في عالم الطاقات المتجددة، يبرز شكلان رئيسيان للتوليد: انيرجيا الشمسية و طاقة الرياح. فبينما تعمل الطاقة الشمسية على تحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة كهربائية من خلال الألواح الشمسية، تركز طاقة الرياح على تسخير طاقة الرياح من خلال توربينات الرياح. وهذه الأجهزة ضرورية لتحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام.
الكثير توربينات الرياح فهي معقدة في تصميمها وتتطلب دراسات مسبقة للتأكد من أن تركيبها مربح وفعال. هناك أنواع وتقنيات مختلفة مرتبطة بتوربينات الرياح، والتي تختلف حسب استخدامها وقدرتها على توليد الكهرباء. في هذه المقالة سوف تتعلم بالتفصيل كل ما يتعلق بتوربينات الرياح.
خصائص توربينات الرياح
تحويل توربينات الرياح الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية من خلال الشفرات التي تدور بفضل قوة الرياح. هذه الشفرات يمكن أن تدور بين 13 و 20 دورة في الدقيقة (دورة في الدقيقة) حسب تقنية توربينات الرياح وسرعة الرياح في جميع الأوقات. تؤثر مواد الشفرات أيضًا على سرعة الدوران؛ تميل الشفرات الأخف إلى الدوران بسرعة أكبر.
كلما زادت سرعة الشفرات، زادت كمية الطاقة المولدة من توربينات الرياح، مما يزيد من قوتها كفاءة. ومع ذلك، لبدء تشغيل الجهاز في المقام الأول، هناك حاجة إلى طاقة إضافية. وبمجرد تشغيله، تصبح الرياح المحرك الوحيد لدوران الشفرات.
أحد أبرز جوانب توربينات الرياح هو عمر مفيد طويلالذي يتجاوز سنوات 25. على الرغم من أن تكاليف التركيب والنفقات الأولية قد تكون مرتفعة، إلا أن وقت التشغيل الطويل يسمح بإطفاء الاستثمار وتحقيق فوائد اقتصادية. علاوة على ذلك، فهي طاقة نظيفة، فهي تساهم في الحد من الانبعاثات الملوثة والحد من استخدام الوقود الأحفوري.
لم يؤد التقدم التكنولوجي إلى زيادة العمر الإنتاجي لتوربينات الرياح فحسب، بل جعلها أيضًا أكثر كفاءة، مما يسهل تركيبها في مواقع أكثر مثالية لتحقيق أقصى قدر من التقاط طاقة الرياح.
عملية
تتم عملية تحويل الطاقة في توربينات الرياح على عدة مراحل، كل منها أساسية لتحويل طاقة الرياح إلى كهرباء:
- التوجه التلقائي: تقوم توربينات الرياح بتوجيه نفسها تلقائيًا لتحقيق أقصى استفادة من طاقة الرياح. وهذا ممكن بفضل البيانات المسجلة بواسطة الريشة ومقياس شدة الريح، والتي تسمح للكنة بالدوران في الاتجاه الصحيح.
- دوران الشفرة: عندما تصل سرعة الرياح إلى 3,5 m/s تقريبًا، تبدأ في تدوير ريشها. ولتحسين توليد الطاقة، تبلغ سرعة الرياح المثالية 11 م/ث. إذا تجاوزت هذه السرعة 25 م/ث، يتم وضع الشفرات في وضع العلم لتجنب التوترات المفرطة وفرامل النظام.
- عمليه الضرب: يؤدي دوران الدوار إلى تشغيل عمود بطيء يزيد من سرعته من 13 دورة في الدقيقة إلى حوالي 1.500 دورة في الدقيقة باستخدام المضاعف.
- جيل: يتم نقل الطاقة الدورانية إلى المولد حيث يتم تحويلها إلى كهرباء.
- الإخلاء: ويتم نقل الكهرباء المولدة عبر البرج إلى المحطة الفرعية، حيث يتم رفع جهدها قبل حقنها في الشبكة الكهربائية لتوزيعها على نقاط الاستهلاك.
- المراقبة: تضمن هذه العملية أن توربينات الرياح تعمل بشكل صحيح. تتم مراقبة الأنظمة الحرجة بشكل دائم من المحطة الفرعية ومركز التحكم، مما يسمح باكتشاف الحوادث المحتملة وحلها بسرعة.
أنواع توربينات الرياح
هناك فئتان رئيسيتان لتوربينات الرياح، والتي يتم تصنيفها وفقًا لمحور الدوار أو الطاقة التي يمكنها توفيرها.
حسب محور الدوار
محور رأسي
هذا النوع من توربينات الرياح هو متعدد الاتجاهات ولا يتطلب أنظمة توجيه، مما يجعل التركيب والصيانة أسهل. بالإضافة إلى ذلك، فإن مكوناته مثل المولد والمضاعف تكون متساوية مع الأرض، مما يسهل عملية البناء ويقلل التكاليف. ومع ذلك، فإن عيبه الرئيسي هو ذلك لديهم كفاءة أقل من تلك ذات المحور الأفقي وتتطلب أنظمة خارجية لبدء دوران الشفرات.
المحور الافقي
توربينات الرياح المحور الافقي هم الأكثر شيوعا وكفاءة. يسمح تصميمها بتحقيق سرعات دوران أعلى، وبالتالي يتطلب مضاعفة أقل للدورات. علاوة على ذلك، من خلال كونهم أطول، فإنهم قادرون على الاستفادة بشكل أفضل من طاقة الرياح على ارتفاعات عالية.
حسب الطاقة الموردة
في وظيفة الطاقة الموردةتنقسم توربينات الرياح إلى ثلاث فئات:
- طاقة منخفضة: أنها توفر صلاحيات تصل إلى 50 كيلو واط وتستخدم في تطبيقات مثل ضخ المياه أو إمدادات الطاقة في المناطق المعزولة.
- نصف القوة: وهم في نطاق 150 كيلو واط وتستخدم لتزويد الطاقة للشبكة في الأماكن الريفية أو المعزولة.
- قوة عالية: أنها توفر الطاقة على نطاق تجاري ويمكن أن يصل إنتاجها إلى عدة جيجاوات.
اليوم، تعد المعدات عالية الطاقة هي الأكثر استخدامًا في مزارع الرياح لإنتاج الكهرباء بكفاءة واقتصادية، مما يساهم في مكافحة تغير المناخ.
يستمر قطاع الطاقة المتجددة في التطور، مدفوعًا بالحاجة إلى الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة والتخفيف من تأثير تغير المناخ. وقد شهدت توربينات الرياح، على وجه الخصوص، تقدمًا تكنولوجيًا كبيرًا، مما سمح لها بتوليد المزيد من الكهرباء والحصول على عمر أطول. مع هذه المعلومات، سوف تفهم بشكل أفضل كيفية عمل توربينات الرياح ودورها الرئيسي في مستقبل الطاقة النظيفة.