تفاوت جالب بین آسیاب بادی و توربین بادی

در این پست از سایت bloginoo به بررسی تفاوت جالب بین آسیاب بادی و توربین بادی پرداخته ایم.

همانطور که باد میوزد، پره های آسیاب های بادی و توربین های بادی نیز حرکت میکنند. این ماشین های پره دار عظیم بیش از 1000 سال است که وجود داشته اند و اولین آسیاب های بادی در حدود 800 سال قبل از میلاد در ایران ظاهر شدند.

این آسیاب های بادی اولیه دقیقاً برای همان چیزی که از نامشان پیداست استفاده میشد. آنها آسیاب هایی بودند که توسط باد کار میکردند. باد پره ها یا تیغه های آسیاب بادی را میچرخاند، میل مرکزی را میچرخاند، که سپس آسیاب غلات را میچرخاند، معمولاً از سنگ های بزرگ و مسطح ساخته میشود تا آرد و سایر محصولات غلات تولید شود. این آسیاب های بادی هدف حیاتی دیگری نیز داشتند. پمپاژ آب به شهر ها و خانه ها. به جای چرخاندن آسیاب غلات، میتوان از چرخش آسیاب بادی برای به حرکت درآوردن یک پمپ استفاده کرد.

در حالی که آسیاب های بادی برای قرن ها وجود داشته‌ اند، توربین های بادی فقط از سال 1888 وجود داشته‌ اند، زمانی که اولین توربین بادی شناخته شده برای تولید برق در ایالات متحده توسط مخترع چارلز براش ساخته شد تا برای عمارت خود در اوهایو برق تولید کند. در توربین های بادی برای تولید الکتریسیته از چرخش پره‌ ها استفاده میشد، نه اینکه صرفاً انرژی چرخشی را به کارهای مکانیکی تر تبدیل کنند، مانند چرخاندن آسیاب یا پمپاژ آب.

جیمز هرزینگ، مهندس و مجری برنده جایزه پادکست مهندسی غیر حرفه ای، میگوید : یک توربین بادی در ایالات متحده حدود 280 فوت (85 متر) ارتفاع دارد، در حالی که آسیاب بادی قدیمی معمولاً 80 فوت (24 متر) بالاتر نمیرود. در یک مصاحبه ایمیلی اندازه بادبان‌ ها یا تیغه ها یکی دیگر از تفاوت های بزرگ است. آسیاب های بادی به طور سنتی با قطر چرخ اندازه گیری میشوند، و دیدن آسیاب بادی 8 فوتی (2 متری)، جایی که 8 فوت روی تیغه ها اندازه گیری میشود، غیر معمول نیست. از سوی دیگر، توربین‌ ها میتوانند یک تیغه بیش از 100 فوت (30 متر) داشته باشند.

آسیاب های بادی چگونه کار میکنند

در حالی که آسیاب های بادی برخی از قدیمی ترین و حیاتی ترین ماشین‌ های تمدن هستند و عموماً برای پمپاژ آب یا دانه های آسیاب استفاده میشوند، اما تفاوت های عملکردی دیگری با فناوری بسیار جدید تر توربین های بادی دارند.

تیغه های یک آسیاب بادی نزدیک به زمین هستند و بنابراین باید جریان هوا را در نزدیکی زمین مهار کنند تا بچرخند. از آنجایی که جریان‌ های باد معمولاً در نزدیکی سطح زمین کمتر از اتمسفر های بالاتر هستند، آسیاب های بادی باید پره‌ های بزرگ‌ تری داشته باشند تا حد امکان باد بیشتری را جذب کنند.

در حالی که آسیاب های بادی از سال 800 قبل از میلاد وجود داشته‌ اند، در اواسط دهه 1800 واقعاً محبوبیت پیدا کردند. جرقه های انقلاب صنعتی در دهه های پس از 1850، بیش از 6 میلیون آسیاب بادی مکانیکی تنها در ایالات متحده برای نیرو دادن به پمپ ها و کارخانه ها و تامین سایر نیاز های انرژی نصب شد.

این محبوبیت به دلیل سادگی آسیاب های بادی به عنوان مولد های انرژی مکانیکی بود. به سادگی با قرار دادن یک آسیاب بادی با پره های زیاد، میتوانید به سرعت به یک منبع انرژی مکانیکی رایگان دسترسی پیدا کنید. از طریق چرخش تیغه‌ ها، این انرژی دورانی میتواند برای به حرکت درآوردن ماشین‌ ها از طریق چرخ دنده‌ ها یا برای فشار دادن و کشیدن آب از زمین با پمپ‌ های میله مکنده ساده استفاده شود.

همانطور که آسیاب های بادی در سراسر صنعت مدرن رواج یافتند، اختراع دیگری نیز در حال توسعه و اصلاح بود : ژنراتور.

یک ژنراتور به جای اینکه فقط بتواند از آسیاب بادی در زمان وزش باد استفاده کند، انرژی دورانی را با تبدیل آن به الکتریسیته ذخیره میکند. بنابراین، توسعه توربین‌ های بادی گام بعدی در تکمیل دستگاه‌ های مهار انرژی باد بود.

توربین های بادی چگونه کار میکنند

برای گرفتن جریان های هوای قوی تر، یک توربین بادی صد ها فوت بالاتر از یک آسیاب بادی به آسمان میرسد. از همان اصول عملکردی آسیاب بادی استفاده میکند. تبدیل باد به انرژی چرخشی. اما کاری که بعدا انجام میدهد متفاوت است. توربین های بادی دارای ژنراتور هایی در داخل خود هستند که معمولاً مستقیماً به یک میله پره چرخان متصل میشوند. با چرخاندن ژنراتور، جریان الکتریکی تولید میشود که میتوان از آن برای شارژ باتری‌ ها، تغذیه به شبکه یا راه‌ اندازی مستقیم دستگاه‌ های الکترونیکی استفاده کرد. بهترین راه برای درک نحوه کار این است که یک موتور را در نظر بگیرید، اما به صورت معکوس. یک موتور الکتریکی از الکتریسیته برای ایجاد حرکت استفاده میکند، در حالی که یک توربین بادی از حرکت برای تولید برق استفاده میکند.

به طور خاص، پره های یک توربین بادی انرژی جنبشی انرژی ایجاد شده توسط حرکت باد را گرفته و آن را به انرژی چرخشی تبدیل میکنند. سپس این انرژی دورانی از طریق یک سری چرخ دنده تغذیه میشود تا سرعت یک ژنراتور افزایش یابد.

این توربین ها معمولاً با سرعت باد 5 تا 10 مایل در ساعت (8 تا 16 کیلومتر در ساعت) شروع به تولید انرژی میکنند و با سرعت بالا نزدیک به 60 مایل در ساعت (96 کیلومتر در ساعت) خاموش میشوند تا دچار نقص یا آسیب نشوند.

در حالی که توربین های بادی برق تولید میکنند، از نظر فنی به اندازه آسیاب های بادی کارآمد نیستند. توربین های بادی حداکثر بازدهی 59 درصدی دارند، چیزی که به عنوان حد بتز شناخته میشود. این به دلیل ناتوانی در مهار تمام انرژی باد و ناکارآمدی در تبدیل انرژی چرخشی به انرژی مکانیکی است.

از فناوری باستان تا انرژی آینده

جیمز میگوید که توربین‌ های بادی را بخشی جدایی ناپذیر از کاهش و در نهایت حذف وابستگی ما به سوخت های کربنی میداند. یک پروژه بادی معمولی ردپای کربن خود را در عرض شش ماه بازپرداخت میکند و دهه ها انرژی با انتشار صفر را ارائه میکند. در واقع. برخی از کشور ها مانند اسکاتلند در حال حاضر به اندازه کافی در انرژی باد سرمایه گذاری کرده اند که میتواند انرژی کافی برای سوخت دو اسکاتلند تولید کند!

در سال 2018، باد تقریباً 5 درصد از برق جهان را تولید کرد و آن را به دومین منبع تجدید پذیر بزرگ پس از انرژی آبی تبدیل کرد. از اولین استفاده از آسیاب بادی به عنوان ستون فقرات مکانیکی تمدن اولیه ایرانی و چینی گرفته تا توربین های بادی عظیم امروزی، فناوری زیربنایی باقی مانده است.