كيف تعمل توربينات الرياح؟

بشكل عام تعتبر طاقة الرياح مصدراً نظيفاً للطاقة المتجددة التي لا ينتج عنها تلوث للهواء أو الماء، ونظراً لأن الرياح مجانية فإن تكاليف التشغيل تقترب من الصفر بمجرد تركيب التوربينات، حيث قد يؤدي الإنتاج الضخم الكبير والتقدم التكنولوجي إلى جعل التوربينات أرخص، كما تقدم العديد من الحكومات حوافز ضريبية لتحفيز تطوير طاقة الرياح.

ما هي توربينات الرياح؟

هي عبارة عن أجهزة تستخدم لتحويل طاقة الرياح الحركية إلى كهرباء متجددة، حيث يتم التحكم عادةً في توربينات الرياح بواسطة أجهزة الكمبيوتر التي تراقب اتجاه الرياح وسرعتها باستخدام أدوات مثبتة في الجزء العلوي من التوربين، وبمجرد توليد الكهرباء وتحويلها إلى التردد الصحيح يتم إرسالها إلى الشبكة المحلية عبر الكابلات الأرضية، ومن ثم تجد تلك الكهرباء طريقها إلى المنازل في جميع أنحاء البلاد.

كيف تعمل توربينات الرياح؟

تم استخدام طاقة الرياح منذ عدة سنوات لتزويد المنازل بالطاقة والقوارب الشراعية وضخ المياه من الآبار أو تدفئة وتبريد المنازل والمكاتب، واليوم مع الزيادة المستمرة في الطلب على الوقود الأحفوري ومع ارتفاع الأسعار طوال الوقت تم استثمار العديد من الموارد في طاقة الرياح، وايضاً اكتسبت هذه الطاقة شعبية كبيرة في جميع أنحاء العالم ولهذا يريد العديد من الناس معرفة كيفية عمل توربيات الرياح لتوليد الكهرباء.
يوجد أساساً نوعان من توربينات الرياح وهم: توربينات الرياح ذات المحور الرأسي وتوربينات الرياح ذات المحور الأفقي، وكلاهما يعملان بنفس الطريقة تماماً باستثناء الاختلاف في تصميمهما، حيث أن عملية إنتاج الكهرباء هي نفسها في كل من التوربينات الأفقية والرأسية.

مبدأ العمل:

تتكون توربينات الرياح عادةً من دوار أو ريش تقوم بتحويل طاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية، وإن الطاقة التي تحرك الرياح (الطاقة الحركية) تعمل على تحريك الشفرات، حيث تقوم هذه الشفرات بتدوير عمود يؤدي من محور الدوار إلى تشغيل المولد، ومن ثم يقوم المولد بتحويل هذه الطاقة الدورانية إلى كهرباء يتم تخزينها بعد ذلك في بطاريات أو نقلها إلى شبكات الطاقة المنزلية أو شركات المرافق لاستخدامها بالطريقة المعتادة.
فعلى سبيل المثال إذا وضعنا شيئاً مثل الشفرة الدوارة في مسار تلك الريح فإن الرياح ستدفعه وتحول بعضاً من طاقتها الخاصة بالحركة إلى الشفرة، وهذه هي الطريقة التي تلتقط بها توربينات الرياح الطاقة من الرياح، ويتمحور توليد هذه الكهرباء من الرياح في جوهره حول نقل الطاقة من وسيط إلى آخر.
كما ترتبط كيفية عمل توربينات الرياح ايضاً بحجم وشكل الدوارات وموقع التوربين وارتفاع الشفرات، حيث أصبحت التوربينات ذات الشفرات الاثنتين أو الثلاثة هي أكثر شيوعاً في أيامنا هذه بسبب قوة الدفع ومقاومة الرياح الأقل، كما يمكن جعل توربينات الرياح أرخص إذا اختارها المزيد من الناس، وسيؤدي الإنتاج الضخم في حالة طاقة الرياح إلى خفض تكلفة المواد والتركيب، وهو أمر غير ممكن اليوم للمستهلك العادي الذي يحتاج إلى كهرباء رخيصة.

ما مقدار الكهرباء التي يمكن أن تنتجها توربينات الرياح؟

تبلغ قدرة معظم توربينات الرياح البرية من 2 إلى 3 ميغاواط، والتي يمكن أن تنتج أكثر من 6 ملايين كيلوواط لكل ساعة من الكهرباء كل عام، وهذا يكفي لتلبية الطلب على الكهرباء لنحو حوالي (1500) منزل في المتوسط، وحتى مستوى معين كلما هبت الرياح بشكل أسرع زاد توليد الكهرباء، وفي الواقع عندما تتضاعف سرعة الرياح يتم توليد ما يصل إلى ثمانية أضعاف الكهرباء، ولكن إذا كانت الرياح قوية جداً فسوف تغلق التوربينات نفسها لمنع التلف.
وكل هذا يعني أن قدرة توربينات الرياح على توليد أكبر قدر ممكن من الطاقة تعتمد بشكل خاص على الرياح، حيث تم التخطيط لمزارع الرياح بعناية للتأكد من وجودها في مواقع بها كمية موثوقة من الرياح على مدار السنة، كما يميل هذا إلى أن يكون على قمة تل مع الكثير من المساحات المفتوحة حوله وفي المواقع الساحلية، وهذا هو سبب وجود الكثير من مزارع الرياح في أماكن مثل كورنوال واسكتلندا على سبيل المثال.

ما مدى كفاءة طاقة الرياح؟

كفاءة الرياح هي عبارة عن كمية الطاقة الحركية في الرياح التي يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية وكهرباء، وعادةً ما تكون كفاءة توربينات الرياح من (30-45٪)، ويمكن أن ترتفع إلى نسبة 50٪ في أوقات ذروة الرياح، وإذا كان هذا قد يبدو منخفضاً بالنسبة لنا فيجب أن نتذكر أنه إذا كانت التوربينات فعالة بنسبة 100٪ وكانت الرياح غير موجودة (أي إن الرياح ستهبط تماماً بعد المرور عبر التوربينات) فإنها قد لا تنتج أي كهرباء في مثل هذه الحالات، ولكن على سبيل المثال تنتج توربينات الرياح في المملكة المتحدة الكهرباء بنسبة 70-80٪ من الوقت، مما قد يجعلها مصدراً موثوقاً للطاقة على مدار العام.