يعود مفهوم تسخير طاقة الرياح لتوليد الطاقة الميكانيكية إلى آلاف السنين حيث في عام 5000 قبل الميلاد، حيث استخدم المصريون طاقة الرياح لدفع القوارب على طول نهر النيل، واعتمد المستعمرون الأمريكيون على طواحين الهواء لطحن الحبوب وضخ المياه وقطع الأخشاب تعد توربينات الرياح اليوم المكافئ الحديث لطاحونة الهواء في الماضي حيث تقوم بتحويل الطاقة الحركية في الرياح إلى كهرباء نظيفة ومتجددة.
مبدأ عمل توربينات الطاقة الهوائية
تتكون غالبية توربينات الرياح من ثلاث شفرات مثبتة على برج مصنوع من الفولاذ، وتوجد أصناف أقل شيوعًا ذات شفرتين، توجد أبراج خرسانية أو فولاذية تحمل الشفرات على ارتفاع 100 قدم أو أكثر فوق سطح الأرض، تسمح الأبراج للتوربينات بالاستفادة من سرعات الرياح الأسرع الموجودة على ارتفاعات أعلى.
تلتقط التوربينات طاقة الرياح بشفراتها التي تشبه المروحة، والتي تعمل مثل جناح الطائرة، عندما تهب الرياح يتشكل جيب من الهواء منخفض الضغط على جانب واحد من نصل الشفرة، ثم يسحب الجيب الهوائي للضغط المنخفض النصل باتجاهه، مما يتسبب في دوران الشفرات، وهذا ما يسمى قوة رفع، حيث قوة الرفع أقوى بكثير من قوة الرياح على الجانب الأمامي من النصل، وهو ما تسمى قوة سحب، يؤدي الجمع بين قوتي الرفع والسحب إلى دوران الشفرات مثل المروحة.
تعمل سلسلة من التروس على زيادة دوران الدوار من حوالي 20 دورة في الدقيقة إلى ما يقرب من 1800 دورة في الدقيقة وهي السرعة التي تسمح لمولد التوربين بإنتاج الكهرباء ذات التيار المتردد، عنصر رئيسي آخر هو وحدة التحكم في التوربينات، والتي تحافظ على سرعات الدوار من تجاوز 55 ميلاً في الساعة لتجنب الضرر الناجم عن الرياح العاتية، يقيس مقياس شدة الريح سرعة الرياح باستمرار وينقل البيانات إلى جهاز التحكم، وتعمل الفرامل الموجودة أيضًا في الشفرات على إيقاف الدوار ميكانيكيًا أو كهربائيًا أو هيدروليكيًا في حالات الطوارئ.
تتراوح توربينات الرياح الكبيرة، التي تستخدمها المرافق العامة غالبًا لتوفير الطاقة للشبكة، من 100 كيلووات إلى عدة ميغاوات، غالبًا ما يتم تجميع هذه التوربينات في مزارع الرياح لإنتاج كميات كبيرة من الكهرباء، حيث يمكن أن تتكون مزارع الرياح من بضع أو مئات من التوربينات، مما يوفر طاقة كافية لعشرات الآلاف من المنازل.
