ایران به فناوری توربین بادی بدون پره رسید

 نورنیوز-گروه اجتماعی: ایده فناورانه محققان کشور در حوزه تولید انرژی سبز با عنوان «توربین بادی نسل نوین با معماری روتور مغناطیسی و کانالیزاسیون ۳۶۰ درجه» پاسخی نوین به چالش‌های بهره‌وری در انرژی‌های تجدیدپذیر است. این اختراع با عبور از محدودیت‌های توربین‌های بادی متعارف، نسل جدیدی از سیستم‌های تولید توان را معرفی می‌کند که با تکیه بر روتور معلق مغناطیسی (Magnetic Levitation) و حذف اصطکاک مکانیکی، توانایی استحصال انرژی از بادهای متغیر و سرعت‌های پایین را به‌طور چشمگیری افزایش داده است.

این سامانه با جایگزینی پره‌های سنتی با اسکوپ‌های مخروطی خودتنظیم و بهره‌گیری از کانالیزاسیون ۳۶۰ درجه باد، نیاز به سیستم‌های پیچیده جهت‌یابی (Yaw Mechanism) را مرتفع ساخته است. ویژگی‌های متمایزی همچون مینی‌توربین‌های بازیافت انرژی، سیستم کنترل PID حسگرمحور و خنک‌کاری غیرفعال، این فناوری را به راهکاری ایده‌آل برای محیط‌های چالش‌برانگیز تبدیل کرده است.

این توربین به لحاظ سطح نویز پایین‌تر و زیبایی بصری و مقیاس پذیری، گزینه‌ای مطلوب برای مناطق شهری بوده و محدویت کاربردی که دامنگیر توربین‌های کلاسیک سه پره دارند، رفع کرده است. این توربین برای انواع کاربردهای دیگر مانند کاربرد در مناطق صنعتی و کوهستانی و بیابانی و ساحلی و فراساحلی گزینه‌ای ایده‌ال به شمار می‌رود.

این توربین در مناطق پر بادی که باد غالب، بالای بازه بیست تا سی و پنج متر برثانیه دارند که امکان نصب توربین‌های بادی سه پره کلاسیک را بشدت محدود می‌کند، گزینه مطلوبی ارزیابی شده است‌

در طراحی این توربین، علاوه بر ملاحظات فنی، اهتمام ویژه‌ای به تناسب هندسی، زیبایی بصری و جلوه معماری سیستم معطوف شده است. این رویکرد، توربین مذکور را به عنصری هم‌خوان با زیبایی‌شناسی شهری تبدیل می‌کند که برخلاف توربین‌های سنتی با ظاهر صنعتی و خشن، به‌راحتی در فضاهای گردشگری، مدرن شهری، بنادر و زیرساخت‌های عمومی یکپارچه شده و پذیرش اجتماعی بالایی را به همراه دارد.

به گفته تیم طراحی، پرونده بین‌المللی این اختراع به شماره PCT/IB۲۰۲۵/۰۵۸۵۲۵ موفق به اخذ تأییدیه مثبت برای تمامی ۱۴ ادعای ثبتی خود از سوی مرجع جست‌وجوی بین‌المللی (ISA) شده است. این مرجع، نوآوری، گام ابتکاری و کاربرد صنعتی هر ۱۴ ادعا را به‌طور کامل احراز کرده است. همچنین این طرح با شماره ثبت ۱۱۳۶۴۰ در ایران به ثبت رسیده و از حمایت کامل قانونی برخوردار است. *(مستند به گواهی‌نامه ثبت داخلی و صفحات ۳ و ۵ سند).

این پروژه با عبور موفقیت‌آمیز از مراحل ارزیابی فنی و حقوقی، هم‌اکنون در حال ورود به فاز نمونه‌سازی (Prototyping) در پارک علم و فناوری تبریز است تا پس از اعتبارسنجی عملیاتی، آماده ورود به بازارهای هدف داخلی و بین‌المللی شود.

تولید برق تجدیدپذیر با پلتفرم نوآورانه ایرانی

حمیدرضا لقایی، مجری این طرح فناورانه در گفت‌وگو با ایسنا، از طراحی و توسعه یک توربین بادی بدون پره با روتور مغناطیسی و سامانه هدایت ۳۶۰ درجه خبر داد و گفت: این فناوری به عنوان یک پلتفرم نوین تولید برق تجدیدپذیر با هدف رفع مهمترین محدودیت‌های توربین‌های بادی متداول طراحی شده است.

وی افزود: توربین‌های بادی رایج با چالش‌هایی مانند تولید صدای زیاد، استهلاک بالا، خطر برای پرندگان، نیاز به فضای وسیع و افت عملکرد در بادهای متغیر مواجه هستند، اما در این طرح، پره‌های متداول حذف شده و به جای آنها از روتور شناور مغناطیسی استفاده شده است.

لقایی ادامه داد: در این سامانه برای هدایت جریان باد از یک سیستم کانالیزه ۳۶۰ درجه، قاشقک‌های مخروطی خودتنظیم و سامانه کنترل هوشمند (PID) استفاده شده است که امکان تولید برق را در مقیاس‌های شهری، صنعتی، ساحلی و فراساحلی با صرفه اقتصادی بیشتر فراهم می‌کند.

مجری طرح هدف اصلی از توسعه این فناوری را تبدیل توربین‌های بادی از سازه‌هایی بزرگ، پرهزینه و پرسروصدا به سامانه‌هایی فشرده، ماژولار، کم‌صدا و کم‌استهلاک دانست و اظهار کرد: از این رو تلاش شد توربین‌هایی ارائه شود که بتوان آنها را حتی در فضاهای محدود و به صورت طبقاتی نصب کرد. برخلاف توربین‌های رایج که تنها به صورت یک واحد روی یک پایه نصب می‌شوند، طراحی جدید امکان نصب طبقاتی را فراهم کرده است، به گونه‌ای که می‌توان تا ۱۰ واحد را روی یکدیگر نصب کرد و عملاً یک نیروگاه بادی عمودی ایجاد کرد.

لقایی با بیان اینکه در این طراحی پره‌های متداول حذف شده‌اند، خاطر نشان کرد: این ویژگی علاوه بر افزایش ایمنی، مزایای زیست‌ محیطی قابل توجهی نیز به همراه دارد و سطح نویز آن در مقایسه با توربین‌های بادی رایج به مراتب کمتر است. علاوه بر آن هزینه‌های نگهداری این سامانه نیز به دلیل استفاده از روتور مغناطیسی به میزان قابل توجهی کاهش یافته است، زیرا تماس مکانیکی مستقیم میان قطعات وجود ندارد و روتور می‌تواند برای مدت طولانی با حداقل هزینه نگهداری به کار خود ادامه دهد.

مجری طرح با تاکید بر اینکه در این توربین با استفاده از یاتاقان‌ها و صفحات مغناطیسی، اصطکاک مکانیکی به حداقل رسیده و امکان بهره‌برداری از بادهای کم‌سرعت و چندجهته فراهم شده است، یادآور شد: توربین‌های رایج تنها در یک جهت مشخص قادر به دریافت انرژی باد هستند و به سامانه‌های جهت‌یابی نیاز دارند تا همواره در راستای وزش باد قرار گیرند، اما در طراحی جدید، حتی اگر باد از چند جهت مختلف به سامانه وارد شود، امکان تشخیص جریان هوا و برداشت انرژی وجود دارد.

لقایی درباره کاربردهای این فناوری نیز اظهار کرد: این سامانه می‌تواند در بازارهای مختلف از جمله تأمین برق ساختمان‌ها، سازه‌های شهری، سایت‌های صنعتی، مناطق دورافتاده، بنادر، مناطق ساحلی و فراساحلی مورد استفاده قرار گیرد. این فناوری همچنین قابلیت استفاده در ناوگان دریایی را دارد و با نصب طبقاتی و مخروطی روی شناورها می‌تواند بخش قابل توجهی از برق مورد نیاز آنها را تأمین کند.

مجری طرح با اشاره به ظرفیت‌های تجاری این فناوری، گفت: از دید سرمایه‌گذاران، این طرح از سه جنبه دارای جذابیت است؛ نخست، برخورداری از تمایز فنی نسبت به توربین‌های بادی سنتی و سایر طرح‌های بدون پره، دوم، قابلیت مقیاس‌پذیری از مدل‌های کوچک تا سامانه‌های فوق‌صنعتی و سوم، امکان شکل‌گیری یک برند فناورانه در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر.

لقایی با تأکید بر اینکه این طرح صرفا یک توربین بادی جدید نیست، بلکه یک پلتفرم جدید برای برداشت انرژی از باد است و صرفاً به بهبود یک توربین متداول محدود نمی‌شود، اضافه کرد: برخی فناوری‌های بدون پره در دنیا وجود دارند، اما سازوکار آنها متفاوت است. اغلب این سامانه‌ها بر پایه ارتعاش یک میله و تبدیل انرژی حاصل از لرزش به برق عمل می‌کنند، در حالی که در این طرح، ساختار متداول حذف و از سامانه‌ای متشکل از مخروط‌های هدایت‌کننده جریان هوا و روتور شناور مغناطیسی استفاده شده است.

وی ادامه داد: روتور این سامانه با استفاده از میدان مغناطیسی یا الکترومغناطیسی به صورت شناور عمل می‌کند و تماس مستقیمی با بدنه ندارد؛ موضوعی که علاوه بر کاهش اصطکاک، موجب افزایش طول عمر تجهیزات و بهبود عملکرد سامانه می‌شود.

لقایی با اشاره به روند ثبت اختراع این فناوری، گفت: در فرآیند ثبت بین‌المللی، اگر برای ادعاهای مطرح‌شده پیشینه‌ای وجود داشته باشد، در گزارش جست‌وجو اعلام می‌شود. در این اختراع، ۱۴ ادعای فنی ارائه کردیم و تمامی این ادعاها بدون هیچ ایرادی مورد پذیرش قرار گرفت.

مجری طرح از ساخت نمونه اولیه این فناوری در پارک علم و فناوری تبریز خبر داد و یادآور شد: بخش قابل توجهی از هزینه‌های توربین‌های بادی رایج مربوط به نگهداری آنها است، اما در این سامانه به دلیل استفاده از روتور مغناطیسی و کاهش تماس مستقیم قطعات، اصطکاک مکانیکی به حداقل رسیده و در نتیجه هزینه‌های نگهداری به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. علاوه بر این، سامانه طراحی‌شده دارای سیستم جامع هدایت باد است که جریان هوا را متمرکز و به سمت روتور هدایت می‌کند و همین موضوع می‌تواند موجب افزایش بهره‌وری سامانه شود.

وی با اشاره به ارزیابی‌های انجام‌شده در کمیته داوری، تصریح کرد: اعضای کمیته داوری معتقد بودند این طراحی، به دلیل هدایت و تمرکز جریان باد، ظرفیت عبور از محدودیت‌های مطرح‌شده در اصل «بتز» (Betz) را دارد، این موضوع، نظر کمیته داوری است و من شخصاً چنین ادعایی را مطرح نمی‌کنم.

به گفته مجری طرح، اصل بتز که بیش از یک قرن مبنای طراحی توربین‌های بادی متداول بوده است، به توربین‌هایی با پره‌های آزاد مربوط می‌شود، در حالی که سامانه طراحی‌شده دارای ساختار بسته و سیستم جامع هدایت باد است و از این منظر، از نظر اعضای کمیته داوری، شرایط متفاوتی نسبت به توربین‌های مرسوم دارد.

لقایی با اشاره به راندمان این فناوری در مقایسه با توربین‌های بادی متداول، گفت: برآورد ما این است که راندمان این سامانه دست کم ۱۰ تا ۱۵ درصد بیشتر از توربین‌های رایج باشد، هرچند ممکن است این میزان در آزمون‌های عملی بیشتر و حتی به ۳۰ تا ۴۰ درصد نیز برسد، اما ترجیح می‌دهم تا زمان انجام آزمایش‌های کامل، همان برآورد حداقلی ۱۰ تا ۱۵ درصد را مطرح کنم.

وی با بیان اینکه یکی از مزیت‌های اصلی این فناوری، افزایش چگالی تولید انرژی است، افزود: به دلیل قابلیت نصب طبقاتی، میزان انرژی قابل استحصال در واحد سطح نسبت به توربین‌های متداول به شکل قابل توجهی افزایش می‌یابد. برآورد ما نشان می‌دهد چگالی انرژی این سامانه حدود ۷ برابر بیشتر از توربین‌های رایج است. به عنوان نمونه، اگر یک توربین با قطر ۵۰ متر در مدل متداول حدود یک مگاوات برق تولید کند، در طراحی جدید می‌توان چندین واحد را به صورت طبقاتی روی یکدیگر نصب کرد و ظرفیت تولید را متناسب با تعداد طبقات افزایش داد.

وی یکی دیگر از مزیت‌های این سامانه را امکان بهره‌برداری در بادهای کم‌سرعت دانست و گفت: به دلیل استفاده از روتور مغناطیسی و حذف اصطکاک مستقیم میان قطعات، این توربین می‌تواند با سرعت باد حدود ۲.۵ تا ۳ متر بر ثانیه نیز شروع به کار کند؛ در حالی که بسیاری از توربین‌های متداول برای آغاز به کار به سرعت باد بیشتری نیاز دارند.

لقایی افزود: این سامانه در بادهای بسیار شدید نیز محدودیت کمتری دارد. در حالی که بسیاری از توربین‌های مرسوم در سرعت‌های بسیار بالای باد برای جلوگیری از آسیب به پره‌ها از مدار خارج می‌شوند، در طراحی جدید به دلیل حذف پره‌های متداول، محدودیت‌های رایج ناشی از سرعت بالای باد کاهش یافته و امکان استفاده از آن در مناطق بادخیز فراهم می‌شود.

وی درباره محل مناسب نصب این سامانه، اظهار کرد: همانند سایر توربین‌های بادی، این فناوری نیز برای مناطقی مناسب است که از ظرفیت مناسب باد برخوردار باشند؛ از جمله مناطق کوهستانی و نواحی دارای الگوی باد غالب.

مجری طرح خاطرنشان کرد: این سامانه به گونه‌ای طراحی شده که علاوه بر ملاحظات فنی، از نظر زیبایی بصری نیز قابل استفاده در محیط‌های شهری باشد و امکان ترکیب آن با سامانه‌های خورشیدی را نیز فراهم کند؛ به این ترتیب می‌توان در مناطقی که هم از باد مناسب و هم از تابش مطلوب خورشید برخوردار هستند، از یک سامانه هیبریدی برای تولید برق تجدیدپذیر استفاده کرد.