از هر کسی بخواهید یک توربین را به تصویر بکشد و اولین چیزی که احتمالا به ذهنش خطور می کند پره هایش است. ساختارهای سفید عظیم با بال های بلند که از پانزده تا بیست ۳۰ کیلومتر دورتر قابل مشاهده است.
توربین های بادی از سال ۱۸۰۰ اساسا بدون تغییر باقی مانده اند. زمانی که مزارع بادی در سال ۱۹۹۱ به ساحل منتقل شدند بسیاری از دستگاه ها شبیه توربین های بادی خشکی باقی ماندند به جز واحدهای دریایی که بزرگتر ساخته شدند تا عناصر سخت تر را تحمل کنند و باد های قوی تر را در دریا مهار کنند.اما اکنون طرح های جدیدی از توربین ها در حال ظهور است. این فناوری ها تغییراتی را ایجاد می کنند که توربین های بادی سنتی را با حذف یک ویژگی مهم(پره ها) برای اکثر مردم غیرقابل تشخیص می کند.
مکانیسم پشت توربین های سنتی در سادگی خود بسیار خلاقانه است. پره های توربین توسط یک شفت به یک ژنراتور متصل می شوند که با چرخش تیغه ها برق تولید می کند. موتورها به افزایش سرعت پره ها کمک می کنند و برق بیشتری تولید می کنند در حالی که مصرف را پایین نگه می دارند.
اما سوال اصلی اینجاست که این توربین ها چگونه برق تولید میکنند وقتی که ما پره ها را از ساختارشان حذف میکنیم.
توربین Vortex Bladeless چرخش را با ارتعاشات تعویض می کند. این دستگاه ۳ متری میله ای شکل مستقیماً به آسمان ضربه می زند و به طرز دیوانه وار در باد نوسان می کند.
طراحی دیگر از این توربین های بی پره در بالای سواحل موریس است که اولین توربین هوابرد کاملاً خودمختار در جهان است. این سیستم که توسط شرکت آلمانی SkySails Group توسعه یافته است که بیشتر شبیه یک بادبان یا بادبادک غول پیکر پاراگلایدر است تا یک دستگاه تولید برق.
این بادبان با توجه به اینکه طراحی عجیب و غریب آن با حضور قدرتمند توربینهای سنتی مقایسه میشود، نوآوری است که در آینده میتواند به پاسخگویی به تقاضای باد دریایی کمک کند. این سیستم ۱۰۰ کیلووات می تواند برق حدود ۵۰ خانه را تامین کند.
ناسل مرکز عصبی یک توربین است. ژنراتور، کنترل کننده و تمام اجزای الکتریکی که باد را به انرژی تبدیل می کنند، در آن قرار دارد. همانطور که توربین ها رشد کرده اند، ناسل ها نیز رشد کرده اند. این امر چالش هایی را در حمل و نقل، نصب و راه اندازی و کارایی هزینه ایجاد می کند. ناسل های بزرگتر به پوشش های بزرگتری نیاز دارند که هزینه ساخت را افزایش می دهد. اما مشکل بزرگتر در تدارکات حمل یک ماشین ۶۰۰ تنی به بلندای آسمان نهفته است. در اکثر مواقع هزینه حمل و نقل بیشتر از پوشش خود ناسل است.
توربین های بازطراحی شده و کارآمد مانند توربین بدون پره Vortex مراحل ساخت و نگهداری را کاهش می دهد. خروجی تخمین زده شده این پرهها در مقایسه با توربینهای سنتی ۳۰ تا ۴۵ درصد ارزانتر انرژی را تولید میکنند، بیشتر به این دلیل که از مواد ارزان قیمتی مانند رزین و فیبر کربن استفاده میکنند.
پره های توربین بادی در معرض عوامل محیطی وحشیانه قرار می گیرند. این سازه ها چندین هزار پوند سنگین هستند و صدها متر در هوا برافراشته است و در برابر طوفان ها و بادهایی که می توانند تا ۳۳.۶ مایل در ساعت هم برسند، ایستادگی میکنند و حتی در تمام مدت، دائما در حال چرخش هستند.
توربین ها از نوعی پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) ساخته می شوند. ساختار سبک وزن و دوام باورنکردنی GFRP آن را به انتخابی ایده آل برای ساخت ماشین هایی تبدیل می کند که نیاز به مقاومت در برابر اقیانوس دارند. با این حال، همین قدرت نیز مشکلاتی را در صنعت ایجاد می کند.
تا سال ۲۰۳۰، حدود ۱۵۰۰ دستگاه باید از رده خارج شوند. سیصد تا از آنها قبل از سال ۲۰۲۵ بازنشسته خواهند شد.
در حال حاضر، آن پرهها جایی برای رفتن به جز محل دفن زباله ندارند. در حال حاضر هیچ راهی برای بازیافت پره ها وجود ندارد. برخی از قطعات در نهایت تغییر کاربری پیدا می کنند، به عنوان سوله دوچرخه یا پل. با این حال، بخش عظیمی از این مواد به زباله تبدیل میشوند. خرد کردن تیغه ها نیز به دلیل دوام آنها یک فرآیند بسیار دشوار است.
صنعت بادی به سرعت در حال رشد است که به دلیل ضروری بودن برای از بین بردن شکاف بین اندازه فعلی آن و آنچه که برای دستیابی به اهداف آب و هوایی باید باشد، توجه بسیاری شده است. تحولات در سراسر جهان، هم در بازارهای باد بالغ و هم در بازارهای نوظهور در حال افزایش است.
همانطور که توربین های بیشتری از کف اقیانوس و در خشکی شروع به جوانه زدن می کنند، این سوال که چه مدت می توانیم قبل از تمام شدن این فضا توربین های بیشتری بسازیم بیشتر مطرح می شود. این امر به ویژه در مورد بادهای دریایی صادق است. توربین های سنتی را فقط می توان بر روی بستر کم عمق ساخت. توربین های مستقر در زمین اغلب توسط طرفداران محیط زیست محدود می شوند.
انواع جدیدی از توربین ها مانند توربین Vortex Bladeless و سیستم هوابرد از گروه Skysails راهی برای دور زدن محدودیت های فضا ارائه می دهند. توربین های بدون پره قدرت کمتری دارند، اما می توانند با ساختار باریک خود این مورد را جبران کنند. شما می توانید واحدهای بسیار بیشتری را در همان فضایی که توسط یک توربین سنتی اشغال شده است قرار دهید.
بیشتر فناوری های توربین بدون پره در مراحل اولیه توسعه هستند. تکمیل یا حتی تطبیق با خروجی انرژی توربین های سنتی نیز دشوار است حتی اگر غیرممکن نباشد. برای ادامه مسیر و دور شدن سریعتر از نفت و گاز، توربینهای بدون پره و هوابرد جایگزین واحدهای پره دار سنتی نیستند. آنها فناوریهای مکملی هستند که راههای بیشتری را برای مهار نیروی باد فراتر از محدودیتهای هزینه، لجستیک و فضا به ما ارائه میدهند.