من الأساليب الجديدة والمبتكرة لتوليد الطاقة النظيفة المفيدة والمستدامة هو استخدام التوربينات الهوائية لتسخير طاقة الرياح. فهذه التوربينات تعمل على تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية يمكن استخدامها لتشغيل المعدات والأجهزة بشكل عام، ولا سيما في توليد الكهرباء. في هذا المقال، سنكشف لك أهم أنواع التوربينات الهوائية وكيفية عمل كل منها، فلا تفوت فرصة التعرف عليها!
 |
| تعرف علي أهم أنواع توربينات الرياح وكيفية عملها |
كيف تعمل توربينات الرياح
قبل ان نتعرف علي انواع التوربينات الهوائية يجب علينا معرفة كيفية عمل توربينات الرياح؟ يتم إستخدام الطاقة الحركية للرياح في توليد الكهرباء من التقنيات الحديثة والمستدامة في العالم بإعتبارها واحدة من اهم مصادر الطاقة البديلة.
فعندما تمر الرياح على شفرات التوربين، تتحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية، ويمكن توصيل هذه الطاقة مباشرة إلى الشبكة الكهربائية أو تخزينها للاستخدام المستقبلي.
ويحتوي التوربين على ريش دوارة تُحمل على عمود ومولد كهربائي يحول الحركة الدورانية للعمود إلى طاقة كهربائية. وتتوفر توربينات الرياح بأحجام وأشكال مختلفة، ويمكن وضعها في مناطق مفتوحة وعالية أو على السواحل حيث تكون الرياح أكثر قوة واستمرارية.
ويعتبر صيانة توربينات الرياح مهمة للحفاظ على عمل التوربينات بسلاسة ومنع التوقف عن العمل، والاستفادة من هذه التقنية المستدامة في توليد الكهرباء بطريقة نظيفة وآمنة للبيئة.
تصنيف توربينات الرياح
تتضمن مجال توربينات الرياح الكثير من التنويع والتصنيفات، فهناك تصنيفات فرعية وتفاصيل تتعلق بتقنيات التصنيع وحجم الأجهزة والمزايا والمواقع المثالية لتركيبها. يعمل العديد من المصنعين على تطوير توربينات الرياح بشكل مستمر لضمان تحسين نظام الانتاج وتوفير كفاءة أكبر.
يمكن تصنيف توربينات الرياح بشكل عام بحسب محور الدوران إلى توربينات أفقية المحور وتوربينات رأسية المحور، بينما توجد تصنيفات أخرى بناءً على تصميم العنفات. على الرغم من تنوع التصنيفات، إلا أن تلك التنوعات والتفاصيل تعزز قدرتنا على استخدام توربينات الرياح بكفاءة وفعالية أكبر في التوليد الكهربائي المستدام والأكثر نظافة للبيئة.
محور الدوران في توربينات الرياح
تحتوي المغزل الخاص بتوربين الرياح على عدة مكونات، منها علبة التروس والمولد.
- وعلبة علبة التروس على تحويل حركة الدوران من المحور العمودي للتوربين إلى المحور الأفقي المربوط بالمولد.
- بينما يعمل المولد على تحويل الطاقة الميكانيكية التي تنتج عن حركة الدوران إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام.
- وتحتوي المغزل أيضًا على الأجنحة التي تدور حول المحور العمودي بفعل الرياح وتساعدها إلى الدوران.
هذه الأجنحة تصمم بشكلٍ منحنيٍّ وفعاليةٍ في جمع طاقة الرياح وتحويلها إلى حركة دورانية للتوربين.
أنواع التوربينات الهوائية
وبعد ان تطرقنا في موضوعنا عن محور دوران التوربين، حان الوقت لنتعرف سويا علي أنواع عنفات الرياح وكيفية تصنيفها حسب محور العنفة بالنسبة إلى الرياح. وفيما يلي قائمة بأهم الأنواع:
1. التوربينات الهوائية ذات المحور الأفقي
وتعتبر توربينات المحور الافقي الأكثر استخداماً من بين انوع العنفات الهوائية وهي ما يُعرف بـ "طواحين الهواء". يتحرك شفرات الطاحونة بشكل مستوٍ حول المحور بفعل حركة الرياح، وهو ما يسمح بتوليد الكهرباء.
2. التوربينات الرأسية المحور
وهي عبارة عن أنواع صغيرة تعمل بسرعات منخفضة، وتستخدم بشكل رئيسي لتوليد الطاقة في المواقع الحضرية.
3. توربينات القناة
وصممت هذه التوربينات خصيصاً للاستخدام في الأماكن التي تتمتع بتيارات مائية قوية، وتستخدم تلك العنفات في توليد الكهرباء.
4. توربينات محور الدوران الأفقي بدون مداخل
ويعتمد هذا النوع من التوربينات الهوائية على مبدأ التصاميم البسيطة، وهو يعتبر من أكثر الأنواع فعالية في توليد الطاقة.
5. التوربينات البحرية
يستخدم هذا النوع من التوربينات في توليد الطاقة الكهربائية والماء العذب ويتم تركيبها في المياه العميقة.
وبالتالي، يمكن القول إن أنواع توربينات الرياح تختلف بين أنواع الأفقية والرأسية، وتتميز كل نوع بميزات وعيوبه الخاصة. ويمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية والحضرية والزراعية.
طاقة الرياح: نوعية وعوامل زيادة الكفاءة
تعتبر طاقة الرياح من أنواع الطاقة الكهروميكانيكية التي تستخدم عنفات الرياح لإنتاج الطاقة الكهربائية. وتصمم شفرات العنفات الكهروهوائية لالتقاط الطاقة الحركية للرياح بأكبر كفاءة ممكنة.
كما يوجد تقسيم لسوق طاقة الرياح حسب الموقع ونوع المعدات المستخدمة. ويستهدف الاستثمار في هذا القطاع زيادة إنتاج الكهرباء وتحسين إدارة تكاليف الصيانة. كما يهدف القطاع أيضاً إلى تنشيط الابتكار في مجالات توليد الطاقة النظيفة بالرياح والشمس وزيادة كفاءة استخدام الطاقة.
وبارتفاع سعر الكهرباء يصبح الاستثمار في طاقة الرياح والشمس أكثر جاذبية. ويتم قياس الكفاءة والحفاظ عليها بشكل دوري لتحديث تقنيات الطاقة وتطويرها.
أنواع العنفات الريحية
1. العنفات الريحية ذات المحور الأفقي (HAWT): هذا النوع يتألف من محور دوران موازي لسطح الأرض، ويتضمن العنفات المنخفضة السرعة والعالية السرعة.
2. العنفات الريحية ذات المحور العمودي (VAWT): محور الدوران في هذا النوع هو عمودي بدلاً من أن يكون أفقياً، ولذلك فإنها تعمل بشكل أفضل في مناطق الرياح الغير مساعدة.
3. العنفات الريحية المغمورة (Savonius wind turbines): تستخدم هذه العنفات الأجزاء المنخفضة والعالية السرعة للرياح وتكون عمومًا أكثر فعالية في الأماكن التي تتضمن رياحًا خافتة.
4. العنفات البحرية (Offshore wind turbines): تستخدم هذه العنفات لتوليد الكهرباء من رياح البحر وتستخدم في المناطق المحيطية وعمومًا تكون أكبر حجمًا لتحمل ظروف الطقس القاسية.
هذه هي بعض أنواع العنفات الريحية الشائعة. يجب الانتباه إلى أن كل نوع له مزايا وعيوب، لذلك يجب التفكير جيدًا في استخدام العنفة المناسبة لمنطقتك.
تصنيف توربينات الرياح منزلية
والان جاء دور تقديم تصنيف تعريفي لتوربينات الرياح المنزلية بشكل سريع وموضوعي. هناك 3 طرق رئيسية لتصنيف توربينات الرياح المنزلية:
1- حسب الاستطاعة: ترتبط هذه الفئة بالقدرة الكهربائية للتوربين، وفيها تصنف التوربينات الصغيرة التي تولد أقل من 10 كيلوواط.
2- حسب محور الدوران: يمكن تصنيف التوربينات إلى ثلاث فئات تبعًا لمحور دورانها. توربينات الرياح ذات المحور الرأسي (VAWTs) لديها محور دوران عمودي مرتبة عموديًا، في حين تتميز توربينات الرياح ذات المحور الأفقي بمحور دوران أفقي.
3- حسب الاستخدام: يمكن تصنيف التوربينات حسب الغرض الذي تستخدم فيه، فتوجد توربينات صغيرة للاستخدام المنزلي، بجانب توربينات أكبر للاستخدام في الصناعة وتوليد الكهرباء على نطاق واسع.
ويمثل نوع التوربينات ذات المحور الأفقي حوالي 95٪ من جميع توربينات الرياح المتصلة بشبكات الكهرباء في العالم. كما تتوفر توربينات الرياح المنزلية الصغيرة، التي يمكن استخدامها في المنازل الصغيرة والشركات الصغيرة.
علاوة على ذلك، يعتمد أداء توربين الرياح على عدة عوامل، منها متوسط سرعة الرياح المحلية وحجم الشفرات الدوارة. وبناءً على ذلك، يمكن اختيار التوربين الأنسب للاستخدام المخطط له.
في النهاية، يمكن القول بأن توربينات الرياح المنزلية تشكل بديلاً رائعاً للمصادر التقليدية للطاقة، وقد تساعد في تحقيق التوازن البيئي وتوفير التكاليف المرتبطة بالطاقة.
أنواع مولدات التوربين
والان سنقوم بعرض عليكم عددًا من أنواع مولّدات التوربينات الكهربائية المتوفرة في السوق:
1- مولد توربين الرياح
تم تصنيع هذا المولد بقوة 12 فولت 400 واط مع وحدة تحكم بالشحن هجينة بقوة 30 امبير، ويستخدم هذا النوع من المولدات كوحدة تحكم تُشحن عبر الطاقة الشمسية والرياح.
2- توربينات الرياح
هي أجهزة تحول طاقة الرياح إلى طاقات حركية منحنية، ويزود هذا النوع من التوربينات بمولد كهربائي لشتغيل الآلات.
3- مولدات التوربينات البخارية
تتطلب مصدرًا خارجيًا للوقود لتسخين المياه، وتستخدم الدوران الناتج عن توربين بخاري عالي الضغط لتوليد الكهرباء في مولد مرفق.
4- مولدات التوربينات الهيدروليكية
تستخدم الحركة الميكانيكية الناتجة عن تدفق المياه في المشاريع الهيدروليكية لتوليد الكهرباء في المولد.
5- مولدات التوربينات الغازية
تعتمد هذه المولدات على حرق الغاز الطبيعي لتسخين المياه وتوليد الكهرباء.
إذا كنت تبحث عن مولد كهربائي، فعليك التحقق من مواصفات كل منتج قبل اتخاذ القرار النهائي.
إنتاج طاقة توربينات الرياح وتطبيقاتها
أستخدم طاقة الرياح لتوليد الكهرباء بواسطة توربينات الرياح، وهي تقنية تعتبر من أنواع الطاقة الكهروميكانيكية. يمكن استخدام توربينات الرياح لتوليد الطاقة الميكانيكية التي يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات، مثل ضخ مياه، الري، تجفيف الحبوب وتسخين المياه.
يمكن استخدام طاقة الرياح كبديل للوقود الأحفوري في توليد الطاقة والذي تكلمنا عنه في مقالنا عن: ايجابيات وسلبيات الطاقة غير المتجددة، وهذا يخفف من الانبعاثات الضارة للغاية التي تنتج عن حرق الوقود الأحفوري. كما يتم استخدام تصميمات مبتكرة لتحسين أداء توربينات الرياح وتقليل تكلفتها.
توربينات رأسية وأفقية المحور في طاقة الرياح
تتنوع توربينات الرياح بحسب محور دوران العنفة، وتنقسم إلى نوعين رئيسيين، توربينات رأسية المحور وتوربينات أفقية المحور. وتعتبر توربينات الرياح الرأسية هي الأكثر شيوعًا في الأماكن الصغيرة والفضاءات المحدودة، في حين تستخدم توربينات الرياح الأفقية في المزارع الكبيرة والأماكن الواسعة.
وتتفاوت هذه التوربينات من حيث التصميم والحجم والارتفاع، مما يؤثر على مدى استفادتها من الرياح. ومن أشهر أنواع توربينات الرياح الرأسية، توربينة داريوس التي تأخذ شكل مضرب البيض، وتشغل دورًا هامًا في إنتاج الكهرباء المتجددة.