طاقة الرياح Wind Energy

[صلاح]

طاقة الرياح Wind Energy:
هذا نمط مشهور لتوليد الكهرباء من الطاقة المتجددة .

تتلخص فكرة إنتاج الطاقة الكهربية من توربينات الرياح علي النحو التالي، تعمل الطاقة الحركية للرياح علي إدارة الريش المثبتة علي التوربين (العنفة )، المثبت علي صُرة "Hub" ترتكز علي عمود الدوارن الرئيسي الموصل بصندوق سرعات "Gearbox" يتولى رفع سرعة الدوران، ثم تنتقل الحركة إلي عمود الدوران السريع "High Speed Shaft" فيقطع بدورانه مجال مغناطيس داخل مولد، مما يؤدي إلي توليد الكهرباء. أما إذا ارتفعت سرعة الرياح فإن الفرامل "Brakes" تمنع الريش من الدوران مخافة أن يؤدي دورانها بسرعة عالية إلي تحطمها وتكسير الأجزاء الدّوارة، وتُعَرف السرعة العالية في التوربين بأنها الأعلى من 25 متر/ثانية. ولضمان توجيه ريش التوربينات نحو اتجاه الريح، يوجد نظام توجيه خاص بالتوربين يعمل علي توجيهه في اتجاه الرياح، وتوجد توربينات رياح تستخدم نظام توجيه واحد يمين و يسار.

مكونات وحدة توربين الرياح :
انظر الصورة اسفل ، مع التنويه الى انها للنوع الافقي والذي هو الاكثر شيوعا في مزارع الرياح لقدرته الكبيرة ، حيث هناك انماط عمودية سنذكرها لاحقا.

1- الريش 2- الدَّوار 3- اتجاه دوران الريشة خطويا 4- الفــرامــل 5- العمود المنخفض السرعة6- صندوق السرعــات7- المــولد8- وحدة التحكم (المتحكم)
9- جهاز قياس سرعة الرياح 10- موجه التوربينة11- الحــاوية12- العامود العالي السرعة13- مِقْوَد التوجيه14- موتور التوجيه 15- البرج الحامل للتوربين.

 

[صلاح]

يبدأ التوربين ألرياحي عمله في البدء بنظام الموتور حيث يجهز بمولد حثي ""Induction Generator يعمل علي سحب تيار كهربي من الشبكة الكهربية مما يعني أن المولد يعمل في البداية كموتور حتى تصل سرعة دوران الريش إلي قيمة تختلف بحسب تصميم التوربين (العنفة )(مثلا 27 لفه/دقيقة) يدور معها عامود الدوران المركزي والذي ينقسم إلي قسمين، الأول قبل صندوق السرعات "Gear Box" ويسمي العامود المنخفض السرعة "Low-Speed Shaft" ويطلق عليه بعد رفع سرعته بواسطة صندوق السرعات العامود العالي السرعة "High –Speed Shaft" ليدور معه الملف بداخل المولد في مجال مغناطيسي "Magnetic Field" بسرعة غالبا ما تكون 1500 لفه/دقيقة، ومن الجدير بالذكر أنه عند تساوي سرعتي التوليد وسرعة الملف (1500 لفه/دقيقة) ، واذا زاد عدد اللفات عن هذه القيمة بنسبة 2% يفصل التوربين أتوماتيكيا وذلك للحفاظ علي قيمة التردد عند 50 هيرتز في الشبكات التي تعمل على هذا التردد .
للاستفادة القصوى من طاقة الرياح، يستخدم نظام للتوجيه والسيطرة " Yawing system " لتوجيه التوربين في اتجاه الرياح بشكل مستمر، ولحماية التوربين ايضا عند ارتفاع سرعة الرياح الى الحدود الغير مسموحة وذلك عن طريق اايقافة واعادته للعمل عند تحسن سرعة الرياح .
يُثبت التوربين وتوابعه علي برج "Tower" يُصنع من الحديد المعالج حراريا ليتحمل مكونات الحاوية والتي يصل وزنها إلي قرابة الثلاثين طن، ويمكن أن تختلف ارتفاعات الأبراج لنفس طراز التوربين مما يؤدي للحصول علي طاقة أكبر من التوربينات ذات الأبراج العالية (نظرا لزيادة سرعة الريح في الطبقات الاعلى من الجو ) ، وإلي جانب احتواء الحاوية والبرج علي مكونات القوى الكهربية ومعدات التحكم المستخدمة في تشغيل ومراقبة أداء التوربينات، فإن الحاوية تحول الأحمال الهيكلية "Structural Loads" إلي البرج
يطلق علي مجموعة توربينات الرياح التي تعمل في مكان واحد اسم مزرعة رياح "Wind Farm"

انواع مزارع الرياح :
هناك نوعان من مزارع الرياح:
1- مزارع الرياح البرية او التي تقام على اليابسة on shore : ويمكن الاستفادة من مساحتها للزراعة او الرعي او لاي مصالح مشابهة .
2- مزارع الرياح المائية ، او البحرية ، وهي التي تقام على المسطحات المائية off shore : وتمتاز عن البرية بقوة الرياح وثباتها مما يسمح لها بانتاج طاقة اكبر ، الا ان تكلفة انشائها وصيانتها تفوق البرية .
..

+++++++. *****. #####
قناة " انماط توليد الطاقة الكهربائية" على التيليجرام

انماط توليد الطاقة الكهربائية

حول كافة الانماط المعروفة التقليدية او غير التقليدية ، المتجددة وغير المتجددة لانتاج الطاقة الكهربائية .

telegram.me

 

[صلاح]

أنواع توربينات الرياح :
: (HAWT) 1- توربينات الرياح ذات المحور الأفقي
هي التي يكون محور دورانها موازيا لسطح الأرض ويمكن وضعها إما في مواجهة أو عكس اتجاه الريح، وتتميز التوربينات (العنفات )التي توضع في مواجهة الريح بتأثرها بالريح بشكل مباشر وهذا النوع من التوربينات (العنفات )هو الشائع الاستخدام . حاليا، تستخدم توربينات الرياح الأفقية المحور ثلاث ريش علما بأن بدايات هذا النوع ترجع إلي التوربين (العنفة )ذي الريشة الواحدة ثم تطورت إلي ريشتين، ويرجع سبب انتشار استخدام الثلاث ريش إلي أن توزيع وتوازن الأحمال علي محور الدوران يكون أفضل من استخدام ريشة واحدة أو ريشتين
(VAWTs)2 – توربينات الرياح ذات المحور الرأسي
هي التي يكون محور دورانها عموديا علي سطح الأرض . تتميز هذه التوربينات (العنفات )بمحور رأسي للدوران وغالبا ما يزيد عدد الريش عن ثلاثة، وعادة ما تستخدم في التطبيقات الميكانيكية مثل ضخ المياه، ومن هذه التوربينات (العنفات )توربين داريوس والتي تأخذ شكل مضرب البيض، وينسب هذا التوربين (العنفة )إلي المهندس الفرنسي "جورج داريوس George Darrieus" الذي ابتكره عام 1931، مع العلم بوجود أشكال أخرى للتوربينات الرأسية منها ما هو علي شكل حرف "V" ومنها ما هو علي شكل حرف "H"، وأيضا توربين سافونيوس التي ابتكره المهندس الفنلندي "سيجوارد سافونيوس Siguard J. Savonius"، ويتميز هذا النوع من التوربينات (العنفات )بسهولة عمليات التشغيل والصيانة مقارنة بالتوربينات (العنفات )الأفقية المحور، كما أنها لا تحتاج إلي نظام توجيه.

الطـــاقة المنتجة من الرياح :
يتأثر إنتاج توربينات الرياح تأثرا مباشرا بسرعة الرياح، حيث تتناسب الطاقة المنتجة مع مكعب السرعة، أيضا تتأثر الطاقة المنتجة من التوربينات (العنفات )مع عوامل أخري منها كثافة الهواء، إلا أن التأثر المباشر يكون مع سرعة الرياح.
تتراوح قدرات توربينات الرياح (أو حجمها) بداية بكسر الكيلووات "Kilowatt" إلي بعض الميجاوات "Megawatts"، ويعتبر طول الريشة هو العامل الحاسم في تحديد قدرة التوربينة – فكلما زاد طول الريشة كلما زادت مساحة سطح الدوران، في نفس الوقت فإن الأبراج العالية تجعل مستوي الريش أعلي من سطح الأرض حيث ترتفع سرعة الريح فتزيد كثافة الطاقة. وبصفة عامة، أثبتت توربينات الرياح الكبيرة أن تكلفتها أفضل نتيجة للتحسينات التي أدخلت في تصميمها وانخفاض قيمة الأعمال الكهربية والمدنية اللازمة لتلك التوربينات (العنفات )وبالتالي تحسنت اقتصادياتها وبخاصة في حال إنشاء مزارع رياح.

التأثيرات البيئية لطاقة الرياح:
لطاقة الرياح آثارها السلبية التي تتمثل في استخدام مساحات كبيرة من الأرض، ففي المتوسط يحتاج كل 1 ميجاوات من طاقة الرياح إلي حوالي 6 كيلومتر مربع لإنشائه، وإن كانت هذه المساحة من الأرض يمكن استخدامها في زراعة نباتات وحشائش أو كمراعي للأغنام الامر الذي لا يصلح مع أراضي محطات الطاقة الشمسية. أيضا تتأثر الطيور بإنشاء مزارع الرياح وذلك بسبب اصطدامها بريش التوربينات (العنفات )وخاصة ما إذا كانت هذه المزارع تقع في مسارات الهجرة الموسمية للطيور، وتراعي هيئة الطاقة الجديدة والمتجددة إنشاء مزارع الرياح بعيدا عن مسارات هجرة الطيور .

 

[صلاح]

تصنيف توربينات الرياح:
تصنف توربينات الرياح غالبا بحسب محور دورانها ، لذا فهي نوعان :
1- توربينات الرياح ذات المحور الأفقي :
و هي التي يكون محور دورانها موازيا لسطح الأرض .
وهي الشائعة كون قدرتها هي الاكبر ، وتتحمل العزوم الايروديناميكية المتغيرة ، كما ان كفاءتها هي الاعلى . ويمكن ان تكون بشفرة او اثنتين او ثلاث شفرات وهي الشائعة الاستخدام لان توزيع وتوازن الأحمال علي محور الدوران يكون أفضل من استخدام ريشة واحدة أو ريشتين .
2 – توربينات الرياح ذات المحور الرأسي :
هي التي يكون محور دورانها عموديا علي سطح الأرض . تتميز هذه التوربينات بمحور رأسي للدوران وغالبا مايزيد عدد الريش عن ثلاثة، وعادة ما تستخدم في التطبيقات الميكانيكية مثل ضخ المياه، ومن هذه التوربينات توربين داريوس والتي تأخذ شكل مضرب البيض، وينسب هذا التوربين إلي المهندس الفرنسي "جورج داريوس George Darrieus" الذي ابتكره عام 1931، مع العلم بوجود أشكال أخرى للتوربينات الرأسية منها ما هو علي شكل حرف "V" ومنها ما هو علي شكل حرف "H"، وأيضا توربين سافونيوس التي ابتكره المهندس الفنلندي "سيجوارد سافونيوس Siguard J. Savonius"، ويتميز هذا النوع من التوربينات بسهولة عمليات التشغيل والصيانة مقارنة بالتوربينات الأفقية المحور، كما أنها لا تحتاج إلي نظام توجيه ، الا ان قدرتها اقل ، كما انها لاتتحمل العزوم الايروديناميكية المتغيرة مع تغير اتجاه الرياح لذا قد تصاب ريشها بالكلل fatigue وتتضرر .

يتأثر إنتاج توربينات الرياح تأثرا مباشرا بسرعة الرياح و كثافة الهواء، إلا أن التأثر المباشر يكون مع سرعة الرياح.
تتراوح قدرات توربينات الرياح (أو حجمها) بداية بكسر الكيلووات إلي بعض الميجاوات، ويعتبر طول الريشة هو العامل الحاسم في تحديد قدرة التوربينة – فكلما زاد طول الريشة كلما زادت مساحة سطح الدوران، في نفس الوقت فإن الأبراج العالية تجعل مستوي الريش أعلي من سطح الأرض حيث ترتفع سرعة الريح فتزيد كثافة الطاقة. وبصفة عامة، أثبتت توربينات الرياح الكبيرة أن تكلفتها أفضل نتيجة للتحسينات التي أدخلت في تصميمها وانخفاض قيمة الأعمال الكهربية والمدنية اللازمة لتلك التوربينات ، وبالتالي تحسنت اقتصادياتها وبخاصة في حال إنشاء مزارع رياح.

انماط توليد الطاقة الكهربائية:
اكبر توربينات الرياح في العالم حاليا هو التوربين Vestas V164 افقي الطراز يستخدم في مزارع المسطحات المائية offshore بقدرة 8 ميجاوات , ارتفاعه 220 متر وقطره 164 متر .
واكبر توربين رياحي للاستخدام في مزارع الرياح على اليابسة هو Enercon E-126 افقي الطراز بقدرة 7.58 ميجاوات ، وقطر 127 متر .
اما توربينات الرياح العمودية الاكبر قدرة في العالم فهي Éole قدرتها هي 3.8 ميجاوات بارتفاع 110 متر ، وتعمل في مزرعة رياح Le Nordais في كندا .

Le Nordais wind farm in Cap-Chat, Quebechas a vertical axis wind turbine (VAWT) named Éole, which is the world's largest at 110 m., It has a nameplate capacity of 3.8 MW.

شركة أمريكية تبتكر محطة رياح محمولة لتوليد الطاقة الكهربائية

<p>أنشأت شركة أمريكية تُدعى "Alaeros Energies" تعمل بالتعاون مع معهد "ماساشوستس للتكنولوجيا" وخريجي جامعة "هارفارد"، محطة رياح محمولة جواً على ارتفاع ...</p>

www.alarabiya.net

The Future of Wind Turbines? No Blades

The Vortex, a radical new way to generate wind energy, is a bladeless wind turbine that looks like a giant rolled joint shooting into the sky.

www.wired.com