توربین بادی چگونه برق تولید می‌کند؟
هر بار که از کنار یک مزرعه بادی در حومه شهر عبور می‌کنم، همیشه ردیف‌هایی از «آسیاب‌های بادی بزرگ» را می‌بینم که به آرامی در حال چرخش هستند - اگرچه ممکن است محکم یا کند به نظر نرسند، اما می‌توانند به هزاران خانوار برق برسانند. بسیاری از دوستان کنجکاو هستند: چگونه این پره‌هایی که با باد می‌چرخند، باد نامرئی را به برقی تبدیل می‌کنند که می‌توانیم از آن استفاده کنیم؟ امروز، به زبان ساده، شما را با «تکنیک تبدیل انرژی» تولید برق بادی آشنا خواهیم کرد.
در واقع، منطق اصلی تولید انرژی بادی مانند یک "مسابقه رله انرژی" است: ابتدا "انرژی جنبشی" باد را بدست آورید، سپس آن را به "نیروی چرخشی" مکانیکی تبدیل کنید و در نهایت آن را به "انرژی الکتریکی" تبدیل کنید که می‌تواند یک لامپ را روشن کند. کل فرآیند به سه مرحله تقسیم می‌شود که هر کدام "بازیکنان" اختصاصی دارند که تلاش‌های خود را انجام می‌دهند.
اولین قدم، تکیه بر پره‌ها برای "گرفتن باد" است: تبدیل انرژی باد به نیروی چرخشی. خود باد، هوای جاری با "انرژی جنبشی" نامرئی است - درست همانطور که بادهای قوی می‌توانند برگ‌های افتاده را بپرانند و قایق‌های بادبانی را به حرکت درآورند، این نیرو می‌تواند پره‌های توربین بادی را نیز به حرکت در آورد. با این حال، پره به طور اتفاقی طراحی نشده است. شکل آن بسیار شبیه بال هواپیما است، با یک طرف محدب و طرف دیگر صاف: وقتی باد می‌وزد، سرعت جریان هوا روی سطح محدب سریع و فشار کم است، در حالی که سرعت جریان هوا روی سطح مقعر کند و فشار زیاد است. این اختلاف فشار یک "نیروی بالابرنده" تشکیل می‌دهد، مانند یک دست نامرئی که پره را به چرخش حول محور مرکزی سوق می‌دهد. در این لحظه، انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی برای چرخش پره‌ها تبدیل شد و اولین مرحله از "مسابقه رله انرژی" آغاز شد.
مرحله دوم استفاده از یک شتاب‌دهنده برای «افزایش سرعت» است: «قدرتمند کردن» نیروی چرخشی. شاید متوجه نشده باشید، اما پره‌ها در واقع بسیار آهسته می‌چرخند - معمولاً فقط 10 تا 20 دور در دقیقه، و چنین سرعت پایینی نمی‌تواند ژنراتور را به حرکت درآورد. در این مرحله، یک «تقویت‌کننده» (که به عنوان گیربکس نیز شناخته می‌شود) برای حفظ میدان مورد نیاز است: این تقویت‌کننده مانند مجموعه‌ای از «تقویت‌کننده‌های قدرت» دقیق است که از چرخ‌دنده‌هایی با اندازه‌های مختلف برای گاز دادن و «بالا بردن» چرخش کم‌سرعت منتقل شده توسط پره‌ها به حدود 1500 دور در دقیقه استفاده می‌کنند. درست مانند تعویض دنده هنگام دوچرخه‌سواری، فشردن آرام پدال نیز می‌تواند باعث شود چرخ‌ها سریع‌تر بچرخند. شتاب‌دهنده سیستم نیروی باد را به «دنده بالا» تغییر می‌دهد تا نیروی کافی برای مرحله بعدی تولید برق جمع‌آوری شود.
مرحله سوم استفاده از یک ژنراتور برای "تبدیل" نیروی چرخشی به انرژی الکتریکی است. این مرحله نیاز به استفاده از اصل "القاء الکترومغناطیسی" دارد که در دوران راهنمایی آموخته‌ایم - به عبارت ساده، "مغناطیس پویا برق تولید می‌کند". کاهنده سرعت، "روتور" (مجهز به آهنربا) را در ژنراتور به چرخش با سرعت بالا هدایت می‌کند، در حالی که "استاتور" پیچیده شده با سیم مسی نیز در داخل ژنراتور ثابت شده است. هنگامی که آهنربای روتور به دور استاتور می‌چرخد، میدان مغناطیسی را در سیم پیچ استاتور قطع می‌کند، که معادل "ساختن یک باند" برای الکترون‌ها است و به آنها اجازه می‌دهد تا به صورت جهت‌دار در سیم مسی جریان یابند - بنابراین، جریان تولید می‌شود!
با این حال، جریان تولید شده را نمی‌توان مستقیماً استفاده کرد. برای تبدیل آن به برق AC که مطابق با استانداردهای شبکه باشد، باید یک سری فرآیندها مانند "یکسوسازی" و "تثبیت ولتاژ" انجام شود. سپس از طریق خطوط انتقال به پست‌های برق منتقل می‌شود و در نهایت وارد خانه‌ها و دفاتر ما می‌شود، چراغ‌ها را روشن می‌کند و وسایل برقی را به کار می‌اندازد.
می‌بینید، از برخورد باد با پره‌ها تا جریان الکتریکی که لامپ را روشن می‌کند، کل این فرآیند مانند یک "جادوی انرژی" به هم پیوسته است - هیچ دود سیاهی از سوختن زغال سنگ وجود ندارد، هیچ مصرف منابع تجدیدناپذیری وجود ندارد و فقط باد طبیعت می‌تواند "آسیاب بادی بزرگ" را به تولید برق پاک بی‌پایان تبدیل کند. دفعه بعد که پره‌های یک مزرعه بادی را در حال چرخش می‌بینید، ممکن است به شما یادآوری شود که هر چرخش، یک تبدیل شگفت‌انگیز از انرژی باد به انرژی الکتریکی است.
