طراحی نیروگاه هیبریدی، یکی از راهکارهای مؤثر در حوزه افزایش عملکرد انرژی‌های تجدید پذیر می‌باشد که توسط تعدادی از محققان کشورمان مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است.
۱. با عرض سلام و خسته نباشید خدمت شما پژوهشگر گرامی، لطفاً خودتان را معرفی کنید و شرح مختصری از زمینه کاری، مرتبه علمی و سایر مسئولیت‌های خود بفرمایید.
با عرض سلام و احترام. بنده سال ۱۳۹۳ در رشته مهندسی مکانیک از دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران فارغ‌التحصیل شدم. از دوران تحصیل در دبیرستان علاقمند به روش‌های نوین تولید انرژی و ارائه روش‌های خلاقانه در این زمینه بودم که سال ۱۳۸۷ اولین ثبت اختراع خودم را در این رابطه به ثبت رساندم.
پس از تحصیل و همزمان با سایر فعالیت‌های کاری، به‌عنوان یک محقق در باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان دانشگاه آزاد واحد تهران جنوب شروع به فعالیت علمی در زمینه منابع تجدیدپذیر کردم که نتیجه آن مقالات کاربردی و جدیدی در مجلات علمی خارجی و کنفرانس‌های بین‌المللی بود.
۲. اخیراً مقاله علمی در خصوص طراحی نیروگاه بادی از طریق هیبریداسیون با انرژی زیست‌توده، توسط شما و همکارانتان منتشر گردیده است، ضمن معرفی سایر همکارانتان، لطفاً توضیحاتی در خصوص ضرورت و هدف از انجام این کار بیان کنید.
این پروژه با همکاری سرکار خانم مهندس الهام روحی، فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک از دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب به سرانجام رسید. همچنین در سال‌های گذشته نیز این همکاری موفقیت‌آمیز بوده و باعث گردید مقاله‌های خوبی در محافل علمی از جمله دو کنفرانس در کشور ایتالیا و انگلیس مطرح گردد.
به‌طور کلی انرژهای نو و ضرورت مطالعه و کاربردی‌سازی آن‌ها به‌عنوان یک فناوری پاک و جایگزین از اهمیت بالایی برخوردار است. امروزه در کشور خودمان و در سطح جهان شاهد افزایش به‌کارگیری این منابع پاک چون خورشید و باد هستیم. اما به دلیل عدم قطعیت در بهره‌برداری که ناشی از طبیعت این‌گونه منابع است، ریسک‌هایی مطرح می‌شوند که جذابیت سرمایه‌گذاری را کم می‌کنند. لذا مرسوم است که از سیستم‌های قدرت ترکیبی (سیستم‌های هیبریدی) برای رفع این مشکل استفاده می‌کنند تا خروجی قابل اطمینان باشد. در مزارع باد نیاز به سیستم قدرت مکملی هستیم که در مواقع کاهش میزان وزش از مقدار مطالعه شده جواب‌گوی بار مورد نیاز باشد. این سیستم قدرت باید با توربین بادی هم‌خوانی داشته باشد، لذا مطالعات پتانسیل‌سنجی و امکان‌سنجی بدین منظور صورت می‌گیرد. بیومس یا زیست‌توده به عنوان یک منبع در دسترس در کشور می‌تواند یک گزینه مناسب در این سیستم هیبریدی باشد که در این مطالعه به دقت مورد بررسی قرار گرفت.
۳. به‌طور کلی در ایران و جهان، نیروگاه و مزرعه‌های بادی چه جایگاهی در تولید انرژی‌های تجدیدپذیر و پاک دارند؟
نیروی باد یکی از قدیمی‌ترین نیروهای تجدیدپذیر محسوب می‌شود که انسان توانسته به کمک آن به انرژی دست پیدا کند. چرخاندن آسیاب از اولین کاربردهای آن می‌باشد. امروزه در جهان شاهد افزایش سرعت رشد و توسعه این‌گونه نیروگاه‌ها هستیم. مزارع متعدد ساحلی و فراساحلی (دریایی) در حال احداث می‌باشند که گفته می‌شود میزان تولید از این نیروگاه‌ها از۵/۷ گیگاوات در سال ۱۹۹۷ به ۴۸۷ گیگاوات در سال ۲۰۱۶ جهش پیدا کرده که چشم‌گیر است. تکنولوژی‌های جدید و متنوعی برای افزایش میزان تولید در صنعت باد به وجود آمده است که شامل مسائل مکانیکی مربوط به توربین و مباحث آیرودینامیکی آن است.
در ایران نیز نیروگاه‌های متعدد بادی احداث شده و یا در حال احداث‌اند. سیاست‌های خوبی از بخش دولتی برای افزایش سرمایه‌گذاری ایجاد شده است. مهم‌تر از همه آن‌که توانایی تولید و نصب توربین‌های بادی با ظرفیت‌های تولید گوناگون در کشور وجود دارد که آن را تبدیل به یک صنعت بومی کرده است.
۴. قابلیت اطمینان و کارایی نیروگاه‌های فعلی به چه صورت است؟
به‌طور کلی برای احداث یک نیروگاه بادی، اطلاعات باد منطقه را برای یک دوره چندساله که بستگی به بازه ثبتی اطلاعات دارد مورد مطالعه قرار می‌دهند. این مطالعه آماری بخشی از فرایندی است که به پتانسیل سنجی معروف است. میانگین سرعت باد در ساعت‌های مختلف روز، ماه و سال در این روش قابل رؤیت است و همچنین سرعت بادی که امکان وزش آن در منطقه مورد مطالعه بیشترین امکان را دارد محاسبه می‌گردد. با این حال به دلیل طبیعت غیر قابل پیش بینی باد، قابلیت اطمینان قطعی برای یک مزرعه بادی نمی‌توان بیان کرد که به نوعی از نقاط ضعف آن است.
۵. سیستم هیبریدی در نیروگاه‌های بادی چه نقشی دارد؟
سیستم‌های هیبریدی یا قدرت ترکیبی، می‌توانند با تولید انرژی در مواقعی که سیستم اصلی کارایی پائین‌تری دارد، بازدهی را در حد قابل قبولی بالا نگه دارد. در برخی طراحی‌ها، سیستم ترکیب شده در مواقع بالا بودن کارایی سیستم دیگر به ذخیره انرژی در باتری می‌پردازد. برای نیروگاه بادی نیز بسیار محتمل است که سرعت باد در منطقه از حداقل سرعت برای تولید در توربین‌های بادی (Cut-in wind speed) کمتر باشد. لذا سیستم ترکیب شده باید این کمبود را جبران کند.
۶. در این پژوهش، افزایش کارایی مزرعه بادی از طریق هیبریداسیون با انرژی زیست‌توده مورد بررسی قرار گرفته است. لطفاً در خصوص پیشینه فعالیت صورت گرفته در داخل و خارج از کشور توضیحاتی بفرمایید.
تلاش‌های بسیاری در زمینه مطالعه و طراحی سیستم‌های قدرت ترکیبی بهینه در داخل و خارج صورت گرفته است. مزارع باد نیز اغلب با انرژی خورشیدی و یا منابع دیزلی برای تأمین نیاز طراحی و ترکیب شده‌اند. زیست‌توده به تازگی در این نوع سیستم‌ها اضافه شده و مورد توجه قرار گرفته است. در ادبیات موضوعی مربوطه می‌توان به ترکیب انرژی خورشیدی و زیست‌توده اشاره کرد. اما برای ارائه یک سیستم کاربردی و مقرون به صرفه، اجزای سیستم باید به آسانی قابل دسترس باشند. به‌عبارت دیگر توربین‌های بادی انتخاب شده باید در مکان مورد مطالعه قابل تأمین باشد و همچنین بحث لجستیکی تأمین زیست توده (کشاورزی/دامداری/شهری).
۷. ظرفیت و مکان مزرعه بادی مورد مطالعه به چه صورت بوده است؟
در این مطالعه، هدف طراحی یک نیروگاه ۵/۱ مگاواتی از طریق سیستم‌های قدرت ترکیبی و با قابلیت اطمینان بالا بوده است. مکان مورد نظر شهر مورچه خورت از توابع اصفهان است که دسترسی به اطلاعات باد منطقه ای و کشاورزی و دامی آن موجود بود.
۸. لطفاً روند انجام آزمایشات، آنالیزهای صورت گرفته و نتایج مربوطه را ذکر بفرمایید.
برای طراحی این نیروگاه که در اینجا به ظرفیت ۵/۱ مگاوات در نظرگرفته شده بود، ابتدا داده‌های سرعت باد در منطقه مورچه‌خورت را برای مدت یک سال که در بازه زمانی ده دقیقه ثبت شده بود مورد مطالعه قرار دادیم. از انجام فرآیند پتانسیل سنجی داده‌ها، به این نتیجه رسیدیم که در برخی ماه‌های سال میزان باد منطقه کفاف ظرفیت مورد نظر را نمی‌دهد. بنابراین به کمک انرژی زیست‌توده این نیروگاه بادی را قابل اطمینان کردیم.
۹. انرژی استحصال شده از چه نوع زیست‌توده‌ای بوده است؟ این انرژی تا چه میزان کارایی نیروگاه‌ها را افزایش می‌دهد؟
از منابع کشاورزی موجود در منطقه استفاده شده است که با توجه به آمار زمان کاشت و مقدار آن در دسترس است. بدین ترتیب در ماه‌هایی که میزان باد منطقه کفاف نیروگاه را نمی‌دهد، واحد زیست‌توده می‌تواند این کمبود را جبران کند و نیروگاه همواره در بالاترین راندمان به تولید بپردازد.
۱۰. برنامه شما برای توسعه نتایج این پژوهش در مقیاس بزرگتر و ایجاد شبکه در سراسر کشور چیست؟
در حال حاضر نیز می‌توان به‌طور ناحیه‌‌ای از این طرح برای تولید و تأمین انرژی استفاده کرد. می‌توان امکان سنجی گسترده‌تری در سطح کشور انجام داد و مکان‌های مستعد دیگر را نیز شناسایی کرد. همچنین ایجاد تغییر در ساختار این سیستم ترکیبی نیز می‌تواند مؤثر باشد.
۱۱. نقش نهادهای دولتی و سیاست‌گذار در به‌کارگیری و حمایت از این نوع تحقیقات چگونه است؟
حمایت از انرژی‌های نو به دلیل به‌صرفه‌بودن و پاک‌بودن آن‌ها، همواره در صدر سیاست‌های تأمین انرژی کشورها بوده است. در ایران نیز به دلیل گستردگی منابع می‌توان از انواع این منابع بهره برد و تکنولوژی‌های متنوع آن را به اجرا درآورد.
۱۲. موانع و مشکلاتی که در این پروژه با آن مواجه بودید را بیان کنید.
تأمین اطلاعات دقیق، همواره از مشکلات محققین بوده و بخش اساسی این کارها را شامل می‌شود. شاید بتوان گفت که یک تحقیق خوب و کارا، بر پایه ایده و اطلاعات دقیق استوار است که شاید دسترسی به اطلاعات برای محققان در ایران به آسانی امکان‌پذیر نباشد.
۱۳. لطفاً نام سازمان و یا نهادهایی که پروژه شما را حمایت کرده‌اند بیان کنید.
این پروژه به همراه همکار گرامی بنده به صورت خصوصی صورت گرفته است. بنده و همکارم محقق باشگاه پژوهشگران جوان دانشگاه آزاد هستیم که جا دارد از این نهاد نیز تشکر به عمل آوریم.
۱۴. ضمن تشکر و قدردانی از وقتی که به ما اختصاص دادید، به عنوان بخش پایانی اگر صحبتی برای خوانندگان دارید بفرمایید.
بنده هم بسیار ممنون و متشکرم از شما و مجموعه زیست فن، به خاطر بها دادن و انگیزه دادن به محققان و معرفی و حمایت از آن‌ها. امیدوارم که تمام عزیزان با تلاش و پشتکار فراوان بتوانند به هدف‌های بزرگ و کوچک خودشان دست یابند و همواره شاد و سلامت باشند.
