الرياح هي حركة الغازات الموجودة في الغلاف الجوي للأرض، وهي تلعب تدورًا أساسيًا في المناخ والطقس، السبب وراء حركة الرياح هو الاختلاف في ضغط الهواء بين مناطق الأرض المختلفة، بالإضافة إلى دوران الأرض حول نفسها.
في الأماكن التي تهب فيها الرياح بقوة، يمكن استغلالها بشكلٍ فعال في توليد الطاقة الكهربائية عن طريق توربينات الرياح، وهي عبارة عن أعمدة مزودة بمراوح لتحويل الطاقة الحركية في الرياح إلى طاقة كهربائية.
إن الطاقة الكهربائية التي يتم توليدها من الرياح هي طاقة متجددة ودائمة (لا تنضب)، كما أنها طاقة نظيفة لا تسبب أي تلوث للبيئة ولا تساهم في تغيير المناخ أو ظاهرة الاحتباس الحراري. وذلك لأنها لا تطلق غاز ثاني أوكسيد الكربون كمنتج ثانوي.
ألية طاقة الرياح
مفهوم طاقة الرياح يعد من إحدى أشكال تحول الطاقة، حيث تتحول الطاقة الحركية للرياح عن طريق توربينات الهواء إلى طاقة كهربائية يمكن استخدامها.
تم استغلال طاقة الرياح منذ القدم، وذلك عن طريق طواحين الهواء التي كانت تستخدم لطحن الحبوب أو ضخ المياه. كما استخدمت طاقة الرياح في توجيه السفن الشراعية في البحار والمحيطات والأنهار، وإلى يومنا هذا، مازالت بعض السفن تستعين بهذه الطاقة.
طرق عمل توربينات الرياح
توربينات الرياح هي محركات مزودة بمراوح تعمل على توليد الطاقة الكهربائية، وهي تعتبر من أفضل مصادر الطاقة عل كوكبنا وأكثرها استدامة، حيث تمتاز بتوليد طاقة كهربائية دون الحاجة لإطلاق غازات الاحتباس الحراري التي تنتج عن حرق الوقود الأحفوري.
توربينات الهواء يتم استعمالها في وقتنا هذا لتحول الطاقة الحركية في طريق الرياح إلى طاقة كهربائية.
تتألف توربينات الرياح من 3 أجزاء هي:
- البرج (العمود) الذي هو عبارة عن ساق طويلة مثبتة بالأرض
- الشفرات المرتبطة بالمركز الرئيسي
- المحرك الذي يأخذ شكل صندوق خلف الشفرات ويوجد بداخلها المولد
يقوم المحرك في التوربينات بالدوران عند تعرضه للرياح القوية، ويكون مرتبط بقضيب دافع خلف الشفرات، حيث تقوم بتشغيل المولد لإنتاج طاقة كهربائية.
تقوم الشركات بوضع التوربينات في مجموعات تضم مئات التوربينات، تعرف هذه باسم مزارع الرياح، وذلك في المناطق ذات الرياح القوية.
لماذا تعتبر توربينات الرياح جيدة للمناخ؟
هناك الكثير من الإجابات على هذا السؤال:
- لا استخدام للوقود الأحفوري.
- لا تنبعث منها مواد ضارة مثل غاز ثاني أكسيد الكربون والغبار الناعم.
- لا تحتاج إلى استهلاك للمياه.
- يمكن توليد الكثير من الكهرباء في مساحة صغيرة.
- يمكن أن تخصص المنطقة حول التوربينات للزراعة والترفيه.
- تعتبر مصد طاقة لا ينضب.
مقدار الطاقة التي تولدها توربينات الرياح
هذا يعتمد على عدة عوامل:
- ارتفاع التوربين: كلما زاد ارتفاع التوربين، زاد إنتاج الكهرباء. التوربينات التي يبلغ ارتفاعها 180 مترًا توفر ضعف الطاقة التي توفرها التوربينات التي يبلغ ارتفاعها 120 مترًا.
- طول الشفرات: كما هو الحال مع ارتفاع التوربين، كلما زاد طول الشفرات، زادت كمية الكهرباء المولدة.
- موقع التوربين: في بعض المناطق تهب الرياح بقوة أكبر من مناطق أخرى.
نستنتج أن كل توربين يولد كمية طاقة مختلفة. لكن في المتوسط ، يمكن لتوربين واحد أن يزود 1800 منزل بالكهرباء.
مدة عمل توربينات الرياح
توفر التوربينات الحالية طاقة دائمة لمدة 20 عامًا. ومن السهل إعادة تدوير الأجهزة الحديثة في نهاية عمرها التشغيلي. يتم إعادة استخدام المعدن ويتم أيضًا إعادة تدوير الشفرات واستخدامها في صناعات أخرى.
هل توربينات الرياح تؤثر على الطيور والخفافيش والأسماك؟
يقوم المهندسون بمراعات أنواع النباتات والحيوانات المحلية، هل يوجد الكثير من الطيور أو الخفافيش في المنطقة؟ ما هو التأثير المحتمل على الطبيعة؟ ما هي المعلومات التي لديهم عن المنطقة؟ كل هذه الأسئلة حاسمة ويجب الإجابة عنها قبل تركيب التوربينات.
لكن هناك شيء واحد مؤكد، الحيوانات ذكية للغاية ولديها قدرة هائلة على التعامل مع توربينات الرياح، سواء في البر أو البحر. في ألمانيا، تضم بعض التوربينات أعشاش لصقور الشاهين. تعتبر حدائق الرياح البحرية في بحر الشمال مكانًا شهيرًا لراحة الطيور والأسماك والفقمات. كما أن إحدى الشركات تجري تجربة لزراعة بلح البحر في مزارع الرياح الخاصة بها.
فوائد طاقة الرياح
لطاقة الرياح العديد من المميزات، أهمها أنها تولد طاقة ذات كثافة عالية نسبة إلى المكان الصغير الذي تشغله، فكل ما تتطلبه هو موقع في مسار الرياح.
لكن على الرغم من ذلك، في بعض الأحيان، يكون من الصعب توفير الرياح بشكلٍ دائم، وهذا يعد أحد سلبيات طاقة الرياح.
لكن الفوائد عديدة ومتنوعة، فطاقة الرياح تتميز باستهلاك القليل من الماء مما يساهم في الحد من هدر المياه، كما تساهم في كمية أقل من مصادر الوقود، كما أن عدم إصدارها لأي نوع من الغازات الدفيئة يجعلها طاقة صديقة للبيئة.
استخدامات طاقة الرياح
تنتج حركة الرياح عن تأثير الشمس على سطح الأرض بشكلٍ غير متساوٍ، فيرتفع الهواء الساخن للأعلى ويهبط الهواء البارد للأسفل، وتستمر هذه الحركة طالما الشمس تشرق كل يوم، وهذا ما يجعلها طاقة دائمة.
خلال العقود الماضية، زاد الاعتماد على طاقة الرياح في توليد الكهرباء، وفي بعض مناطق العالم، يتم توليد جزء كبير من الطاقة الكهربائية عن طريق توربينات الرياح، وتشير التقديرات إلى أن طاقة الرياح قد تتول إلى مصدر رئيسي للطاقة هي والطاقة الشمسية التي تعد مستقبل الطاقة المستدامة والنظيفة.
يقوم أكبر التوربينات في العالم بإعطاء طاقة تعادل 12 ميغاواط ساعي، هذه الكمية من الطاقة قد تكفي لتزويد حوالي 600 بيت بالطاقة في الولايات المتحدة الأميركية، في حين تولد التوربينات صغيرة الحجم كمية أقل من الطاقة الكهربائية، والتي قد تكفي لإمداد منزل واحد أو محلا تجاريًا واحد فقط.
لطاقة الرياح ميزة وهي عدم احتياجها لكلفة تشغيل بعد نصب التوربينات، وقد ساهم التطور في التصنيع في تقليل كلفة صناعة التوربينات.
يدعو حماة البيئية والرفق بالحيوان إلى عدم الاعتماد كثيرًا على طاقة الرياح لأن شفرات المراوح في التوربينات قد تسبب قتل الطيور التي توجد في مناطقها.
لكن الجهود العالمية لمكافحة تغيير المناخ تدعم استخدام طاقة الرياح وتطلب من الدول والحكومات مزيدًا من دعم هذا القطاع، ويعتقد الخبراء أن تطور قطاع طاقة الرياح سوف يجعله في المرتبة الثالثة في المستقبل.
هناك العديد من التحديات التي تواجه قطاع طاقة الرياح، منها تقلبات الرياح المستمرة من شهر إلى آخر، من يوم إلى آخر أو من ساعة إلى آخري، وخاصة أنه من الصعب تخزين هذه الطاقة، هذا يمكن أن يحدث اضطراب في إمدادات الطاقة، كما أن نصب التوربينات وتشغيلها يتطلب مساحات واسعة مفتوحة.
إن الطاقة التي يتم توليدها من الرياح متعددة في استخداماتها، فهي تنتج طاقة كهربائية بفعالية كبيرة، ويمكن أن تشكل في المستقبل القريب مصدر طاقة أساسي في العديد من الدول حول العالم.
كيف تبدو توربينات الرياح من الداخل؟
هل سبق لك أن صعدت داخل توربينات الرياح؟ من المؤكد أن الإجابة هي لا، إلا إذا كنت مهندسًا يعمل في هذا القطاع، فمن أجل السلامة، لا يُسمح إلا للفنيين والمهندسين المدربين بشكلٍ خاص بالدخول إلى التوربينات. لذلك، نقدم لكم مقطع فيديو بزاوية 360 درجة يتيح لك استكشاف جميع الزوايا والشقوق داخل التوربين.
