تعد الرياح شكلاً من أشكال الطاقة الشمسية التي تنتج عن عدة عوامل، منها عدم تساوي تسخين الغلاف الجوي للشمس، وعدم انتظام سطح الأرض، ودوران الأرض، وتباين تسخين الأرض والبحار والمحيطات، والغطاء النباتي، والاختلافات في التضاريس المختلفة كالتلال والوديان والجبال.
في بعض مناطق الكرة الأرضية، تهب رياح بانتظام، إما دائما أو موسميا، وتتجه باتجاه عقارب الساعة في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، وتتجه بعكس عقارب الساعة في النصف الجنوبي، وتختلف أنماط وسرعة تدفق الرياح بشكل كبير، ويتم الاستفادة من تدفق الرياح هذا في أغراض كثيرة مثل الإبحار وتوليد الكهرباء باستخدام التوربينات.
ماهي توربينات الرياح
أجهزة تحول طاقة الرياح إلى حركة منحنية، ثم تزود إما بمولد كهرباء، وتطورت هذه الفكرة حيث يتم تصنيع توربينات الهواء بشكل واسع وبأنواع مختلفة من التوربنات العمودية والأفقية المحور، إذ يمكن استخدام هذه القوة الميكانيكية لمهام محددة (مثل طحن الحبوب أو ضخ المياه) أو يمكن للمولد تحويل هذه الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء.
أهم مكونات توربين الرياح
يتم استخدام ريش المروحة المصمم بطريقة تستفيد من سرعة الرياح القصوى.
يستخدم مولد الكهرباء الطاقة الحركية لتحويلها إلى طاقة كهربائية.
فرملة يتم استخدامها لإيقاف المروحة في حالة حدوث رياح شديدة أو عواصف.
تحتوي الحجرة المعلقة على محول كهربائي وأجهزة أخرى بما في ذلك ناقل الحركة.
5- محرك كهربائي يوجه التوربين في اتجاه الرياح .
تستخدم إلكترونيات التحكم لتغيير وضع الريش محوريًا وتدير الحجرة المعلقة بواسطة محرك كهربائي لتحديد الاتجاه الأمثل للاستفادة من الرياح.
كيف تعمل توربينات الرياح في توليد الطاقة الكهربائية
تستند توربينات الرياح إلى مبدأ بسيط يتمثل في تحويل طاقة الرياح في الريش المشابهة للمروحة الموجودة حول الدوار، المتصل بالعمود الرئيسي للتوربين.
بببساطة، يتميز توربين الرياح بأنه يعمل على عكس المروحة، حيث يستخدم توربين الرياح قوة الرياح لتوليد الكهرباء دون الحاجة إلى استخدام الكهرباء في صنع الرياح، كما هو الحال في المروحة.
يتم تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية عن طريق استخدام توربين رياح كبير، حيث تتحرك الريش عندما تمر الرياح في التوربينات وتدور العمود، وبذلك يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.
يوجد حاليًا نوعان مختلفان من توربينات الرياح المستخدمة، وهي توربينات الرياح الأفقية وتوربينات الرياح العمودية المحور، وتعتبر توربينات الرياح الأفقية الأكثر شيوعًا.
خلق الكهرباء من الرياح
لتوليد الكهرباء من الرياح، يتم توصيل عمود التوربين بمولد يستخدم حركة دوران العمود لتدوير دوار يحتوي على مغناطيس متناهي الصغرة ومحاط بسلك من الأسلاك النحاسية، ويتم إنشاء الحث الكهرومغناطيسي عن طريق الدوار حول الجزء الداخلي من النواة، مما يؤدي إلى توليد الكهرباء.
يمكن بناء التوربينات الريحية على الأرض أو في البحر في المسطحات المائية الكبيرة مثل المحيطات والبحيرات، وتنتشر حقول كبيرة لإنتاج الطاقة الكهربائية بواسطة توربينات الريح حول العالم في بلاد مثل الدانمارك الولايات المتحدة الأمريكية، ألمانيا، إسبانيا، الصين، الهند . كما تزمع تلك الدول ودول أخرى بإنشاء حقول بحرية .
أحجام توربينات الرياح
تتراوح قدرة التوربينات المستخدمة في المرافق من 100 كيلو واط إلى عدة ميجاوات، وتعتبر توربينات الرياح الأكبر حجمًا أكثر فعالية من حيث التكلفة ويتم تجميعها في حقول الرياح لتوفير طاقة كبيرة للشبكةالكهربائية.
تُعتبر توربينات الرياح البحرية أفضل من توربينات الرياح الأرضية، حيث يمكنها توليد طاقة أكبر، وتواجه تحديات أقل في النقل والتحريك داخل المنشآت، حيث يمكن نقل المكونات الكبيرة على متن السفن بدلاً من استخدام الطرق البرية.
وتستخدم التوربينات الصغيرة الأحادية التي تقل عن 100 كيلووات في المنازل أو أطباق الاتصالات السلكية واللاسلكية أو ضخ المياه، أيضا تستخدم التوربينات الصغيرة في بعض الأحيان فيما يتعلق بمولدات الديزل والبطاريات والأنظمة الضوئية، وتسمى هذه الأنظمة أنظمة الرياح الهجينة وتستخدم عادة في مواقع بعيدة عن الشبكة حيث لا يتوفر اتصال بشبكة المرافق.