توربينات توليد الكهرباء من الرياح
لإنتاج الكهرباء على نطاق صناعي يتم استخدام مولدات الرياح عالية الطاقة. عادة ما تكون هذه الطواحين الهوائية عملاقة وثلاثية الشفرات ذات محور دوران متوازي. أصبحت توربينات توليد الكهرباء من الرياح منتشرة على نطاق واسع حيث يمكن بناؤها بأشكال مختلفة لكن معظم الشركات تفضل استخدام الشكل التقليدية.دعونا نشرح لكم في طيات هذه المقالة كيفية عمل توربينات توليد الكهرباء من الرياح،أنواعها،مكوناتها وفي الأخير أهم مميزاتها وعيوبها.
كيف تعمل توربينات توليد الكهرباء من الرياح
الرياح هي شكل من أشكال الطاقة الشمسية. تحدث الرياح بسبب التسخين غير المتكافئ للغلاف الجوي بفعل الشمس والبنية غير المنتظمة لسطح الأرض ودورانها. تتغير مسارات تدفق الرياح من خلال مناظر الطبيعة للأرض وكتل الماء والنباتات.
يستخدم البشر الرياح أو طاقتها لعدة أغراض نجد منها: الإبحار والطيران وحتى لتوليد الكهرباء.
تعمل توربينات الرياح على تحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة ميكانيكية والتي يمكن استخدامها لعدد من المهام المحددة مثل: طحن الحبوب أو ضخ المياه.
تعمل جميع مولدات الرياح وفقًا لنفس المبدأ إذ تقوم الرياح بتدوير الشفرات وتنقل الشفرة الدوران إلى الدوار مما ينتج عنه تيارًا.بعد التحولات في وحدة التحكم والعاكس يكتسب الخصائص اللازمة للمستهلك (التردد 50 هرتز ، الطاقة 220 فولت). تتراكم الطاقة في البطاريات.
أنواع توربينات توليد الكهرباء من الرياح
هناك نوعان من أنواع توربينات الرياح الرأسي والأفقي . كل نوع له إيجابياته وسلبياته بما في ذلك الاقتصادية منها.
أفقية المحور
يسمح الترتيب الأفقي للمحور باستخدام طاقة الرياح في أي اتجاه وهو ما لا يمكن قوله عن طاحونة هوائية عمودية والتي يجب توجيهها في اتجاه الريح. من ناحية أخرى في الرياح الخفيفة ستكون الكفاءة أقل خاصة مع الشفرات المنخفضة.
تشمل المزايا أيضًا القدرة على التثبيت على أي سطح سقف ، مقطورة ، منصة خاصة. لا يشغل الهيكل مساحة كبيرة بما في ذلك الارتفاع. تكلفتها أقل من تكلفة توربينات الرياح العمودية.
تعمل توربينات الرياح الأفقية لمنزل خاص بكفاءة أكبر وباتساق أكبر من التوربينات الرأسية. تحدث حالات السقوط والانسداد بشكل أقل حيث يمكن تثبيت الآلية على ارتفاع منخفض – يصل إلى 1.5 متر.
عمودية المحور
تعتبر مزارع الرياح العمودية أكثر شيوعًا لأنها تعتبر أكثر إنتاجية. إذا تم وضع الشفرات على ارتفاع عالٍ حيث تكون الرياح أقوى يمكن لتوربينات توليد الكهرباء من الرياح الرأسية أن تنتج طاقة لكل وحدة زمنية أكثر من التوربينات الأفقية. هذا النوع مفضل لبناء مزرعة رياح.
هناك أيضًا عيوب على سبيل المثال: طلب المزيد من المواد الاستهلاكية وبالتالي فإن التصميم أكثر تكلفة. التثبيت معقد ويتطلب استخدام معدات خاصة.
من أجل استقرار إنتاج الطاقة في المنازل يوصى بتركيب مولدات الرياح الرأسية والأفقية.
مكونات توربينات توليد الكهرباء
تشمل المكونات الرئيسية لنظام توربينات الرياح العناصر التالية:
مولد : ضروري لشحن البطاريات حيث تحدد قوتها مدى سرعة شحن البطاريات. مطلوب أيضا مولد لتوليد التيار المتردد يعتمد التيار والجهد للمولد على سرعة الرياح واستقرارها.
الشفرات : تحرك عمود المولد بفضل الطاقة الحركية للرياح.
الصاري: كلما ارتفع الصاري زادت قوة الرياح وثباتها. ومن ثم يتبع ذلك كلما ارتفع الصاري زاد خرج المولد. تأتي الصواري في مجموعة متنوعة من الأشكال والارتفاعات.
المكونات الإضافية المطلوبة لتوربينات توليد الكهرباء :
جهاز التحكم: يتحكم في العديد من العمليات مثل تدوير الشفرات وشحن البطاريات ووظائف الحماية وما إلى ذلك. فهو يحول التيار المتردد الذي يولده المولد إلى تيار مستمر لشحن البطاريات.
البطاريات القابلة لإعادة الشحن : تقوم بتخزين الكهرباء لاستخدامها في ساعات الهدوء. كما أنها تعادل وتثبت جهد الخرج من المولد. بفضلهم ، تحصل على جهد كهربائي ثابت دون انقطاع حتى في الرياح العاصفية.
الأنيمومتر و دوارة الرياح: مسؤولان عن جمع البيانات حول سرعة الرياح واتجاهها في منشآت الطاقة المتوسطة والعالية.
مفتاح إمداد الطاقة التلقائي: يقوم بالتبديل تلقائيًا بين مصادر الطاقة المتعددة في غضون 0.5 ثانية عند فشل مصدر الطاقة الرئيسي. يسمح لك بدمج توربينات الرياح وشبكة الطاقة العامة ومولد الديزل ومصادر الطاقة الأخرى في نظام آلي واحد.
هام: لا تسمح لوحة التحويل الاوتوماتيكي ATS لشبكة كائن واحد بالعمل في وقت واحد من مصدرين مختلفين للطاقة!
العاكس : يحول التيار من التيار المستمر الذي يتراكم في البطاريات إلى تيار متردد تستهلكه معظم الأجهزة الكهربائية.
مميزات وعيوب توربينات الرياح
مميزات توربينات توليد الكهرباء من الرياح
إن بساطة وموثوقية مولدات الرياح المصنوعة باستخدام توربينات الرياح ليست المزايا الوحيدة لهذه الوحدات بالإضافة إلى ذلك تشمل مزايا استخدام توربينات الرياح ما يلي:
- القدرة على العمل في تدفقات الرياح المنخفضة بسرعة 2 أمتار في الثانية.
- حساسية عالية لتيارات الرياح.
- القدرة على العمل بسرعات هواء عالية تصل إلى 60 متر في الثانية.
- مع نفس الأبعاد الكلية يتمتع مولد الرياح المجهز بتوربينات بقدرة أكبر وكفاءة أعلى مقارنة بوحدات الريشة.
- آمن بالنسبة للحيوانات التي تعيش في موقع تركيبه.
- لا ينتج الأشعة تحت الصوتية التي تضر بالإنسان والحيوان.
- تكلفة أقل مقارنة بتصميمات المجذاف.
- سهولة أعمال التجميع نتيجة تركيب أغلبية العناصر الرئيسية في المصنع.
- البساطة وسهولة الصيانة.
- عمر الخدمة طويل.
عيوب توربينات توليد الكهرباء من الرياح
- الرياح هي ظاهرة جوية لا تخضع للإنسان لذلك من المستحيل التنبؤ بها لفترة طويلة بقوة تدفقها واتجاه حركتها.
- نظرًا لتغير قوة تدفق الرياح من الضروري توفير قدرات كهربائية كبيرة لتجميع الطاقة المتولدة.
- التكلفة العالية لمجموعة من المعدات.
- من الضروري حساب الجدوى الاقتصادية بالتزامن مع خريطة الرياح للمنطقة المختارة قبل تركيب توربينات الرياح عالية الطاقة.
