مع استمرار تقدم تكنولوجيا الطاقة المتجددة وتزايد شعبيتها أصبحت توربينات الرياح مشهداً مألوفاً بشكل متزايد على طول التلال أو الحقول أو حتى في البحر في المحيط في جميع انحاء العالم، حيث تكمن أهمية مثل هذه التوربينات بإنتاجها الهائل للطاقة (الكهرباء)، وأيضا لأهميتها الكبيرة للبيئة (لا تنتج أي تلوث) وفوائدها الاقتصادية للدول.
ما هي توربينات الرياح؟
هي عبارة عن مجموعة من الأجهزة المثبتة سواء في الأراضي أو في البحر لتوليد الطاقة (الكهرباء)، وذلك من خلال تحويل الطاقة الحركية الموجودة في الهواء إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية، والتي يتم الاستفادة منها لاحقاً في المنازل والمستشفيات والمدارس والشركات، كما يوجد هناك أنواع من توربينات الرياح وهم: توربينات الرياح ذات المحور الأفقي وتوربينات الرياح ذات المحور الرأسي، وكلاهما يختلف عن الآخر بوظائف مختلفة وبطاقة توليد مختلفة.
الأسئلة الشائعة حول توربينات الرياح
كيف تقوم توربينات الرياح بتحويل الرياح إلى كهرباء؟
بعبارات بسيطة تنتج توربينات الرياح الكهرباء باستخدام طاقة الرياح الحركية أو المتحركة لخلق الحركة، وتؤدي قوة الرياح إلى دوران شفرات التوربين وهذا بدوره يؤدي إلى تدوير عمود الإدارة، حيث أصبح هذا ممكناً بفضل التصميم الديناميكي الهوائي الخاص للشفرات، والذي قد ينتج عنه سرعة الرياح التي تجعل التوربين أقل من سرعة الرياح التي تقترب منها، مما يؤدي إلى إحداث تأثير الدوران، كما توفر هذه الحركة الدورانية لعمود الإدارة الذي يتم تغذيته من خلال علبة تروس الحركة المطلوبة لوحدة التوليد لإنتاج الكهرباء باستخدام الحركة لإنشاء مجال مغناطيسي وتوليد تيار كهربائي.
ما هي كمية الكهرباء التي يمكن أن تنتجها توربينات الرياح؟
بشكل عام تعتمد كمية الكهرباء التي يستطيع التوربين الفردي إنتاجها على حجمها وسرعة الرياح وحتى الكفاءة التي يستطيع بها التوربين خصيصاً تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية، حيث تبلغ قدرة أكبر توربينات الرياح المصنعة حالياً حوالي 6 ميجاوات، وبالنظر إلى عامل تحميل بنسبة 31٪ فإن لديها القدرة على إنتاج ما يقرب من (16300) ميجاوات في الساعة، وفي المتوسط هذا يكفي لتوفير الاحتياجات الكهربائية لحوالي 2700 أسرة.
كم من الوقت تحتاج توربينات الرياح لإنتاج الكهرباء؟
تنتج توربينات الرياح الحديثة الكهرباء بنسبة 70-85٪ من الوقت، ولكنها تولد مخرجات مختلفة تعتمد على سرعة الرياح، وعلى مدار عام سيولد حوالي 31٪ من الحد الأقصى للإنتاج النظري، وهذا يُعرف باسم عامل الحمولة أو السعة، كما يبلغ معدل عامل الحمولة هذا لمحطات الطاقة التقليدية 50٪.
من ماذا تصنع توربينات الرياح؟
إن أبراج التوربينات التجارية الأكبر حجماً مصنوعة من الفولاذ المطلي عموماً باللون الرمادي الفاتح، وعادة ما تكون شفرات التوربينات مصنوعة من مصفوفة من البوليستر المقوى بالألياف الزجاجية أو الخشب الإيبوكسي أو حتى تقنية تصنيع مركبة مماثلة، كما يتم طلاؤها بشكل عام باللون الرمادي الفاتح لأن هذا هو اللون الذي يكون غير واضح في معظم ظروف الإضاءة، وأن اللمسة النهائية لهذا اللون يستخدم لتقليل احتمالية انعكاس الضوء المفرط.
ما هو حجم توربينات الرياح؟
تأتي توربينات الرياح بأحجام مختلفة اعتماداً على كمية الطاقة المطلوبة لإنتاجها، فكلما زاد حجم التوربين بشكل عام زادت كمية الكهرباء المنتجة، وبالنسبة لمعظم التوربينات التجارية الحديثة يتراوح ارتفاع الأبراج الفولاذية الأنبوبية من حوالي 100 إلى 300 قدم (30 إلى 90 متراً)، ومن حيث قطر الدوار فإن توربينات الرياح الحديثة الكبيرة لها أقطار دوارة تصل إلى 100 متر، بينما الآلات الأصغر حوالي 30 متراً وهي نموذجية في البلدان النامية.
ما مدى سرعة دوران الشفرات؟
عادة ما تدور ريش توربينات الرياح الكبيرة الحجم في مكان ما بين 10-25 دورة في الدقيقة، وفي الماضي كانت معظم توربينات الرياح تدور بسرعة ثابتة، ومع ذلك فإن معظم التوربينات الحديثة تعمل الآن بسرعات متغيرة لزيادة كفاءة إنتاج الطاقة من خلال توربينات الرياح هذه.
ما مدى كفاءة توربينات الرياح؟
الطاقة القصوى النظرية التي يمكن أن تستخلصها توربينات الرياح من طاقة الرياح التي عادةً ما تهب عبرها هي أقل بقليل من 60٪، وصاحب هذه النظرية هو عالم الفيزياء الألماني ألبرت بيتز، فبينما تستخرج توربينات الرياح الطاقة من تدفق الهواء يتباطأ الهواء، مما يؤدي إلى انتشاره، وفي عام 1919 استنتج العالم الفيزيائي أن توربينات الرياح يمكنها على الأكثر استخلاص 59٪ من الطاقة التي يمكن أن تتدفق عبر المقطع العرضي للتوربين.
تجدر الإشارة إلى أن معنى الكفاءة من الناحية التكنولوجية هو مفهوم زائد عن الحاجة لتطبيقه على طاقة الرياح، حيث يكون الوقود مجانياً، كما يتمثل أحد الشواغل الأكثر إلحاحاً في التحدي المتمثل في تحسين الإنتاجية من خلال إزالة الحواجز اللوجستية والمالية والمؤسسية من أجل خفض سعر طاقة الرياح.
