طاقة الرياح و طواحين الهواء لتوليد الطاقة
تتكون الرياح من هواء متحرك وتتكون من جزيئات غازية. لتوليد الطاقة ان الطاقة الحركية لأي جزيء هواء مفرد تساوي نصف كتلته مضروبة في مربع سرعته. عندما تهب الرياح ، فإن كتلة الهواء التي تمر عبر أي منطقة معينة تساوي المنطقة مضروبة في سرعة الرياح مضروبة في كثافة الهواء. عند وضع هاتين القطعتين معًا ، فإن الطاقة الموجودة في الرياح التي تهب عبر منطقة معينة تساوي نصف كثافة الهواء مضروبة في المنطقة مضروبة في السرعة مكعبة. طريقة سريعة لحساب قوة الرياح ، بالواط لكل متر مربع ، هي ضرب مكعب سرعة الرياح بالأمتار في الثانية في 0.625. إذا كانت سرعة الرياح بالأميال في الساعة ، فستضرب المكعب في 0.056. هذا يعني أن الرياح التي تبلغ سرعتها 12 مترًا في الثانية (ما يزيد قليلاً عن 5 أميال في الساعة) تحمل ما يقرب من 1100 واط لكل متر مربع ، بينما يحمل نسيم 4 أمتار في الثانية (أقل من 2 ميل في الساعة) 40 واط فقط لكل متر مربع. إن سرعة الرياح الأكبر بثلاث مرات تحمل 27 ضعفًا من الطاقة.
ما مقدار الطاقة التي تولدها توربينات الرياح؟
توربينات الرياح قادرة على تدوير شفراتها على سفوح التلال ، في المحيط ، بجوار المصانع وفوق المنازل. قد تبدو فكرة السماح للطبيعة بتوفير الطاقة المجانية لمنزلك جذابة ، ولكن من المهم أن تتعلم كيفية حساب ناتج توربينات الرياح قبل شراء واحدة – ومن المهم بشكل خاص فهم الفرق بين السعة المقدرة للآلة والإنتاج الفعلي لك يمكن أن تتوقع منه. تحقق من خرائط الرياح التي يقدمها المختبر الوطني للطاقة المتجددة لمعرفة ما إذا كانت سرعة الرياح وتوفرها في منطقتك تجعل طاقة الرياح خيارًا جيدًا لمنزلك.
سرعة الرياح لـ توليد الطاقة
تتكون معظم توربينات الرياح من شفرات مثبتة على الدوار تشبه مراوح الطائرات. عندما ينفخ الهواء من خلالها ، فإنهم يتسببون في قيام الدوار بإدارة العمود الذي يشغِّل مولدًا كهربائيًا. يتم إيقاف تشغيل معظم التوربينات تلقائيًا عندما تصل سرعة الرياح إلى حوالي 88.5 كيلومترًا في الساعة (55 ميلًا في الساعة) لمنع الضرر الميكانيكي. هذا يقلل من إنتاج الكهرباء عند حدوث رياح شديدة ويحتاج الناس إلى طاقة مستمرة من الرياح. كما أنها لا تنتج الكهرباء إذا كانت الرياح تهب ببطء شديد. إذا انخفضت سرعة الرياح بمقدار النصف ، فإن إنتاج الطاقة ينخفض بمقدار ثمانية أضعاف. يحدد الوقت الذي تكون فيه ظروف الرياح مثالية في منطقة معينة مدى توفر توربينات الرياح. تستقبل التوربينات الموجودة في مواقع أعلى مزيدًا من الرياح ، مما يؤدي إلى إنتاج أكبر.
ماهي الكفاءة التي تعمل بها توربينات الرياح
تستخدم توربينات الرياح الحديثة مجموعة متنوعة من التصميمات التي تهدف إلى مساعدتها على التقاط الرياح بشكل أكثر كفاءة. تعتبر الكفاءة قيمة مهمة يجب معرفتها عند تقييم توربينات الرياح. في عالم مثالي ، يمكن للتوربين أن يحول 100 في المائة من الرياح التي تمر عبر الشفرات إلى طاقة. نظرًا لعوامل مثل الاحتكاك ، فإن هذه الآلات تتمتع فقط بتصنيفات كفاءة تتراوح بين 30 في المائة و 50 في المائة من ناتج الطاقة المقدر. يتم حساب خرج الطاقة على النحو التالي:
كيف يتم إنتاج طاقة الرياح؟ (توليد الطاقة)
تأتي الطاقة في الرياح من التسخين الشمسي غير المتكافئ للغلاف الجوي. يعود استخدام الرياح للحصول على الطاقة إلى أقدم السفن الشراعية. على الأرض ، طبقت طواحين الهواء مبدأ الأشرعة على عمود الدوران ، لحصد الطاقة الميكانيكية للرياح لتوفير الطاقة الميكانيكية. تعمل طواحين الهواء الصغيرة في المزارع على تشغيل مضخات المياه ، وقد تم ربط بعضها بمولدات السيارات لتوليد الكهرباء في المزرعة قبل بناء شبكة التوزيع الكهربائي. الآن توفر توربينات الرياح الضخمة الطاقة لتلك الشبكة.
كيف تعمل توربينات الرياح الحديثة
تشمل المكونات الأساسية لتوربينات الرياح الحديثة الشفرات الدوارة المركبة على عمود منخفض السرعة ، وعلبة تروس تربط العمود منخفض السرعة بعمود عالي السرعة ، والذي يحول المولد. تحمي الفرامل النظام من السرعة الزائدة في الرياح التي تزيد عن 88 كيلومترًا في الساعة (55 ميلًا في الساعة). لا يوجد توربين فعلي. يقف النظام على برج طويل مع “محرك الانعراج” للتحكم في الاتجاه الذي سيواجهه التوربين ، كما وصفته وزارة الطاقة. يقيس مقياس شدة الرياح سرعة الرياح ، ويبدأ جهاز التحكم في تشغيل النظام أو يوقفه ، وفقًا لسرعة الرياح المقاسة.
كيفية قياس قدرة التوليد
يختلف حجم توربينات الرياح باختلاف التطبيق ، بدءًا من المنازل الفردية إلى التوربينات على نطاق المرافق المصممة في مزارع الرياح. تشرح مؤسسة طاقة الرياح كيف تختلف سعة التوليد باختلاف المساحة التي تجتاحها الدوارات ، وسرعات الرياح وحتى كثافة الهواء بسبب التغيرات في درجة الحرارة والارتفاع بالقدم المربع. تزداد الطاقة المتاحة في الرياح بمقدار مكعب السرعة – أي أن الزيادة المزدوجة في سرعة الرياح تنتج ثمانية أضعاف الطاقة. إن القياس الأكثر دقة لسعة التوربين في موقع معين هو “العائد المحدد” الذي ينتجه التوربين في السنة.
اعتبارات التصميم لمزارع الرياح
يتطلب اختيار وتصميم مزرعة رياح العديد من الخطوات والاعتبارات ، كما هو موضح من قبل الاتحاد العالمي لطاقة الرياح. تأتي أولاً المشكلات القانونية مثل التصاريح ثم مشكلات الموقع مثل كمية الرياح وجودة الأرض لدعم أبراج التوربينات والقرب المادي من شبكات الطاقة الحالية. يجب تأجير الأرض ، وتأمين العقود لبيع الطاقة التي تنتجها المنشأة. أبلغت بلومبرج بيزنس عن قدرة توليد طاقة الرياح المتوقفة في الصين ، بسبب عدم قدرة الشبكة على قبول الطاقة التي تنتجها المنشآت الموجودة في المواقع الواعدة بناءً على الرياح المتاحة.
مزايا وعيوب طاقة الرياح
الميزة الرئيسية لطاقة الرياح هي توافر الطاقة المجانية من الهواء المتحرك ، دون إحداث تلوث من احتراق الوقود. العيب الرئيسي هو عدم موثوقية الرياح. عندما لا تهب الرياح ، فإن الاستثمار في التوربينات لا يؤتي ثماره ويجب أن تعمل الشبكة حول مصدر طاقة متقطع. تحتاج الأنظمة غير الموجودة على شبكة الطاقة إلى جهاز تخزين مثل البطارية للاحتفاظ بالطاقة المولدة عندما لا يكون هناك ما يكفي من الرياح. تقارير ناشيونال جيوغرافيك عن مشاكل التوربينات التي تقتل الحياة البرية المجنحة ، والصعوبات في اعتماد تصاميم جديدة لإصلاح المشاكل. الضوضاء وحتى الظلال من التوربينات تسبب أيضًا مشاكل.
إستمتع بمشاهدة قناتنا لأجمل وألذ الوصفات
إقرأ أيضاً: الموسيقة التحولية
