توربينات الرياح ذات المحور الرأسي ومدى تأثيرها على البيئة

توربينات الرياح:

إن خيارات الطاقة المتجددة تجعل العديد من الأشخاص حول العالم يسعون للتقليل من تكاليف الطاقة الخاصة بهم مع القيام بدورهم في حماية العالم، حيث أدى ارتفاع مستويات سطح البحر وتصاعد مستويات التلوث إلى إثارة اهتمام عالمي وأدى إلى ظهور تصاميم جديدة لتوربينات الرياح، إذ أن الكثير من الناس يستخدمون هذه التوربينات لمساعدتهم في اتخاذ هذه الخطوات.
 تتكون توربينات الرياح أساسًا من نوعين: المحور الرأسي (VAWT) والمحور الأفقي (HAWT)، المحور الأفقي هو أكثر أنواع توربينات الرياح شيوعًا، حيث يتم بناؤها في جميع أنحاء العالم، في حين أن المحور الرأسي هو نوع من توربينات الرياح لها شفرتان أو ثلاث شفرات، يعمل فيها عمود الدوار الرئيسي عموديًا، ومع ذلك يتم استخدامها بشكل أقل تكرارا؛ نظراً لكونها ليست فعالة مثل المحور الأفقي.
توربينات الرياح ذات المحور الرأسي (VAWT) هي التوربينات الأكثر شعبية، والتي يضيفها الناس لجعل منازلهم مصدرًا للطاقة المتجددة، وعلى الرغم من أنها ليست شائعة الاستخدام مثل توربينات الرياح ذات المحور الأفقي إلا أنها مهمة؛ لوضعها في المواقع السكنية وأكثر من ذلك.
تدور التوربينات العمودية على المحور الرأسي وتأتي بأشكال وألوان مختلفة، حيث أن هذه الحركة تشبه حركة عملة معدنية تدور على حافةٍ ما،. الاختلاف الرئيسي بين المحور الرأسي والمحور الأفقي هو موضع الشفرات، ففي المحور الأفقي توجد الشفرات في الأعلى وتدور في الهواء، بينما في المحور الرأسي يتم تثبيت المولد في قاعدة البرج ويتم لف الشفرات حول العمود.

ما هو توربين المحور الرأسي؟

تم تصميم توربينات الرياح ذات المحور الرأسي لتكون اقتصادية وعملية فضلاً عن كونها هادئة وفعالة، كما أنها مهمة للاستخدام في المناطق السكنية، في حين أن المحور الرأسي هو الأفضل للاستخدام في موقع العمل، وهناك نوعان مختلفان من توربينات الرياح العمودية؛ فالأول هو دوار Savonius والثاني هو نموذج Darrieus، حيث يشبه النموذج الأول اسطوانة مفصولة إلى نصفين مع وضع النصفين على عمود دوار، أما النموذج الثاني فهو أصغر ويشبه إلى حد كبير مضرب البيض. 
تعمل توربينات الرياح على تأمين الهواء في المحور الذي يتحول إلى مولد، حيث يتم تدوير الهواء الذي يمر عبر شفرات توربينات الرياح في المولد من خلال زخم الدوران، كما تتميز توربينات الرياح ذات المحور الرأسي عن الأفقي؛ نظرًا لأن هذه التوربينات غالبًا ما تكون:

• تتميز بشفرتان إلى ثلاث شفرات مع عمود دوار رئيسي يعمل بشكل رأسي، فكلما زاد عدد الشفرات الموجودة في الوحدة زادت طاقة الرياح التي ستتلقاها وزادت الكفاءة التي ستوفرها.
  
• تُستخدم بشكل أقل تكرارًا من توربينات الرياح الأفقية.
  
• يختلف موضع الشفرات في توربينات الرياح ذات المحور الرأسي، ففي هذا النموذج تحتفظ قاعدة البرج بالمولد ثم تلتف الشفرات حول العمود، كما يستخدم الأشخاص توربينات الرياح ذات المحور الرأسي؛ لأنه يمكن وضعه بالقرب من الأرض مما يجعلها مقبولة وفعالة للاستخدام في موقع سكني.
  
• مع توربينات الرياح ذات المحور الرأسي يتم ترتيب عمود الدوران في نمط رأسي.
  
• توربينات الرياح ذات المحور الرأسي أسهل وأقل تكلفة في الصيانة من الوحدات الأفقية.
  
• يشكو المرء من أن توربينات الرياح ذات المحور الرأسي تخلق طاقة رياح أقل، مما قد يتسبب في إحداث الضوضاء المختلفة، كما أن تدفق الهواء المضطرب من الممكن أن يقصر عمر النظام.
  
• سيؤدي تركيب توربينات الرياح ذات المحور الرأسي على السطح إلى مضاعفة سرعة الرياح لتحقيق أقصى قدر من اضطرابات الرياح واستخدام طاقة الرياح.
  

أنواع توربينات الرياح ذات المحور الرأسي:

• داريوس توربينات الرياح: تُعرف توربينات داريوس باسم (توربين Eggbeater)، اخترعها جورج داريوس في عام 1931، إذ أن داريوس هي آلة عالية السرعة، ذات عزم دوران منخفض مناسبة لتوليد التيار الكهربائي المتردد (AC)، يتطلب داريوس عمومًا دفعًا يدويًا، وبالتالي فإن بعض مصادر الطاقة الخارجية لبدء الدوران تحتاج الى عزم دوران عالي للبدء، ولدى داريوس نصلان موجهان رأسياً يدوران حول عمود رأسي.
  تمتاز توربينات داريوس فيما يلي:
  1. هذه التوربينات ذات شكل خافق البيض وهي مهمة في الكفاءة ومع ذلك فهي ليست موثوقة.
  2. من أجل استخدام توربينات داريوس يجب أن يكون لدينا مصدر خارجي للطاقة لبدء تشغيلها.
  3. يجب اختيار توربينات الرياح التي تحتوي على ثلاث شفرات على الأقل.
  4. لدعم مثل هذا التوربينات الريحية من الضروري أن يكون لدينا بنية فوقية تربطها بالقرب من المحمل العلوي.
  
• توربينات الرياح سافونيوس: توربينات الرياح سافونيوس ذات المحور الرأسي هي عبارة عن آلة دوران بطيئة، ذات عزم دوران عالي مع مغرفتين أو أكثر، حيث أنها تستخدم في توربينات الطاقة منخفضة الكفاءة وعالية الموثوقية، كما تستخدم معظم توربينات الرياح قوة الرفع الناتجة عن شفرات على شكل أجنحة.
  تمتاز توربينات سافونيوس بالميزات التالية:
  1.عندما نعيش في منطقة فيها رياح قوية وعاصفة أو عندما نحتاج إلى وحدة تبدأ من تلقاء نفسها فهذا هو أفضل نوع متاح لنا.
  2. يُعد هذا النوع أكبر من طراز داريوس.
  

مزايا توربينات الرياح ذات المحور الرأسي:

قد نتساءل لماذا يتم استخدام المحور الرأسي بدلاً من المحور الأفقي؟ هناك بالفعل عدد من الأسباب لاتخاذ هذا القرار، وفيما يلي سيتم ذكر أهم المزايا التي تتعلق بهذا النوع من توربينات الرياح المستخدمة في منازلنا:

• يمكن بناء توربينات الرياح الخاصة بنا بالقرب من الأرض، لذلك إذا لم يكن لدينا سطح مناسب لوضعه أو إذا كنا نعيش حيث توجد التلال التي تمنع تدفق الهواء فإنها تعمل بشكل رائع لتلبية احتياجاتتنا.
  
• نظرًا لأنه يتم تركيب المحور الرأسي بالقرب من الأرض فإنها تجعل الصيانة أسهل وتقلل من تكاليف البناء وتكون أكثر ملاءمة للطيور ولا تدمر الحياة البرية.
  
• لا تحتاج إلى أي آليات من أجل تشغيل توربينات الرياح.
  
• انخفاض سرعة بدء تشغيل الرياح.
  
• الميزة الرئيسية لتوربينات الرياح ذات المحور الرأسي هي أنه لا يحتاج إلى توجيهه نحو الريح ليكون فعالاً، مما يعني أنه يمكن استخدامها في المواقع ذات اتجاه الرياح المتغير العالي.
  
• يمكننا استخدام توربينات الرياح في الأماكن التي لا يُسمح فيها باستخدام الهياكل العالية.
  
• تتميز توربينات الرياح ذات المحور الرأسي بأنها هادئة وفعالة واقتصادية ومثالية لإنتاج الطاقة السكنية خاصة في البيئات الحضرية.
  
• تُعد فعالة من حيث التكلفة عند مقارنتها بأجهزة المحور الأفقي، ومع ذلك فإنه من الأفضل التسوق والتحقق من الأسعار قبل الشراء.
  
• تمتاز العديد من التوربينات بمقاومتها لعوامل الطقس المختلفة التي قد نواجهها، ومن الضروري اختيار وحدة توفر هذه الحماية القيّمة والمتانة الإضافية عندما نكون في أمس الحاجة إليها.
  

كما تُنتج توربينات الرياح ذات المحور الرأسي بشكل عام طاقة أقل مقارنة بالمحور الأفقي، ويرجع ذلك أساسًا إلى السحب الإضافي الذي يتمتع به المحور الرأسي، حيث تدور في مهب الريح، وقد تختلف كل من توربينات الرياح ذات المحور الرأسي والمحور الأفقي في مظهرهما وطريقة تشغيلهما، لكنهما يولدان الكهرباء عن طريق تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية باستخدام عمود دوار.
فإذا كنا نبحث عن مصدر كبير للطاقة المتجددة يمكننا استخدامه في منازلنا فإن الأمر يستحق التفكير في توربينات الرياح ذات المحور الرأسي، حيث أنه تم تصميم هذه التوربينات لتستخدم في المنازل وعلى الرغم من وجود إيجابيات وسلبيات فإن معظم مستخدميها يُقدرون مدى فعالية الطاقة التي يتم إنتاجها.