تبدیل انرژی باد به نوعی مفید از انرژی مانند انرژی الکتریکی توسط توربین‌های بادی را انرژی بادی می‌نامند. از آنجایی که منابع فسیلی مانند نفت و گاز روزی به پایان می‌رسند، باد به عنوان یک منبع انرژی پاک محسوب می‌شود که هزینه تولید برق به‌وسیله آن کمتر از تولید برق با سوخت‌های فسیلی بوده و همچنین آلودگی و گاز گلخانه‌ای کمتری تولید می‌کند. انسان‌ها از جریان باد یا انرژی حرکتی برای اهداف زیادی همانند قایقرانی، پرواز بادبادک و حتی تولید برق استفاده می‌کنند. توربین‌های بادی بر اساس یک اصل ساده کار می‌کنند: به جای استفاده از برق برای ساخت باد، از باد برای ساخت برق استفاده می‌کنند.
باد، شکلی از انرژی خورشید
منشاء انرژی باد به این گونه است که زمین به‌طور نامساوی توسط نور خورشید گرم می‌شود در نتیجه در قطب‌های زمین انرژی گرمایی کمتری نسبت به خط استوا وجود دارد که این تفاوت دمایی و تبادل حرارتی سبب ایجاد باد خواهد شد. باد یکی از مظاهر انرژی خورشیدی و همان هوای متحرک است و پیوسته جزء کوچکی از تابش خورشید که از خارج به اتمسفر می‌رسد، به انرژی باد تبدیل می‌شود. گرم شدن زمین و جو آن به‌طور نامساوی سبب تولید جریان‌های همرفت (جابجایی) می‌شود و نیز حرکت نسبی جو نسبت به زمین سبب تولید باد است. بادها از یک قانون کلی تبعیت می‌کنند، ولی از لحاظ شدت روزانه و مدت وزش در هر نقطه از زمین به‌طور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌کند. سرعت باد نسبت به ارتفاع از سطح دریا تغییر می‌کند. با آزمایش‌هایی که انجام یافته، نسبت توان تولیدی در ارتفاع ۱۵۰۰ متری به توان تولیدی در ارتفاع ۵۰ متری برابر ۲۵ و در ارتفاع ۳۰۰ متری این نسبت برابر ۱۰ می‌باشد.
انرژی بادی( Wind Power) به عنوان منبع اصلی انرژی های تجدید پذیر در سراسر جهان در حال رشد است. برای تأمین نیاز بشریت از منابع انرژی جایگزین، تعداد زیادی از توربین ها یا ژنراتورهای بادی در مزارع بادی هم در زمین و هم در دریا نصب می شوند. با تولید ژنراتورهای بادی مسکونی، استفاده از توان باد خانگی نیز به سرعت در حال رشد است.
حداقل سرعت مورد نیاز باد برای تولید اقتصادی انرژی الکتریکی در توربین‌های باد در حدود ۵٫۱ متر بر ثانیه می‌باشد و کل مساحت‌های خشکی‌های زمین که در معرض وزش بادی با سرعت‌های مختلف بیش از این مقدار قرار دارند در مجموع بالغ بر ۱۰۷*۳ کیلومترمربع است. میزان پتانسیل انرژی باد که از نظر فنی در سطح زمین‌های دور از ساحل در دسترس می‌باشند حدود ۲۶۰۰۰ تراوات ساعت در سال است.
انرژی باد سریع‌ترین منبع انرژی رو به رشد در جهان بوده و برق مصرفی صنعت، مشاغل و خانه‌ها را با الکتریسیته تمیز و تجدیدپذیر را برای سال‌های متمادی پیش رو تأمین خواهد کرد. برآوردهای کارشناسان حاکی از آن است که می‌توان ۵۰ درصد انرژی مورد نیاز جهان را از باد تأمین کرد! اصطلاحات انرژی باد یا نیروی باد فرآیندی را توصیف می‌کنند که با استفاده از آن فرآیند از باد برای تولید نیروی مکانیکی یا برق استفاده می‌شود. توربین‌های بادی (Wind turbines) انرژی جنبشی موجود در باد را به نیروی مکانیکی تبدیل می‌کنند. از این توان مکانیکی می‌توان برای کارهای خاص همانند آسیاب کردن دانه یا پمپاژ آب استفاده کرد یا با استفاده از ژنراتور می‌توان این نیروی مکانیکی را به برق تبدیل کرد. به بیان ساده، یک توربین بادی برعکس یک فن یا پنکه کار می‌کند. یعنی به جای استفاده از برق برای ایجاد باد، توربین‌های بادی از باد برای ساخت برق استفاده می‌کنند.
مزایا
- انرژی باد، یک منبع سوخت پاک محسوب می‌شود که همانند نیروگاه‌های با سوخت فسیلی هوا را آلوده نمی‌کند.
- توربین‌های بادی می‌توانند در مزارع یا دامداری‌ها ساخته شوند، در این مناطق روستایی بهترین مکان‌های بادی در آن مناطق وجود دارد، می‌توانند از اقتصاد بهره مند شوند. کشاورزان و دامداران می‌توانند به کار خود در زمین ادامه دهند زیرا توربین‌های بادی تنها بخشی از زمین را به خود اختصاص می‌دهند. صاحبان نیروگاه‌های بادی در قبال استفاده از زمین به کشاورز یا دامدار، کرایه پرداخت می‌کنند.
- در سوخت فسیلی و هزینه‌های مربوط به آن صرفه‌جویی می‌شود.
- به خاطر مزرعه‌های بادی می‌توان از جاذبه‌های گردشگری و درآمد حاصل از آن بهره برد.
- فرصت‌هایی برای اشتغال و زمینه‌های مطالعاتی و تحقیقاتی ایجاد می‌شود.
- توربین‌های بادی، گازهای گلخانه‌ای که باعث باران اسیدی و آلودگی هوا می‌شوند، ایجاد نمی‌کنند.
بیشتر بخوانید: کاربردهای انرژی خورشیدی
معایب
- اگرچه هزینه انرژی باد طی ۱۰ سال گذشته به طرز چشمگیری کاهش یافته است، این فناوری نیاز به سرمایه گذاری اولیه بالاتری نسبت به تولید سوخت‌های فسیلی دارد.
- مهم‌ترین چالش استفاده از باد به عنوان منبع انرژی این است که باد به طور دائم در حال وزیدن نیست، انرژی باد را هم نمی‌توان ذخیره کرد مگر اینکه از باتری استفاده شود و همه بادها را نمی‌توان برای استفاده در زمان تقاضای برق مهار کرد.
- سایت‌های بادی خوب غالباً در مکان‌های دور افتاده و به دور از شهرهایی قرار دارند که مصرف برقشان بالاست.
- توسعه منابع باد ممکن است با دیگر کاربردهای زمین رقابت کند در حالی که شاید اگر از آن زمین‌ها، استفاده‌های دیگری می‌شد از تولید برق بسیار با ارزش می‌بود.
- اگرچه نیروگاه‌های بادی نسبت به سایر نیروگاه‌های معمولی تأثیر نسبتاً کمی بر محیط زیست دارند، اما نویز ناشی از چرخش پره‌های روتور باعث آلودگی صوتی می‌شود و بعضی اوقات پرندگان به خاطر برخورد با روتور کشته می‌شوند.
- برخورد صاعقه، بادهای شدید و… باعث آسیب پذیری بالای توربین‌های بادی شده است کنند.
هزینه توربین‌های بادی
امروزه تکنولوژی استفاده از انرژی باد در بسیاری از کشورها در دسترس بوده و ارزان‌ترین راه برای تهیه الکتریسیته از مشتقات انرژی خورشیدی تشخیص داده شده است. بهای انرژی تولید شده به عوامل محیطی و عملی و نیز نوع ماشین بکار گرفته شده بستگی دارد. با بررسی‌های مختلفی که در زمینه قیمت استفاده از آن انجام گرفته است، نشان می‌دهد که گرچه هزینه ماشین‌های بادی با بزرگی و نیز ازدیاد توان تخمینی آنها افزایش می‌یابد، ولی بهای هر کیلو وات انرژی آنها کاهش پیدا می‌کند.
لازم به یادآوری است که در انتخاب دستگاه‌های بزرگ محدودیت‌هایی وجود دارد. مثلاً اگر سرعت انتهایی پره توربین بادی به حد سرعت صوت و یا بیشتر برسد تولید موج ضربه کرده و سبب گرم شدن و فرسودگی و از کار افتادن سریع ماشین می‌شود. توان توربین‌های بادی بستگی به سطح جاروب شده توسط پره‌های توربین دارد. در توربین‌های بادی معمولاً از تعداد پره‌های زوج استفاده نمی‌کنند زیرا پایداری مناسبی ندارند. علاوه بر اینکه باید سعی شود تا توربین‌های بادی هزینه اصلی (ساخت روتور، دکل و..) کمتری داشته باشند و بایستی در محل‌هایی نیز که باد قابل ملاحظه‌ای دارند نصب شوند و توربینی برای سرعت باد عملی تنظیم شده باشد. تهیه توربینی که برای تمام سرعت‌های باد کار کند، گران‌تر تمام می‌شود. اگر از توربین بادی به‌صورت تنها منبع انرژی استفاده شود، باید دستگاه‌های ذخیره انرژی در کنار این توربین‌ها بکار گرفته شوند. با اضافه کردن دستگاه‌های ذخیره، بهای برق تولیدی ممکن است به مراتب افزایش یابد.