مفهوم طاقة الرياح

تصف طاقة الرياح العملية التي يتم من خلالها استخدام الرياح لتوليد الكهرباء تعمل توربينات الرياح على تحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة ميكانيكية ، يمكن للمولد تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء ، ويمكن أيضًا استخدام الطاقة الميكانيكية بشكل مباشر في مهام محددة مثل ضخ المياه.

ما هي طاقة الرياح

يتمثل مفهوم طاقة الرياح في استغلال تدفقات الهواء الطبيعية في الغلاف الجوي لتوليد الكهرباء باستخدام توربينات حديثة تقوم بتحويل الطاقة الحركية للرياحإلى طاقة كهربائية. وتتوفر ثلاثة أنواع رئيسية من طاقة الرياح

الرياح على نطاق المنفعة : التوربينات الرياح التي يتراوح حجمها بين 100 كيلوواط وعدة ميجاوات، تتمكن من توليد الكهرباء وتوصيلها إلى شبكة الطاقة وتوزيعها على المستخدم النهائي من خلال المرافق الكهربائية أو مشغلي أنظمة الطاقة.

الرياح الموزعة أو “الصغيرة” : يتم استخدام توربينات رياح فردية صغيرة تقل قدرتها عن 100 كيلوواط لتزويد المنازل والمزارع والأعمال الصغيرة بالطاقة مباشرة وغير متصلة بالشبكة.

الرياح البحرية :  تُثبت توربينات الرياح في الأراضي البحرية الواسعة، وتكون أكبر من تلك التي تُثبت في الأراضي البرية، وبالتالي يمكنها توليد كمية أكبر من الطاقة.

كيف تعمل توربينات الرياح

عندما تهب الرياح على توربين الرياح، تلتقط ريشها الطاقة الحركية للرياح وتدور، وتحولها إلى طاقة ميكانيكية، ويعمل هذا الدوران على تحويل عمود داخلي متصل بعلبة تروس، مما يزيد من سرعة الدوران بمعامل 100، ويدور هذا المولد لتوليد الكهرباء

عادة ما يكون ارتفاع أبراج الفولاذ الأنبوبية التي يزيد ارتفاعها عن 80 مترا (262 قدما) بمحور مجهز بثلاث شفرات ملحقة ووحدة التحكم، وتحتوي على العمود وصندوق التروس والمولد، وأدوات التحكم، وتستخدم قراءات الرياح لتوجيه التوربين لمواجهة أقوى الرياح، ويتم تحسين زاوية الريش لاستيعاب الطاقة.

يبدأ التوربين الحديث النموذجي في توليد الكهرباء عندما تصل سرعة الرياح إلى ما بين 6 إلى 9 ميل في الساعة، المعروفة باسم سرعة القطع. ويتم إيقاف تشغيل التوربينات إذا كانت سرعة الرياح تتجاوز حوالي 55 ميل في الساعة، لمنع حدوث أي تلف للمعدات.

على مدار عام ، يمكن للتوربينات الحديثة توليد كميات قابلة للاستخدام من الكهرباء على مدار 90 بالمائة من الوقت ، على سبيل المثال إذا وصلت الرياح في التوربين إلى سرعة قطع تبلغ ستة إلى تسعة أميال في الساعة ، فسيبدأ التوربين في توليد الكهرباء ، مع زيادة سرعة الرياح يزداد إنتاج الكهرباء.

يسمى المقياس الشائع الآخر لإنتاج طاقة الرياح “عامل السعة”، ويقيس هذا العامل كمية الكهرباء التي تنتجها توربينات الرياح في فترة زمنية معينة عادة خلال السنة، بالنسبة إلى أقصى إمكانياتها

على سبيل المثال ، فلنفترض أن الحد الأقصى المتوقع لإنتاج توربين رياح بقدرة 2 ميغاواط في السنة هو 17،520 ميغاواط/ساعة، وهو ما يعادل 8،760 ساعة في السنة. ومع ذلك، قد يكون إجمالي الطاقة التي يولدها التوربين على مدار العام هو 7،884 ميجاواط/ساعة فقط، لأن الرياح لم تهب دائما بقوة كافية لتحقيق الحد الأقصى للكهرباء التي يمكن أن ينتجها التوربين. وفي هذه الحالة، يكون معامل القدرة للتوربين هو 45٪.

تذكر أن هذا لا يعني أن التوربين لا يولد الكهرباء إلا بنسبة 45 بالمائة من الوقت ، غالبًا ما يكون لمزارع الرياح الحديثة عوامل قدرة أكبر من 40 في المائة ، وهي قريبة من بعض أنواع محطات توليد الطاقة بالفحم أو الغاز الطبيعي بالإضافة أنه نوع نظيف من الطاقة لا يسبب أضرار للبيئة.

طواحين الهواء مقابل توربينات الرياح

أحيانًا يستخدم الناس مصطلحي “طاحونة هوائية” و “توربينات الرياح” بالتبادل ، ولكن هناك اختلافات مهمة. يستخدم الناس طواحين الهواء منذ قرون لطحن الحبوب وضخ المياه والقيام بأعمال أخرى ، تولد طواحين الهواء طاقة ميكانيكية لكنها لا تولد الكهرباء ، في المقابل توربينات الرياح الحديثة هي آلات متطورة للغاية مع أكثر من 8000 جزء يستخدم الطاقة الحركية للرياح ويحولها إلى كهرباء.

ما هي مزرعة الرياح؟

في كثير من الأحيان يتم بناء عدد كبير من توربينات الرياح قريبة من بعضها البعض، ويُشار إليها باسم مشروع الرياح أو مزرعة الرياح، وتعمل مزرعة الرياح كمحطة طاقة واحدة وترسل الكهرباء إلى الشبكة.

كيف تصل طاقة الرياح إليك

يتم ربط التوربينات في مزرعة الرياح حتى يمكن للطاقة الكهربائية التي تولدها الانتقال من مزرعة الرياح إلى شبكة الكهرباء، وبمجرد وصول طاقة الرياح إلى الشبكة الرئيسية للطاقة، سترسل المرافق الكهربائية أو مشغلو الكهرباء الكهرباء إلى المكان الذي يحتاجه الناس.

تقوم خطوط النقل الأصغر والتي تسمى خطوط التوزيع ، بجمع الكهرباء المولدة في مشروع الرياح ونقلها إلى خطوط نقل شبكة أكبر ، حيث يمكن للكهرباء أن تنتقل عبر مسافات طويلة إلى المواقع التي تحتاج إليها ، أخيرًا توفر خطوط التوزيع الصغيرة الكهرباء مباشرة إلى بلدتك أو منزلك أو عملك. 

انواع توربينات توليد الرياح

المحور الأفقي 

تعد توربينات الرياح ذات المحور الأفقي هي النوع الأكثر استخداماً ، وتكون جميع المكونات (ريش ، عمود ، مولد) فوق برج طويل ، وتواجه الريش على الريح ، ويكون رمح أفقي على الأرض ، وتهب الريح على ريش التوربينات المتصلة بعمود مسبب دوران ، يحتوي العمود على ترس في النهاية والذي يحول المولد ، ينتج المولد الكهرباء ويرسل الكهرباء إلى شبكة الكهرباء ، يحتوي توربين الرياح أيضًا على بعض العناصر الرئيسية التي تضيف إلى الكفاءة ، يوجد داخل الصدف مقياس لقياس  شدة الريح ،و ريشة الرياح ، وجهاز تحكم يقرأ سرعة الرياح واتجاهها ، عندما تغير الرياح اتجاهها ، يدير المحرك وحدة الصخور بحيث تواجه الشفرات الريح دائمًا.

يتميز مصدر الطاقة أيضًا بالأمان، حيث يمكن للتوربين أن يتعرض لكسر في حالة الرياح الشديدة، وذلك لتقليل أي ضرر قد يلحق به في ظروف قاسية.

المحور الرأسي

في توربينات المحور الرأسي ، يكون العمود الذي تتصل به الشفرات عموديًا على الأرض ، وتكون جميع المكونات الرئيسية قريبة من الأرض ، وأيضا يكوم توربين الرياح نفسه بالقرب من الأرض ، على عكس الأفقي حيث كل شيء على برج ، هناك نوعان من توربينات الرياح ذات المحور الرأسي هم رفع القائم وسحب القائم.

مفهوم طاقة الرياح البحرية 

تشير طاقة الرياح البحرية إلى أنه يمكن إقامة مزارع الرياح في مسطحات مائية كبيرة لتوليد الطاقة الكهربائية، حيث يمكن لهذه المنشآت الاستفادة من الرياح الأكثر تكرارا والأقوى المتاحة في هذه المواقع، ولديها تأثير جمالي أقل على المناظر الطبيعية مقارنة بالمشاريع القائمة على الأرض، ومع ذلك، فإن تكاليف البناء والصيانة أعلى بكثير