کاهش هزینه نهائی برق با انرژی بادی در امریکا
نقشه: نقشه: تحولات شتابان در عرصه انرژی بادی طی دو دهه گذشته، بیان کننده دگرگونی بنیادین از فناوری های ابتدایی با کارآیی محدود به سیستم های پیشرفته با توان تولید چندین مگاوات برق با هزینه رقابتی است.
به گزارش نقشه به نقل از مهر؛ تحولات شتابان در حوزه انرژی های تجدیدپذیر، خصوصاً در عرصه انرژی بادی طی دو دهه گذشته، بیان کننده دگرگونی بنیادین از فناوری های ابتدایی با کارآمدی محدود به سیستم های پیشرفته ای است که توان تولید چندین مگاوات برق با هزینه رقابتی و قابلیت اطمینان بالا را دارا هستند. این تغییر نه فقط ناشی از پیشرفت های مهندسی در طراحی پره ها، برج ها و سیستم های کنترل توربین های بادی بوده، بلکه از حمایت های مستمر پژوهشی و سرمایه گذاری های کلان در زیرساخت های آزمایشگاهی و صنعتی هم بهره برده است. دفتر فناوری های انرژی بادی وزارت انرژی ایالات متحده (WETO) بعنوان یکی از بازیگران محوری این روند با تأکید بر ارتقاء بازدهی، افزایش طول عمر تجهیزات، کاهش هزینه های نگهداری و تقویت قابلیت اطمینان شبکه، توانسته است صنعت انرژی بادی این کشور را از مرحله ای آزمایشی و نوپا به یکی از ستون های اصلی تولید برق پاک در جهان تبدیل کند. از این منظر، بررسی مسیر تحول و دستاوردهای این نسل جدید فناوری بادی می تواند تصویری روشن از آینده سیاستگذاری و سرمایه گذاری در قسمت انرژی های تجدیدپذیر عرضه نماید.
تحول ظرفیت و کاهش هزینه ها
یکی از شاخص ترین دستاوردهای صنعت انرژی بادی طی سالیان اخیر، افزایش ظرفیت تولید و کاهش هزینه تمام شده انرژی است. ظرفیت بهره وری نیروگاه های بادی که در دهه ۱۹۹۰ تنها حدود ۲۲ درصد برآورد می شد، امروز به میانگین حدود ۳۵ درصد رسیده است؛ یعنی بازدهی نیروگاه ها نزدیک به دو برابر ارتقا یافته است. این تحول نتیجه مجموعه ای از نوآوری هاست که شامل مواردی چون طراحی پره های بلندتر و سبک تر با امکان بهره برداری از جریان های بادی با ارتفاع و پایداری بیشتر، استفاده از برج های مرتفع تر به منظور دسترسی به لایه های پرانرژی تر باد و استقرار سیستم های کنترل هوشمند با بهره بردن از مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی و سنسورهای دقیق، در امتداد بهینه سازی عملکرد توربین ها در وضعیت متغیر جوی می شود. افزون بر این، کاهش هزینه تولید هر کیلووات ساعت انرژی بادی از بالاتر از ۵۵ سنت در سال ۱۹۸۰ به کمتر از سه سنت در آمریکا، بیان کننده تحولی ساختاری در اقتصاد انرژی مبتنی بر باد است. این کاهش چشم گیر هزینه، ناشی از مقیاس پذیری تولید، بهبود فرآیندهای ساخت، افزایش عمر مفید تجهیزات و توسعه زنجیره تأمین جهانی بوده و جایگاه انرژی بادی را در ردیف ارزان ترین و رقابتی ترین انتخابهای تولید برق تثبیت کرده است.
توسعه نمونه های آزمایشی و تجاری سازی
نقش وزارت انرژی ایالات متحده در همکاری با صنعت برای توسعه نمونه های آزمایشی و تبدیل آنها به محصولات تجاری بسیار برجسته و راهبردی است. این دفتر نه فقط در مرحله طراحی و آزمون اولیه اجزا حضور فعال داشته، بلکه در تأمین منابع مالی، ایجاد زیرساخت های آزمایشگاهی و تسهیل تجاری سازی فناوری هم نقشی کلیدی بازی کرده است. نمونه بارز این روند، توربین ۱.۵ مگاواتی شرکت «GE» است که با حمایت های پیوسته و آزمون های مختلف طی دهه های گذشته شکل گرفت و به یکی از پرکاربردترین مدلهای نیروگاهی در ایالات متحده و جهان بدل شد. این توربین به تنهایی نزدیک به نیمی از ظرفیت نصب شده نیروگاه های بادی ایالات متحده را در اختیار دارد و سهم قابل توجهی در بازارهای بین المللی ایفا می کند. بطور کلی، روند ایجاد این موفقیت نشان میدهد که پیوند مؤثر میان پژوهش های دولتی، سرمایه گذاری های صنعتی و توانمندیهای مهندسی می تواند موتور محرک اصلی برای تجاری سازی فناوری و ارتقاء رقابت پذیری جهانی در حوزه انرژی های تجدیدپذیر باشد.
نوآوری در اجزای کلیدی توربین ها
برمبنای برآوردهای صورت گرفته، تحولات فناورانه در اجزای توربین های بادی هم نقشی تعیین کننده در افزایش بازدهی و کاهش هزینه ها جهانی این فناوری داشته است. بعنوان مثال، توسعه نوع خاصی از پره توسط شرکت «Knight and Carver » با همکاری لابراتوار های ملی ساندیا، امکان افزایش ۱۲ درصدی تولید انرژی را در نیروگاه های بادی فراهم ساخت. این پره با نوک منحنی و طراحی تطبیقی خود قادر می باشد از دامنه وسیع تری از سرعت باد، خصوصاً در وضعیت کم باد، بهره برداری کند و پایداری عملکرد توربین را ارتقا دهد. افزون بر این، موارد دیگری چون سرمایه گذاری ۴۷ میلیون دلاری وزارت انرژی امریکا در دانشگاه کلمسون برای توسعه لابراتوار پیشرفته آزمون سیستم های انتقال نیرو زمینه ساز ارتقاء قابلیت اطمینان، کاهش خرابی های زنجیره ای در گیربکس ها و بهینه سازی هزینه های تولید انرژی بادی ایالات متحده شد. این مرکز آزمایشگاهی یکی از پیشرفته ترین مراکز جهان شمرده می شود که امکان آزمون سیستم های توان با ظرفیت چند ده مگاوات را فراهم می آورد. همینطور اخیرا هم ورود تکنولوژی های جدید مانند چاپ سه بعدی در ساخت قالب پره ها، نه فقط زمان و هزینه تولید را بصورت شایان توجهی کاهش داده، بلکه امکان تولید اشکال پیچیده تر و بهینه تر آیرودینامیکی را فراهم ساخته است. این تغییرات ظرفیت طراحی های نوآورانه را بطور شایان توجهی افزایش داده و مسیر تجاری سازی سریع تر تکنولوژی های جدید را هموار کرده است.
پژوهش های بزرگ مقیاس و مدل سازی پیشرفته
برمبنای برآوردهای صورت گرفته، مراکزی چون لابراتوار ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL) و مرکز ملی فناوری بادی آمریکا (NWTC) طی سالیان اخیر با توسعه ابزارهای محاسباتی پیشرفته و مدل سازی دقیق جریان باد، نقش برجسته ی در ارتقاء دانش آیرودینامیک مزارع بادی بازی کرده اند. این مراکز با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و سیستم های شبیه سازی پیشرفته، توانسته اند اثرات متقابل جریان هوا میان توربین ها را بررسی و روشهایی عملی برای مدیریت چالش های موجود عرضه کنند. مطالعات انجام شده نشان میدهد که با به کارگیری سیستم های کنترلی هماهنگ و الگوریتم های هوشمند برای تنظیم زاویه پره ها و سرعت چرخش، می توان بازده کلی مزارع بادی را تا ۵ درصد افزایش داد؛ رقمی که در مقیاس صنعتی به معنای صرفه جویی میلیونها دلار و کاهش نیاز به ظرفیتهای پشتیبان فسیلی است. افزون بر این، استقرار سیستم های آزمون شبکه در این مراکز، امکان تحلیل جامع واکنش توربین ها، مبدل های فتوولتائیک و سیستم های ذخیره انرژی در مقابل اختلالات شبکه را فراهم آورده است. این توانایی برای ارتقاء تاب آوری شبکه های برق در مقابل شوک های ناگهانی و تضمین پایداری تأمین انرژی در وضعیت اقلیمی و عملیاتی متغیر، اهمیتی حیاتی دارد.
فناوری توربین های کوچک
تحقیقات دفتر فناوری های انرژی بادی وزارت انرژی ایالات متحده محدود به توربین های مقیاس بزرگ نبوده و در عرصه توربین های کوچک هم دستاوردهای مهمی به دنبال داشته است. بعنوان مثال، مجموعه ای از توربین های کوچک بوسیله پروژه «ارتقای رقابت پذیری» (CIP)، در پردیس فلتیرون کلرادو نصب و تحت آزمایش های دقیق قرار گرفتند تا خصوصیت های طراحی، دوام سازه ای و کارآمدی آیرودینامیکی این نوع سامانه ها بطور جامع بررسی و بهینه سازی شود. این توربین ها با هدف پاسخ گویی به نیازهای مقیاس محلی، از تأمین انرژی خانوارها و کسب وکارهای کوچک گرفته تا پشتیبانی از شبکه های خرد طراحی شده اند. نتایج این آزمون ها نشان داده است که با ارتقاء طراحی پره ها، بهبود سیستم های کنترلی و بهینه سازی زنجیره تامین، می توان هزینه نهائی برق تولیدی را کاهش و بازدهی اقتصادی آنها را افزایش داد. این اقدامات نه فقط توسعه فناوری های مناسب برای کاربردهای توزیع شده را تسهیل کرده، بلکه رقابت پذیری اقتصادی آنها را در مقایسه با سایر منابع انرژی غیرمتمرکز به صورت محسوسی ارتقا داده است.
جمع بندی
نسل جدید فناوری تولید انرژی بادی حالا در نقطه ای ایستاده است که نه فقط توانسته هزینه ها را به شدت کم کند، بلکه با افزایش ظرفیت، ارتقاء قابلیت اطمینان و طول عمر سامانه ها، جایگاه خویش را در سبد انرژی جهانی تثبیت کرده است. از همین روی، به کارگیری این فناوری در کشور ایران که با چالش ناترازی انرژی دست و پنجه نرم می کند، راهکاری موثر و کارآمد به شما می رود. از طرف دیگر با این مساله عنایت داشت که با وجود همه دستاوردهای بزرگ به دست آمده، مسیر پیش رو نیازمند تداوم سرمایه گذاری در پژوهش های نوآورانه، توسعه فناوری های ساخت پیشرفته مانند چاپ سه بعدی و تولید افزودنی، بهینه سازی سیستم های کنترل پیش بینانه و مدل سازی دینامیک جریان های بادی در مقیاس مزرعه است. افزون بر این، ادغام فناوری بادی با سیستم های ذخیره سازی انرژی و شبکه های هوشمند برق، یکی از اولویت های آتی برای افزایش تاب آوری و پایداری تأمین انرژی جهانی محسوب می شود. بدیهی است که آینده صنعت بادی بالاتر از هر چیز به توانایی آن در جواب نیازهای رو به رشد جهانی، حفظ رقابت پذیری در بازارهای بین المللی و انطباق با تحولات اقلیمی و سیاستهای کربن زدایی وابسته خواهد بود.
منبع: نقشه
این مطلب Go Map را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط در نقشه
نظرات بینندگان نقشه در مورد این مطلب