باعتبارها من مصادر الطاقة البديلة تقوم مزارع الرياح على تحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية ملائمة للاستخدام. توربينات الرياح تنتج الطاقة الكهربائية للاحتياجات المنزلية أو الصناعية.ما هي توربينات الرياح؟ ما توربينات الرياح الأكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة؟وما الفرق بين أنواع توربينات الرياح؟ كل هذه الأسئلة سيتم الإجابة عنها في هذا المقال الذي أعددناه لكم.
ما هي أنواع توربينات الرياح؟
تختلف توربينات الرياح في اتجاه محور الدوران بالنسبة لاتجاه الرياح وفي نوع التوربينات الهوائية.وفقًا لاتجاه محور الدوران هناك نوعان أساسيان من توربينات الرياح:
- توربينات رياح ذات محور دوران رأسي.
- توربينات رياح ذات محور دوران أفقي.
تمثل توربينات الرياح ذات المحور الأفقي حوالي 95٪ من جميع توربينات الرياح المتصلة بشبكات الطاقة.
تختلف توربينات الرياح اختلافًا جوهريًا في القوة التي تستخدمها للتحول إلى قوة ميكانيكية – ضغط الرياح أو الرفع. تعتمد كفاءة توربينات الرياح بشكل كبير على هذه الخاصية.
الفرق بين أنواع توربينات الهواء
تتمتع توربينات الرياح التي تستخدم قوة ضغط الرياح بكونها تعيش لمدة أطول. لكن العلم والخبرة أثبتا منذ فترة طويلة كفاءتها المنخفضة للغاية مقارنة بالمروحة أو غيرها من الأجهزة التي تستخدم رفع الجناح. هذا يشبه إلى حد كبير عجلات المجذاف لبواخر ما قبل الثورة مقارنة بالمروحة المعتادة لأي سفينة أو قارب حديث. تتمتع توربينات الرياح هذه باستهلاك كبير للمواد وبالتالي تكلفة وحدة عالية.
عنفات هوائية ذات محور دوران أفقي.
تتميز توربينات الرياح المتعامدة ذات المحور الرأسي للدوران والتي تستخدم رفع الجناح بكفاءة أقل قليلاً من توربينات المروحة. وبالتالي فإن كفاءتها تكون عالية لكن هذه التوربينات العمودية المحورية لها عيب آخر فهي لا تستطيع البدء في الدوران من تلقاء نفسها ولتشغيلها تحتاج إلى تدويرها إما من الشبكة أو بمساعدة توربينات رياح أخرى لها عزم بدء .
عنفات هوائية ذات محور دوران رأسي
تعد توربينات الرياح ذات المحور الرأسي أقل كفاءة بشكل عام من توربينات الرياح ذات المحور الأفقي للأسباب التالية:
- تتعرض الشفرة لمقاومة أثناء الدوران لأنه في جزء من المسار يجب أن تتحرك عكس اتجاه الريح. غالبًا ما يتم تثبيت توربينات الرياح الرأسية على ارتفاع منخفض (أرض أو سطح مبنى) حيث تكون سرعة الرياح أقل.
- تعاني توربينات الرياح الأفقية من مشاكل الاهتزاز. مثل الضوضاء والتآكل الأسرع على هيكل الدعم نظرًا لأن تدفق الهواء يكون أكثر اضطرابًا على ارتفاعات منخفضة.
مواصفات توربينات الرياح
تحميل المولد من كتلة توربينات الرياح إذا كان مثبتًا على نفس العمود مع المولد.
معلمة مهمة لتوربينات الرياح هي سرعتها. السرعة هي نسبة السرعة الخطية للشفرة إلى سرعة الرياح. تكون سرعة توربينات الرياح التي تستخدم قوة ضغط الرياح دائمًا أقل من 1.
تشتمل توربينات الرياح هذه على دائري وكوب وأنواع أخرى مماثلة من توربينات الرياح. سرعة دوار تزيد قليلاً عن الوحدة لأنه بالإضافة إلى قوة ضغط الرياح فإنه يستخدم أيضًا قوة رد الفعل. بالنسبة لتوربينات الرياح التي تستخدم رفع الجناح تكون سرعة الشفرة أكبر من سرعة الرياح.ومن المفارقات أنه كلما قل عدد الشفرات في عجلة الرياح زادت كفاءتها.
تم التحقق من ذلك من خلال الدراسات النظرية ومن خلال النفخ في نفق الرياح. على الرغم من أن الفرق بين 1 ، 2 ، 3 ريش لا يكاد يذكر .ومع ذلك مع انخفاض عدد الشفرات يتناقص عزم الدوران أيضًا ويتدهور الأداء عند سرعات الرياح المنخفضة. تواجه توربينات الهواء أحادية الشفرة أيضًا مشكلة خطيرة في التوازن وموثوقية توربينات الرياح.
توربينات الرياح ذات الشفرات 2-3 هي توربينات عالية السرعة ذات كفاءة أعلى وسرعة دوران أعلى. لكن في نفس الوقت يكون لها عزم دوران منخفض للدوار. لذلك من المفيد الجمع بين مولدات الرياح عالية السرعة ومولد كهربائي. لأن المولد الكهربائي لديه سرعة دوران عالية لتحسين خصائص الوزن والحجم وعزم دوران منخفض.
عادةً ما تعمل توربينات الرياح متعددة الشفرات بطيئة السرعة جنبًا إلى جنب مع مضخات المياه التي لها عزم دوران كبير وسرعة أقل. تعد مولدات الرياح عالية السرعة ذات الشفرات الثلاثية أكثر انتشارًا من مولدات الرياح ذات الشفرات 1-2 على الرغم من تكلفتها العالية.
يولد الدوار ذو الشفرات الثلاث اهتزازًا أقل ويبدو أكثر إرضاءً من الناحية الجمالية لذلك في جميع أنحاء العالم يتم التعرف على العدد الأمثل من ريش توربينات الرياح ذات المحور الأفقي على أنه 3.
ما الذي يحدد قوة توربينات الرياح؟
تعتمد طاقة توربينات الرياح على سرعة الرياح ومنطقة الانجراف وكفاءة توربينات الرياح. هذه هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على الطاقة (وبالتالي الطاقة) التي تولدها توربينات الرياح. يتأثر التوليد أيضًا باضطراب تدفق الرياح ، وكثافة الهواء ، وتوحيد توزيع سرعة الرياح على المنطقة المنجرفة.
سرعة الرياح عنصر أساسي في تصميم واستخدام توربينات الرياح. تتناسب الطاقة المولدة مع سرعة الرياح و قطر الدوار هذا يعني أنه عند مضاعفة سرعة الرياح يزداد خرج الطاقة المحتمل بمقدار 8 مرات وبالتالي فإن توربينات الرياح التي تعمل بمتوسط سرعة 6 م / ث تولد طاقة أكبر بنسبة 44٪ من سرعة 5 م / ث.
إذا تم تحديد سرعة الرياح حسب المكان الذي يتم فيه بناء توربينات الرياح فإن قطر دوارها يكون عنصرًا هيكليًا وتعتمد قيمته على العديد من معايير التصميم. في أغلب الأحيان يتم حل المشكلة العكسية: يتم تعيين القوة المتوقعة لـ WIND TURBINE ومن ثم يتم تحديد القطر المطلوب بسرعة تصميم معينة.
متى يكون من المفيد استخدام مولد الرياح؟
تعتبر محطات طاقة الرياح أكثر فائدة للاستخدام في الأماكن التي يكون فيها من المستحيل بناء شبكة طاقة مشتركة أو يكون الاتصال مكلفًا للغاية وكذلك في الأماكن التي يكون فيها انقطاع التيار الكهربائي متكررًا. من المنطقي تركيب محطات طاقة الرياح إذا تجاوز متوسط سرعة الرياح السنوية 3 م / ث في مكان التكوين.
في الحالة العامة بمتوسط سرعة رياح سنوية تزيد عن 4 م / ث على ارتفاع 10 م في هذا الارتفاع يتم تثبيت أجهزة قياس شدة الرياح في محطات الأرصاد الجوية الأجهزة التي تقيس سرعة الرياح يمكن استخدام توربينات الرياح بشكل فعال والرياح بسرعة منخفضة مناسبة لأجهزة رفع المياه.
يحدث التطبيق الأكثر فعالية من حيث التكلفة لـ WIND TURBINES إذا تم دمج أنواع توربينات الهواء في مجموعات وهي تسمى محطات الطاقة الهوائية. تتراوح قوتهم من مئات الكيلوواط إلى مئات الميجاوات. لم يتم تصميم توربينات الرياح عالية الطاقة للتشغيل المستقل أو للعمل بالتوازي مع بعضها البعض. لذلك بمجرد إيقاف تشغيل خط نقل الطاقة الذي يربط WIND TURBINE بنظام الطاقة تتوقف مزرعة WIND أيضًا.
عادة عند التصميم يتم توفير الاتصال بخطي طاقة من نقاط مختلفة في نظام الطاقة. بالنسبة لتوربينات الرياح الفردية ومحطات طاقة الرياح الصغيرة التي توفر حمولة معينة فإنك تحتاج إلى مصدر طاقة احتياطي. (مولد ديزل ، ومحطة توربينات غازية ، وبطاريات شمسية).
مقالات ذات صلة:
