كيف تعمل توربينات الرياح في توليد الطاقة الكهربائية



الريح هي شكل من أشكال الطاقة الشمسية التي تنتج عن التسخين غير المتساوي للغلاف الجوي من الشمس، وعدم انتظام سطح الأرض، ودوران الأرض، وتباين تسخين الأرض والبحار والمحيطات، والغطاء النباتي، والاختلافات في التضاريس ما بين التلال والوديان والجبال.
وفي بعض المناطق من الكرة الأرضية تهب رياح بصفة منتظمة، إما دائمة أو موسمية، وتكون في النصف الشمالي من الكرة الارضية باتجاه عقارب الساعة وتكون عكس عقارب الساعة في النصف الجنوبي للكرة الارضية، وتختلف أنماط وسرعة تدفق الرياح اختلافًا كبيرًا، ويتم الاستفادة من تدفق الرياح هذا في أغراض كثيرة، مثل ” الإبحار، وتوليد الكهرباء بواسطة التوربينات “.

ماهي توربينات الرياح
أجهزة تحول طاقة الرياح إلى حركة منحنية، ثم تزود إما بمولد كهرباء، وتطورت هذه الفكرة حيث يتم تصنيع توربينات الهواء بشكل واسع وبأنواع مختلفة من التوربنات العمودية والأفقية المحور، إذ يمكن استخدام هذه القوة الميكانيكية لمهام محددة (مثل طحن الحبوب أو ضخ المياه) أو يمكن للمولد تحويل هذه الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء.
أهم مكونات توربين الرياح
1 – ريش المروحة المصممة للاستفادة بأكبر قدر من سرعة الريح.
2- مولد كهرباء، يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.
3- فرملة، توقف المروحة عند حدوث رياح شديدة جدا أو عواصف.
4- الحجرة المعلقة، يوجد فيها محول كهربائي وأجهزة أخرى من بينها ناقل حركة.
5- محرك كهربائي، يوجه التوربين في اتجاه الريح .
6- إلكترونيات تحكم، تغير من وضع الريش محوريا، وتدير الحجرة المعلقة عن طريق المحرك الكهربائي، حتي تتخذ الحجرة المعلقة الاتجاه الأمثل للاستفادة من الريح.
كيف تعمل توربينات الرياح في توليد الطاقة الكهربائية
1 – تعمل توربينات الرياح على مبدأ بسيط، هو تحويل الطاقة الريح في الريش التي تشبه المروحة حول دوّار يتصل بالعمود الرئيسي للتوربين.
2- ببساطة، يعمل توربين الرياح على عكس المروحة. فبدلاً من استخدام الكهرباء في صنع الرياح، مثل المروحة، تستخدم توربينات الرياح طاقة الرياح لتوليد الكهرباء.
3- يتم تحويل طاقة الرياح الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية، باستخدام توربين رياح كبير، فعندما تمر الريح في التوربينات، تحرك الريش التي تدور العمود.
4- يوجد حاليًا نوعان مختلفان من توربينات الرياح المستخدمة، توربينات الرياح الأفقية، وتوربينات الرياح العمودية المحور وهي أكثر توربينات الرياح شيوعا.
خلق الكهرباء من الرياح
لتوليد الكهرباء من الرياح ، يجب توصيل عمود التوربين بمولد يستخدم المولد حركة دوران العمود لتدوير دوار لديه مغناطيس متناهي الشحنة ومحاط بسلك من الأسلاك النحاسية، ويتم إنشاء الحث الكهرومغناطيسي عن طريق الدوار حول الجزء الداخلي من النواة، مما يؤدي إلى توليد الكهرباء.
يمكن بناء التوربينات الريحية على الأرض أو في البحر في المسطحات المائية الكبيرة مثل المحيطات والبحيرات، وتنتشر حقول كبيرة لإنتاج الطاقة الكهربائية بواسطة توربينات الريح حول العالم في بلاد مثل الدانمارك الولايات المتحدة الأمريكية، ألمانيا، إسبانيا، الصين، الهند . كما تزمع تلك الدول ودول أخرى بإنشاء حقول بحرية .
أحجام توربينات الرياح
تتراوح التوربينات على نطاق المرافق من 100 كيلو واط إلى حجم كبير يصل إلى عدة ميجا وات، وتوربينات الرياح الأكبر حجمًا أكثر فعالية من حيث التكلفة ويتم تجميعها معًا في حقول الرياح، وتوفر طاقة كبيرة للشبكة الكهربائية.
وتعتبر توربينات الرياح البحرية أفضل، إذ يمكن أن تولد طاقة أكبر، ولا تواجه نفس تحديات النقل في منشآت الرياح الأرضية، حيث يمكن نقل المكونات الكبيرة على السفن بدلاً من الطرق.
وتستخدم التوربينات الصغيرة الأحادية التي تقل عن 100 كيلووات في المنازل أو أطباق الاتصالات السلكية واللاسلكية أو ضخ المياه، أيضا تستخدم التوربينات الصغيرة في بعض الأحيان فيما يتعلق بمولدات الديزل والبطاريات والأنظمة الضوئية، وتسمى هذه الأنظمة أنظمة الرياح الهجينة وتستخدم عادة في مواقع بعيدة عن الشبكة حيث لا يتوفر اتصال بشبكة المرافق.