آبوهوای شدید میتواند ساختارهای دستساز بشر را ویران کند، با این حال آن توربین های بادی غولپیکر طوری سر جای خود استوار میمانند که انگار هیچ اتفاقی نیفتاده است! اما چرا آبوهوای شدید و طوفانی، توربینهای بادی از پا نمیاندازد؟ برای بررسی دلیل استقامت ویژه توربینهای بادی با اِروتِک همراه باشید.
البته اگر این موضوع به اندازه کافی عجیب به نظر نمیرسد، رفتار شگفتانگیز دیگری نیز در این غولها وجود دارد: آنها در بادهای شدید در واقع آهستهتر میچرخند! این کار ممکن است تلف کردن انرژی به نظر برسد؛ بهخصوص از این جهت که باد بیشتر باید به معنای چرخش سریعتر پرهها و تولید برق بیشتر باشد، پس چرا باید این همه انرژی را دور ریخت؟
توربینهای بادی از چیزی پیروی میکنند که مهندسان آن را «منحنی توان» (Power Curve) مینامند؛ یعنی نقشهای که نشان میدهد توربین در هر سرعت مشخصی از باد، چه مقدار برق میتواند تولید کند. یک نسیم ملایم (حدود ۱۰ تا ۱۵ کیلومتر بر ساعت) معمولاً برای به حرکت درآوردن پرهها کافی است. افزایش سرعت باد، میزان تولید برق را بهبود میبخشد، اما این روند فقط تا حد مشخصی ادامه دارد و پس از آن به یک سقف ثابت میرسد. اینجاست که «سرعت قطع» (Cut-out speed) وارد عمل میشود که معمولاً حدود ۹۰ کیلومتر بر ساعت (۵۵ مایل بر ساعت) است (اگرچه در توربینهای مختلف تفاوت دارد).
به محض اینکه سرعت باد به این آستانه برسد، بادسنجِ توربین (دستگاهی که سرعت باد را اندازهگیری میکند) سیستم را خاموش میکند. در این حالت، پرهها متوقف میشوند و تغییر زاویه میدهند (میچرخند) تا صاف شوند؛ به طوری که بهجای به تله انداختن باد، وزش باد شدید را بشکافند و از میان آن عبور کنند. این اصل کاملاً شبیه به کاری است که پمپهای بادیِ استخراج آب زیرزمینی، بهطور خودکار در طول طوفان انجام میدهند.
البته توربینهای بادی طوری ساخته شدهاند که در برابر بادهای بسیار سریعتر هم مقاومت کنند. استانداردهای بینالمللی ایمنی (بهویژه استاندارد IEC 61400)، بیشتر توربینهای مدرن را ملزم میکند که بتوانند بادهای مداوم با سرعت ۱۸۰ کیلومتر بر ساعت (۱۱۲ مایل بر ساعت) و تندبادهای شدیدی تا سرعت ۲۵۰ کیلومتر بر ساعت (۱۵۶ مایل بر ساعت) را تحمل کنند.
شکل و انعطافپذیری هم اهمیت دارد
عامل مهم دیگری که به توربینهای بادی اجازه میدهد در برابر طوفانها مقاومت کنند، نحوه ساخت آنهاست. درون تمام پرهها که توخالی هستند، در طول بدنه، درپوشهای تیرک (Spar Caps) قرار گرفته است. این قطعات طوری ساخته شدهاند که وقتی پره در وزش باد شدید به سمت عقب خم میشود، از نوسان و چرخش بیش از حدِ نوک توربین جلوگیری کنند. سپس یک جفت پنل داخلی به نام «صفحات برش» (Shear Webs)، درپوشهای تیرک درون پره را به یکدیگر متصل میکند. این پنلها بارهای جانبی و فشارهایی را که با خم شدن پره ایجاد میشوند، تحمل و منتقل میکنند.
پوسته هر پره از فایبرگلاس قالبگیری میشود. فیبر کربنِ گرانقیمت نیز جای خود را در طراحیهای مدرنتر باز کرده است؛ بهویژه برای بخشهایی که بیشترین فشار را تحمل میکنند، مانند همان درپوشهای تیرک. مشکل اصلی این است که قیمت فیبر کربن به ازای هر کیلوگرم، بهمراتب گرانتر از فایبرگلاس است، اما مزایای واقعیِ آن این هزینه را جبران میکند؛ بهویژه امکان کاهش جرم پره تا ۲۵ درصد و بهبود توانایی پرهها در تحمل فشارهای متناوب و مکرر.
صرف نظر از جنس مواد، توربینهای بادی از انعطافپذیری خود نهایت استفاده را میبرند. پرههای خوب طوری طراحی شدهاند که به جای شکستن، خم شوند و حتی خودِ برجِ توربین نیز با تندبادهای شدید انحنا پیدا میکند. آنها ساخته شدهاند تا به جای جنگیدن با باد، به آن تکیه کنند و خم شوند. با این وجود، گاهی اوقات تمام این تمهیدات حفاظتی کافی نیستند و برخورد مستقیم یک طوفان سهمگین همچنان میتواند توربینها را نابود کند. البته این کار مستلزم طوفان بسیار شدیدی است، چرا که بیشتر آنها طوری درجهبندی شدهاند که تا طوفانهای درجه ۳ (Category 3) را نیز دوام بیاورند.
منبع: Slashgear
