كيف تعمل الطاقة الريحية ؟
مقدمة
الطاقة الريحية هي طاقة مستخرجة من الطاقة الحركية للرياح باستخدام عنفات الرياح لإنتاج الطاقة الكهربائية، وهي تعتبر من أنواع الطاقات المتجددة. في هذا المقال بعض المعلومات حول طاقة الرياح. للاشارة فقط يوجد انواع مختلفة من توربينات الرياح لكن في مقالنا هذا سوف نخصص الحديث عن توربينات الرياح ذات المحور الافقي.
أول طاحونة هوائية استخدمت لإنتاج الكهرباء بنيت في اسكتلندا في يوليو 1887 من قِبل البروفيسور جيمس بليث الأستاذ بكلية أندرسون في غلاسغو. فقد ثبّت العنفات على ارتفاع 10 أمتار في حديقة منزل عطلاته في ماريكيرك، وكان يستخدم لشحن البطاريات التي طورها الفرنسي كاميل ألفونس فور، لتشغيل الإضاءة في الكوخ، مما يجعل من أول بيت في العالم أضيء بالكهرباء الموردة من طاقة الرياح. عرض بليث الكهرباء الفائض لسكان ماريكيرك لإضاءة الشارع الرئيسي، إلا أنهم رفضوا العرض لاعتقادهم أن الكهرباء من «عمل الشيطان». على الرغم من أنه بني في وقت لاحق عنفات للرياح لتوفير الطاقة في حالات الطوارئ في حالات اللجوء المحلي ولخدمة العيادات والمستوصف؛ إلا أن اختراعه لم يعمل بشكل موسع خاصةً أنه مكلف اقتصادياً.
مكونات اعمدة الطاقة الشمية
قبل الغوص في صلب الموضوع اليك بعض المفاهيم الاولية
السارية
تسمح السارية بوضع العنفات على ارتفاع كاف من مستوى سطح الأرض حيث تهب الرياح أقوى وأكثر انتظامًا . كما ان ارتفاع السارية يسمح للعنفات بالدوران بحرية.
كنة المولد
يتم تثبيت الكنة في الجزء العلوي من السارية وتضم المكونات الميكانيكية والمكونات الكهربائية والإلكترونية (المضاعف ، المولد ، إلخ)، اللازمة لتشغيل توربينات الرياح.
الجزء الدوار
يتكون هذا الجزء المتحرك من عنفات التوربينات الريحية (عادة ثلاثة عنفات)، تدور العنفات بفعل طاقة الرياح الحركية.
كيف تعمل الطاقة الريحية ؟
تعمل اعمدة الطاقة الريحية على تحويل طاقة الرياح الى طاقة كهربائية. يتم هذا التحويل على مستويين :
على المستوى العنفة والتي يتم من خلالها تحويل طاقة الرياح الحركية الى طاقة ميكانيكية (دوران العنفات).
ثم على مستوى المولد والذي يستقبل الطاقة الميكانيكية المولدة من طرف العنفة و يعمل على تحويلها الى طاقة كهربائية.
كيف ؟
تعمل الرياح على تدوير العنفات الثلاث الخاصة باعمدة الطاقة الريحية هذا معناه انه يتم انه يتم توليد قوة دافعة ناتجة عن حركة الرياح على مساحة العنفة. وبهذا نحصل على حركة دوران عنفات الطاقة الريحية.
بسبب المقاومة الميكانيكية للهواء تدور عنفات الرياح بسرعة منخفظة لدى من المستحيل توليد تردد كهربائي كافي للمولد لهذا السبب يتم ربط بين المولد والعنفات مايسمى المضاعف للحصول على سرعة عالية مقارنة مع سرعة دوران العنفات.
يتواجد ايضا بداخل الكنة مكبح لكبح دوران العنفة عندما يتم تجاوز سرعة الرياح قوية (80كلم/ساعة فما فوق).
تنقل الكهرباء المولدة من طرف المولد عن طريق كابلات كهربائية الى قاعدة العمود حيث يتواجد محول رافع للفولطية.
عنفات الرياح يجب ان تكون دائما موجهة للرياح لكي يتم الاستخلاص القصوي للطاقة، لكن يمكن ان يتغير اتجاه الرياح في أي لحظة. لهذا يتم تثبيت مستشعر السرعة يعمل هذا المستشعر على قياس سرعة واتجاه الرياح.
الفارق بين اتجاه الرياح والعنفات يتم ارساله الى متحكم الكتروني والذي بدوره يرسل الاشارة الى نظام مضمن هذا النظام بدوره يعمل تصحيح هذا الفارق بالاعتماد على محركات تعمل على تدوير الناسيل، وبهذه العملية تبقى العنفات دائما موجهة وجها لوجه مع اتجاه الرياح.
طول عنفات الرياح والسارية
يتم تحديد ارتفاع توربينات الرياح بطول السارية، بالإضافة إلى طول العنفة.
- يجب أن تكون السارية أكبر من العنفة (وإلا فإنها ستلامس الأرض أثناء الدوران)
- يتراوح طول العنفات عمومًا بين 50 و 65٪ من طول السارية
- يجب ألا تقل السارية عن 3 أمتار من الأرض.
يبلغ ارتفاع سارية الطاقة الريحية ذات المحور الأفقي حوالي 20 مترًا بالنسبة لتوربينات الرياح الصغيرة، وأكثر من ضعف طول العنفة في التوربينات الكبيرة. أي اذا كان على سبيل المثال طول العنفة 50 متر فسيكون طول السارية حوالي 100 متر.
في عام 2017، بلغ أكبر طول للتوربينات حوالي 187 مترًا بقوة 9.5 ميجاوات. في عام 2019، وصل نموذج Haliade X ، الذي تم تركيبه في روتردام ، بقوة 12 ميجاوات ، إلى 260 مترًا في الارتفاع.
اريد ان اشير هنا الى انه كلما كان قطر العنفات كبيرا، كلما زادت القدرة الكهربائية المولدة من قبل توربينات الرياح.
فيما يلي بعض قيم القدرة الكهربائية (نظريا) وفقًا لقطر العنفات :
0.4كيلوواط لـ 1 متر
1.6 كيلو واط ل 2 م
10 كيلو واط ل 5 أمتار
40 كيلو واط ل 10 م
300 كيلو واط لـ 30 م
750 كيلو واط ل 50 م
3000 كيلو واط لـ 100 متر
5000 كيلو واط لـ 125m ؛
8000 كيلو واط لـ 150 متر.
الطاقة التي تنتجها توربينات الرياح
يتم التمييز أيضًا بين "طاقة الرياح الكبيرة"، نتحدث هنا عن التوربينات التي تنتج مايزيد عن 350 كيلوواط ، وطاقة الرياح متوسطة الطاقة (بين 36 و 350 كيلوواط 7) وطاقة الرياح الصغيرة (أقل من 36 كيلوواط 7).
تعليقات
إرسال تعليق