الكثير توربينات الرياح وهي واحدة من أهم مصادر الطاقة المتجددة في العالم، حيث تنتج حوالي 4% من الكهرباء العالمية. ومع ذلك، فقد توصلت الأبحاث التي أجراها علماء في جامعة السوربون بباريس إلى حل مبتكر يمكن أن يزيد من كفاءة هذه التوربينات بنسبة تصل إلى 35%، مستوحاة من مرونة أجنحة الحشرات.
وفقا لدراسة نشرت في المجلة علوم، توربينات الرياح الحالية ليست فعالة كما ينبغي. من الشائع أن يؤدي تدوير الدوارات بسرعات أعلى إلى توليد المزيد من الطاقة، لكن هذا ليس هو الحال. في الواقع، عند السرعات العالية، تعمل الشفرات كحاجز أكثر من كونها أداة لتسخير الرياح. إن مفتاح الكفاءة هو العثور على معدلات دوران مثالية، كما أوضح الفيزيائي فيسينت كوجيت من جامعة باريس السوربون.
التحدي المتمثل في تحسين طاقة الرياح
لتعظيم إنتاج الطاقة، يجب أن تضرب الرياح شفرات توربينات الرياح بالزاوية الصحيحة، والمعروفة باسم "زاوية الميل». وهذا يضمن تطبيق المقدار الدقيق لعزم الدوران على المولد. ومع ذلك، بسبب صلابة المواد التقليدية، لا يمكن لتوربينات الرياح أن تتكيف دائمًا مع ظروف الرياح المختلفة.
على العكس من ذلك، فإن أجنحة الحشرات، كونها مرنة، تحقق تحكمًا أفضل في الديناميكا الهوائية. تستفيد هذه الكائنات من القدرة على التفاعل مع تيارات الهواء، والانحناء بشكل طبيعي لتقليل المقاومة وتجنب الضرر.
استنساخ أجنحة الحشرات في توربينات الرياح
لتطبيق هذه المرونة على توربينات الرياح، قام كوجنيه وفريقه ببناء نموذج أولي صغير لتوربينات الرياح بثلاثة أنواع مختلفة من الشفرات: جامد, مرنة إلى حد ما y مرنة جدا. تم تصنيع الشفرات المرنة باستخدام البولي ايثلين، في حين تم صنع الأشياء الصلبة باستخدام أ الراتنجات الاصطناعية. وأظهرت الاختبارات التي أجريت في أنفاق الرياح نتائج كاشفة.
لم تكن الشفرات شديدة المرونة فعالة، لأنها أصبحت ضعيفة للغاية بحيث لا يمكنها توليد طاقة كافية. ومع ذلك، تفوقت الشفرات المرنة إلى حد ما على الشفرات الصلبة من خلال زيادة الطاقة المولدة بنسبة تصل إلى 35%. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه التوربينات التكيف مع نطاق أوسع من سرعات الرياح.
كان الكثير من التحسن بسبب التغييرات التلقائية في زاوية الميل. وعندما دفعت الرياح الشفرات للأمام أو دفعها تأثير الطرد المركزي إلى الخلف، تغيرت زوايا الميل أيضًا. وأظهرت الاختبارات أن الزوايا أكثر «فتح» كانت أكثر فعالية عند السرعات المنخفضة، في حين كانت أكثر «مغلق» كانوا بسرعات أعلى.
قابلية التوسع ومستقبل التكنولوجيا
ويتمثل التحدي التالي في توسيع نطاق هذه الابتكارات لتطبيقها على توربينات ذات حجم صناعي. وعلى الرغم من أن هندسة هذه التكنولوجيا ستستغرق وقتا طويلا، إلا أن الخبراء مثل أسفاو بيني من جامعة سان دييغو يعتقدون أن تحقيق زيادة في الكفاءة بنسبة 35٪ أمر ممكن تماما.
توربين الرياح V164: الأقوى في العالم
تقدم رئيسي آخر في مجال طاقة الرياح يأتي من الشركة الدنماركية الرياح البحرية MHI Vestas، الذي قدم أقوى توربينات الرياح في العالم. حطمت توربينة الرياح هذه، والتي تسمى V164، جميع سجلات الإنتاج، حيث ولدت 216.000 كيلووات في الساعة خلال 24 ساعة، وأظهرت أنه يمكن زيادة أداء الطاقة بشكل كبير في الظروف البحرية.
ويبلغ ارتفاع V164 220 مترًا، ويزن 38 طنًا، مع شفرات بطول 80 مترًا توفر مساحة كاسحة تبلغ 21.124 مترًا مربعًا. تسمح هذه الخصائص للتوربين بالاستفادة بشكل أفضل من سرعات الرياح البحرية، والتي تتراوح بشكل عام من 12 إلى 25 م/ث.
وقد تم تصميم هذا النموذج الجديد لتحمل الظروف القاسية للطقس بحر الشمالمما يمنحها عمرًا إنتاجيًا يصل إلى 25 عامًا وإمكانية إعادة تدويرها في نهاية دورتها. وهذا لا يجعل التوربين أكثر صداقة للبيئة فحسب، بل يجعله أيضًا خيارًا أكثر اقتصادا بفضل انخفاض تكاليف التركيب والصيانة.
مستقبل طاقة الرياح
La الوعي البيئي والخوف من عواقب تغير المناخ إنهم يشجعون تطوير مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح. ومن الممكن أن تعمل التكنولوجيات الجديدة، مثل تلك المستوحاة من أجنحة الحشرات، على تحسين كفاءة توربينات الرياح بشكل كبير، في حين تُظهر التصميمات المبتكرة مثل V164 أنه من الممكن الحفاظ على الاستدامة على نطاق واسع.
وفي السنوات المقبلة، من المرجح أن نستمر في رؤية التحسينات في تصميم وكفاءة توربينات الرياح، مما يتيح المزيد من الطاقة النظيفة ويقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري. في نهاية المطاف، فإن الجمع بين المحاكاة الحيوية والهندسة المتقدمة يمهد الطريق لمستقبل أكثر خضرة واستدامة.