كيف يتم تحويل الرياح إلى كهرباء؟ السابقة المباشرة للتيار توربينات الرياح هم كبار السن طواحين الهواءوالتي، حتى اليوم، لا تزال تستخدم في مهام مختلفة، مثل استخراج المياه أو طحن الحبوب. أ طاحونة هوائية إنها آلة ذات شفرات أو شفرات متصلة بعمود مشترك، والتي تبدأ في الدوران عندما تهب الرياح.
ويرتبط هذا العمود الدوار بأنواع مختلفة من الآلات، مثل تلك المستخدمة لطحن الحبوب أو ضخ المياه أو توليد الكهرباء.
لتوليد الكهرباء، تقوم حركة الشفرات بتنشيط مولد كهربائي يقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية من التناوب في الطاقة الكهربائية. يمكن أن يكون هذا المولد عبارة عن مولد كهربائي أو دينامو، ويمكن تخزين الكهرباء المولدة في بطاريات أو إرسالها مباشرة إلى الشبكة للتوزيع. ما هو معقد حقا ليس العملية نفسها، ولكن البحث والتطوير اللازم للإبداع توربينات الرياح أكثر كفاءة.
أنواع توربينات الرياح
هناك نوعان رئيسيان من توربينات الرياح: هؤلاء من المحور الافقي وتلك من محور رأسي. هؤلاء من المحور الافقي هي الأكثر شيوعا اليوم، في حين أن تلك محور رأسي وهي أقل شيوعًا، على الرغم من أن لها مزايا معينة في مواقف محددة.
الكثير توربينات الرياح de محور رأسي وتتميز بأنها لا تتطلب نظام توجيه الرياح. بالإضافة إلى ذلك، يمكن وضع المولد الكهربائي على الأرض، مما يسهل صيانته. ومع ذلك، له إنتاج الطاقة أقل، وتتطلب محركات إضافية لبدء التشغيل.
علاوة على ذلك، توربينات الرياح ذات المحور الأفقي إنها توفر قدرًا أكبر من التنوع، حيث يمكن استخدامها في التطبيقات الصغيرة، مثل المنشآت المعزولة، أو في مزارع الرياح الكبيرة.
ضمن أنواع توربينات الرياح العمودية نجد ثلاثة أنواع رئيسية:
- سافونيوس: هي توربينات رياح منخفضة الكفاءة، ولكنها بسيطة جدًا في تصميمها.
- جيروميل: أنها توفر كفاءة أكبر من نوع سافونيوس، ولكنها تتطلب سرعات رياح أعلى.
- داريوس: يتميز هذا النوع بشكل جناحه وهو ذو الأداء الأعلى بين أصحاب المحور العمودي.
عيوب توربينات الرياح
واحدة من المشاكل الأكثر شيوعا توربينات الرياح وحجمه الهائل هو الذي يسبب الاهتزازات والضوضاء. ولهذا السبب، يتم تركيبها عادة في مناطق بعيدة عن المناطق المأهولة. ومع ذلك، فإن الاتجاه الأخير هو تطوير توربينات أصغر o صامتة التي يمكن أن تكون موجودة في المناطق الحضرية.
تحدي آخر في مجال طاقة الرياح هو تقلب الرياح. ال توربينات الرياح وهي مصممة لتعمل على النحو الأمثل ضمن مجموعة من سرعات الرياح. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى حد أدنى للسرعة حتى تبدأ الشفرات في التحرك، وبالتالي، هناك حد أقصى لتجنب تلف الآلية.
بشكل عام، تعمل توربينات الرياح مع وتتراوح سرعة الرياح بين 3 و24 مترًا في الثانية. إذا كانت الرياح أضعف، فلن يتم توليد طاقة كافية، بينما إذا كانت قوية جدًا، فيجب إغلاق التوربينات لمنع حدوث ضرر، وهو ما يُعرف باسم سرعة القطع.
تكوين توربينات الرياح أو توربينات الرياح
الكثير توربينات الرياح المحور الأفقي أو توربينات الرياح ذات المحور الأفقي (TEEH)، وتتكون من عدة قطاعات رئيسية:
- البرج والأساس: يمكن أن تكون الأساسات مسطحة أو عميقة، حسب الثبات المطلوب. وللبرج من جهته أنواع مختلفة:
- أنبوبي فولاذي: وهي الأكثر شيوعاً في مزارع الرياح.
- من الخرسانة: يتم بناؤها في الموقع وتسمح بحساب الارتفاع الدقيق لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة.
- هياكل شعرية: يستخدمون مقاطع فولاذية، وهي أقل شيوعًا في توربينات الرياح الحديثة الكبيرة.
- دوار: هو الجزء الذي يحمل الشفرات. وتتمثل وظيفتها في تسخير طاقة الرياح عن طريق تحويلها إلى حركة دورانية.
- جندول: يُطلق عليه غالبًا "رأس" توربينات الرياح، وهو يضم جميع الآلات، بما في ذلك المولد وعلبة التروس والفرامل.
- Generador: تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء. في توربينات الرياح الحديثة، يتم استخدام المولدات غير المتزامنة ذات التغذية المزدوجة أو المولدات المتزامنة.
- صندوق المضاعف: يجمع هذا المكون بين السرعة المنخفضة للدوار والسرعات العالية التي يتطلبها المولد لإنتاج كهرباء فعالة. يضاعف عدد الدورات في الدقيقة (RPM) للدوار من 18-50 دورة في الدقيقة إلى 1.750 دورة في الدقيقة تقريبًا.
- فرامل: تعمل الفرامل الميكانيكية على إيقاف توربينات الرياح بأمان إذا كانت الرياح قوية جدًا أو إذا كانت الصيانة مطلوبة.
المعدات الكهربائية لتوربينات الرياح
الكثير توربينات الرياح تشتمل علي نظام التغذية الذي يربط الطاقة المولدة بالشبكة الكهربائية. علاوة على ذلك، لديهم العديد من أجهزة الاستشعار التي تراقب المتغيرات مثل سرعة الرياح واتجاهها، وكذلك درجة الحرارة داخل الكنة. كل هذه البيانات تسمح بالتحكم الفعال في توربينات الرياح، مما يحسن أدائها.
بالإضافة إلى أجهزة الاستشعار توربينات الرياح الحديثة وهي مجهزة بآليات تسمح بتعديل ميل الشفرات لتحسين التقاط الرياح وفقًا لشدتها.
مع التوسع في مزارع الرياحسواء البرية أو البحرية، أصبح استخدام الرياح أحد أهم الطاقات المتجددة أكثر تنافسية ونظافة، مما يساهم بشكل كبير في الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
تستمر طاقة الرياح في التطور، سواء في تحسين تصميم توربينات الرياح أو في تحسين أدائها في الظروف المناخية المختلفة.
تلعب توربينات الرياح دورا حاسما في التحول نحو نظام طاقة أكثر استدامة، مع الاستفادة من مصدر لا ينضب مثل الرياح.