تشير طاقة الرياح إلى عملية توليد الكهرباء باستخدام الرياح ، أو تدفقات الهواء التي تحدث بشكل طبيعي في الغلاف الجوي للأرض ،ويتم استخدام توربينات الرياح الحديثة لالتقاط الطاقة الحركية من الرياح وتوليد الكهرباء ، وعمل توربينات الرياح على مبدأ بسيط بدلاً من استخدام الكهرباء لصنع الرياح مثل المروحة تستخدم توربينات الرياح الرياح لتوليد الكهرباء حيث تدير الرياح ريش التوربينات الشبيهة بالمروحة حول الدوار ، والذي يقوم بتدوير المولد ، مما يؤدي إلى توليد الكهرباء.
كيف تعمل توربينات الرياح في توليد الطاقة الكهربائية
عندما تهب الرياح على توربينات الرياح، تلتقط ريشها طاقة الرياح الحركية وتدور وتحولها إلى طاقة ميكانيكية، ويتم تحويل هذا الدوران إلى عمود داخلي متصل بصندوق التروس، مما يزيد من سرعة الدوران بمعامل يصل إلى 100، ويتم تشغيل مولد ينتج الكهرباء.
ويبلغ ارتفاع الأبراج الفولاذية الأنبوبية 80 مترًا (262 قدمًا) على الأقل ، وهي تدعم محورًا بثلاث شفرات متصلة والعمود وعلبة التروس والمولد وأدوات التحكم ، يتم جمع قياسات الرياح ، والتي توجه التوربين إلى الدوران ومواجهة أقوى رياح ، ويتم تحسين زاوية أو ميل ريشها لالتقاط الطاقة.
تبدأ التوربينات الحديثة النموذجية في توليد الكهرباء عندما تصل سرعة الرياح إلى ما بين ستة إلى تسعة أميال في الساعة (mph) والمعروفة باسم سرعة القطع. ويتم إيقاف تشغيل التوربينات إذا بلغت سرعة الرياح حوالي 55 ميلًا في الساعة لمنع تلف المعدات.
على مدار عام ، يمكن أن تولد التوربينات الحديثة كميات قابلة للاستخدام من الكهرباء في أكثر من 90 في المائة من الوقت ، على سبيل المثال ، إذا وصلت سرعة الرياح عند التوربينات إلى سرعة قصوى تتراوح من ستة إلى تسعة أميال في الساعة ، فسيبدأ التوربين في توليد الكهرباء ، مع زيادة سرعة الرياح ، يزداد إنتاج الكهرباء.
يعد مقياس قدرة الرياح واحدًا من الأساليب الشائعة التي تستخدم لقياس إنتاجية طاقة الرياح، حيث يقيس هذا المقياس كمية الكهرباء التي تنتجها توربينات الرياح خلال فترة زمنية محددة، وعادة ما تكون هذه الفترة سنة كحد أقصى لإمكانيات الإنتاج.
على سبيل المثال، لنفترض أن الحد الأقصى المفترض لإنتاج توربينات الرياح بسعة 2 ميغاواط في السنة هو 17520 ميغاواط في الساعة، وهو ما يعادل مرتين في السنة الواحدة المكونة من 8760 ساعة. ومع ذلك، قد ينتج التوربين فقط 7884 ميغاواط / ساعة على مدار العام، نظرا لعدم وجود رياح قوية بما يكفي لتوليد الكهرباء القصوى التي يمكن للتوربين توليدها. في هذه الحالة، يتمتع التوربين بعامل قدرة يبلغ 45 بالمئة، وذلك بقسمة 7884 على 17520. ويجب أن نتذكر أن هذا لا يعني أن التوربينات تولد الكهرباء فقط 45٪ من الوقت، حيث غالبا ما تشمل مزارع الرياح الحديثة عوامل قدرة تفوق 40 بالمئة، وهو ما يقترب من بعض أنواع محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم أو الغاز الطبيعي.
ماذا يحدث بعد توليد الكهرباء من الرياح
بعد إنتاج التوربين الكهربائي ونقله عبر البرج، يتوقف عند المحول الموجود في قاعدة البرج، ومن هناك تستمر الكهرباء في التدفق عبر الكابلات الموجودة تحت الأرض إلى المحطة الفرعية في الموقع.
عند وصول الكهرباء إلى المحطة الفرعية في الموقع، تنتقل خطوط الطاقة العلوية الكهربائية إلى محطة فرعية خارج الموقع، ويتم توزيعها عبرخطوط نقل الجهد العالي بعد ذلك، ولتوزيع الكهرباء على المنازل والشركات يلزم خفض الجهد العالي الذي يمر عبر خطوط نقل الجهد العالي.
تشمل الخطوة الأخيرة قبل تشغيل الأضواء نقل الكهرباء من خطوط النقل ذات الجهد العالي إلى خطوط النقل ذات الجهد المنخفض، والتي يمكن رؤيتها أحيانًا على جانب الطريق.
فوائد طاقة الرياح
- طاقة الرياح لا تنبعث منها مواد سامة أو ملوثات في الهواء ، والتي يمكن أن تكون ضارة للغاية بالبيئة والبشر ، ويمكن أن تؤدي المواد السامة إلى تحمض النظم البيئية للأراضي والمياه ، وتتسبب في تآكل المباني ، يمكن أن تؤدي ملوثات الهواء إلى أمراض القلب والسرطان وأمراض الجهاز التنفسي مثل الربو.
- تتمتع طاقة الرياح بأهمية كبيرة في ظل ندرة المياه، حيث لا تنتج نفايات أو تلوث المياه، على عكس الوقود الأحفوري ومحطات الطاقة النووية، وتتميز طاقة الرياح بأثرها الضعيف على استهلاك المياه، مما يجعلها مفتاحًا للحفاظعلى الموارد الهيدرولوجية.
- طاقة الرياح تعتبر واحدة من أهم مصادر الطاقة المتجددة، حيث لا تلوث ولا تنضب، وتقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري الذي يسبب الاحتباس الحراري. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر طاقة الرياح مصدرا أصليا، حيث تتوفر عمليا في كل مكان في العالم. وتسهم طاقة الرياح في تقليل واردات الطاقة وتعزيز الاقتصاد المحلي وخلق الثروة والوظائف المحلية. لهذه الأسباب، فإن إنتاج الكهرباء من طاقة الرياح واستخدامها بشكل فعال يسهم في التنمية المستدامة.
عيوب طاقة الرياح
- قد تؤدي التوربينات إلى تلوث بصري أو يمكن اعتبارها شكلًا من أشكال التلوث البصري.
- تتطلب مزارع الرياح مساحات شاسعة من الأرض أو يجب وضعها في مناطق حساسة بيئيًا مثل الصحاري، على قمة التلال والتلال الجبلية، أو في البحر حيث تكون قوة الرياح أقوى وثابتة.
- تشبل توربينات الرياح بالمروحة العملاقة، ولذلك تحتاج إلى قوة الرياح لتدويرها، وبالتالي لا يتم توليد أي كهرباء مفيدة عند سرعات رياح منخفضة أو في حالة الطقس الهادئ وانعدام الرياح لفترات طويلة.
- تؤدي مزارع الرياح إلى إصابة وقتل وإزعاج أنماط طيران الطيور المهاجرة وأنواع الطيور المفترسة، وقد تم قتل بعض الطيور وحتى الخفافيش بواسطة شفرات التوربينات الرياح عند الدوران. ومع ذلك، فإن هذه الأعداد ضئيلة جدا
- تسبب توربينات الرياح تلوثًا ضوضائيًا لأنها تنتج صوتًا صفيرًا منخفض التردد عندما تدور الشفرات، والتي يتم إخفاؤها إلى حد كبير بواسطة ضجيج الرياح المحركة.
- يتسبب الاستثمار الأولي في التوربينات والنقل والأعمال الأرضية في زيادة تكلفة الطاقة الريحية عن تكلفة المولدات التقليدية التي تعمل بالوقود الأحفوري.
- : توجد أفضل المواقع لتحويل الرياح إلى كهرباء بعيداً عن المناطق الحضرية المأهولة بالسكان، وهذا يعني في كثير من الأحيان أنه يجب تخزين الكهرباء أو نقلها عبر مسافات طويلة من خلال الكابلات.
- على الرغم من تنبؤ الرياح السنوي وإنتاج الطاقة من أجهزة توليد الطاقة من الرياح بشكل نسبي، إلا أن مستوى إنتاج الطاقة الرياحية في الساعات والأيام ليس ثابتا بسبب تغير سرعة الرياح، وهذا يؤدي إلى إنتاج طاقة قليلة في حالة سرعة الرياح المنخفضة
بحث عن طاقة الرياح ومستقبلها
يستمر مستقبل الرياح في الظهور بمظهر مزدهر مع استمرار توسع البحث والتطوير ، تمثل مزارع الرياح البحرية مستقبل طاقة الرياح ، ووفقًا لـ Green Tech Media فحجم وسعة توربينات الرياح البرية على الطريق الصحيح لمواصلة الزيادة بوتيرة ثابتة ، بينما ستنمو المعدات البحرية على قدم وساق في السنوات المقبلة.
نظرا لأن معظم كوكبنا مغطى بالمياه، فإن طاقة الرياح ليست مقيدة بالحدود الجغرافية، ويمكن أن تكون توربينات الرياح البحرية أكبر بكثير من توربينات الرياح البرية الداخلية، لذا تسعى شركات مثل GE وSiemens Gamesa إلى إنتاج توربينات بقدرة تتراوح بين 12 و15 ميغاواط، على عكس التوربينات البرية التقليدية التي تتراوح قدرتها بين 3 و4 ميغاواط.
تمتلك الرياح القدرة على أن تصبح المصدر الرئيسي للكهرباء، ومع التطورات الحديثة، قد تجد الرياح نفسها في يوم ما تقود الطريق كمصدر أساسي للطاقة في جميع أنحاء العالم.