه بادی در مقایسه با مزارع باد متداول با توربین‌های ملخی خواهد شد.
در حال حاضر بازدهی توربین‌های بادي تا حد زیادی به تئوری آن نزدیك شده و بر این اساس می‌توان صنعت توربین‌های بادی را صنعتی بالغ تلقی كرد كه جای رشد كمی در آن باقی مانده است.
اما تحقیقات اخیر پیشفرض‌های قدیمی را دگرگون كرده است. بر اساس این تحقیقات، نوع و نحوه چیدمان توربین‌های باد در یك مزرعه توربین‌های بادی می‌تواند بازده كلی تولید برق را تا حد زیادی افزایش دهد. پژوهشگران برای مثال دریافتند كه استفاده از توربین‌های عمودمحور با چیدمان فشرده‌تر می‌تواند به افزایش بازده منجر شود.
دستاورد این محققان باعث شده تفكرات قبلی در مورد استفاده از انرژی باد به چالش كشیده شود. پیش از این تصور می‌شد كه مهم‌ترین موانع در توسعه تولید برق از نیروگاه‌های بادی، افزایش اندازه توربین، استفاده از توربین در سواحل دریاها و فشار بر دولت‌ها برای افزایش سهم انرژی بادی در بازار انرژی است. دكتر دبیری، استاد مهندسی و علوم كاربردی و سرپرست مركز مهندسی دانشگاه كالیفرنیا توضیح می‌دهد: «تا امروز بیشتر تمركز ما بر توسعه تكنولوژی توربین‌های بادی بوده است. در حالی كه چیدمان مزارع بادی از طراحی مناسبی برخوردار نیست و بهره‌وری آنها بسیار پایین است.»
وی در ادامه توضیح می‌دهد: «در مزارع بادی موجود، به دلیل اثرات آیرودینامیكی ملخ‌های هر توربین روی سایر ملخ‌ها، به ناچار باید فاصله توربین‌ها از یكدیگر را افزایش داد كه این امر سبب بزرگ شدن اندازه مزرعه می‌گردد. اما در عین حال بخش زیادی از بادی كه وارد فضای مزرعه می‌گردد بدون برخورد با هیچ ملخی از مزرعه خارج شده و انرژی نهفته در دل خود را نیز با خود می‌برد. به عبارت دیگر مزارع بادی موجود تنها از بخشی از انرژی بادی كه می‌وزد استفاده می‌كنند. اما در طرح جدید، می‌توان توربین‌ها را در فواصل كمتری نصب نمود تا میزان تولید انرژی در واحد سطح افزایش یابد. همچنین با افزایش ارتفاع توربین‌ها می‌توان از بادهای قوی‌تر و دائمی‌تری برای تولید الكتریسیته بهره گرفت.»
افزایش ارتفاع و اندازه توربین‌ها به نوبه خود باعث بروز مسائلی مانند افزایش هزینه‌ها و پیچیدگی در تعمیر و نگهداری سازه می‌شود. نمای بد، سر و صدای زیاد، اختلال در سیگنال‌های رادیویی و برخورد پرندگان و خفاش‌ها نیز از دیگر پیامدهای افزایش اندازه توربین‌های بادی است. دبیری ایده‌های جدید خود در ارتباط با طراحی مزارع بادی پر بازده‌تر وكاراتر را در مقاله‌ای در ژورنال انرژی‌های تجدیدپذیر و پایا وابسته به انجمن فیزیك آمریكا منتشر كرده است. وی در این مقاله یادآور می‌شود: «انرژی باد موجود در ارتفاع 10 متری بسیار كمتر از انرژی باد موجود در ارتفاع نصب توربین‌های جدید است. اما اگر ما بتوانیم از همین انرژی موجود در ارتفاع 10 متری هم به طور موثری استفاده كنیم، دیگر نیازی به افزایش ارتفاع توربین‌های باد نخواهد بود.» به گفته وی «انرژی الكتریسیته نهفته در دل بادهای كم ارتفاع چندین برابر میزان برقی است كه در جهان استفاده می‌شود، اما چالش ما تبدیل این انرژی به انرژی برق است.»
هدف طراحی توربین‌های جدید در دانشگاه كالیفرنیا این است كه با طراحی توربین‌ها به شكل عمودمحور به جای توربین‌های ملخی افقی، بتوانند توربین‌ها را نزدیك‌تر به هم قرار دهند. توربین‌های عمودمحور طبق توضیحات دبیری چند مزیت دارند: عملكرد مناسب و كارا هنگام وزش بادهای مغشوش و گردابه‌ای، طراحی ساده‌تر (به دلیل عدم نیاز به جعبه‌دنده) كه منجر به كاهش هزینه‌های جاری و نگهداری می‌شود و همچنین حجم واندازه كمتر كه برخوردهای محیطی را كاهش می‌دهد. البته توربین‌های عمودمحور دارای معایب خاص خود نیز هستند كه باعث شده تا كنون كمتر مورد توجه قرار بگیرند. اولین نقطه ضعف این توربین‌ها بازدهی انفرادی كمتر آنها در مقایسه با توربین‌های افقی است. همچنین سازه این توربین‌ها به خاطر پدیده خستگی خیلی زود مستهلك می‌شود. دبیری در پاسخ به نقاط ضعف مطرح شده در مورد توربین‌های عمودمحور می‌افزاید: «جبران بازده كمتر توربین‌های عمودمحور از طریق چیدمان فشرده‌تر آنها امكان‌پذیر است. مسأله خستگی سازه نیز با پیشرفت‌هایی كه در مهندسی مواد صورت گرفته و همچنین قابلیت پیش‌بینی دقیق‌تر بارهای آیرودینامیكی تا حد زیادی قابل بر طرف شدن است.»
البته هنوز تا تجاری‌سازی این محصول راه زیادی باقی مانده است.
امیر توكلی‌كاشی
جام‌جم