حدّد أي جملة لحفظها في المراجعة أو تمييزها بالأصفر.
شرح الميد · الرياح والتوربينات والموقع
هدف الدرس
ربط نشأة الرياح بعمل التوربين واختيار المحور والتوجيه والموقع والقيود البيئية.
الفهرس
- نشأة الرياح وتحويل الحركة
- المحور الأفقي والعمودي
- ظل البرج والتوجيه والحماية
- المزارع البرية والبحرية والأثر
نشأة الرياح وتحويل الحركة
يؤدي التسخين غير المتساوي لليابسة والبحر إلى فروق في الضغط وحركة الهواء. لذلك تعد الرياح أحد مسارات الاستفادة غير المباشرة من الطاقة الشمسية. استعملت حركة الهواء تاريخيًا للطحن وضخ الماء، ويحولها التوربين الحديث إلى دوران يمكن أن يشغل مولدًا كهربائيًا.
تلتقط الشفرات جزءًا من طاقة الهواء، وينقل العمود الدوران إلى المولد عبر منظومة النقل المناسبة. وقد يضم النظام صندوق تروس ومعدات للتحكم وتحويل القدرة قبل إرسال الكهرباء إلى الشبكة. مساحة الدوار مساحة التقاط؛ أما المولد فوظيفته التحويل من الحركة إلى الكهرباء. زيادة حجم الدوار لا تلغي حدود كفاءة التحويل أو شروط التشغيل.
القدرة المتاحة تتغير بتغير الرياح، ولهذا لا يمكن مساواة القدرة الاسمية للتوربين بالطاقة التي سينتجها طوال العام. بيانات الموقع والزمن تسبق تقدير الطاقة، ويتبعها اختيار الجهاز الملائم.
المحور الأفقي والعمودي
في توربين المحور الأفقي يكون محور الدوران أفقيًا ويحتاج الدوار إلى مواجهة اتجاه الرياح. أما في المحور العمودي فيكون محور الدوران عموديًا على الأرض، ويمكن استقبال الهواء من اتجاهات متعددة من دون توجيه الدوار بالطريقة نفسها.
| الخاصية | محور أفقي | محور عمودي |
|---|---|---|
| اتجاه محور الدوران | أفقي | عمودي |
| التعامل مع تغير اتجاه الرياح | توجيه مناسب للدوار | أقل ارتباطًا باتجاه واحد |
| موقع بعض معدات التحويل | في أعلى البرج عادةً | يمكن وضع المولد قرب الأرض |
| قيد يذكره المصدر | الحاجة إلى التوجيه | بعض الأنواع لا تبدأ ذاتيًا |
يعرض المصدر نوعي داريوس وسافونيوس للمحور العمودي. سهولة الوصول إلى المولد قد تسهل الصيانة، لكنها لا تعني تفوقًا شاملًا في كل الظروف. كل تصميم له طريقة التقاط وعزم بدء واستجابة تختلف عن الآخر.
ظل البرج والتوجيه والحماية
يوضع دوار بعض التوربينات قبل البرج في اتجاه الريح لتجنب ظل الرياح خلف البرج. هذا التصميم يحتاج آلية توجيه تبقي الدوار مواجهًا للهواء. وعندما يوضع الدوار خلف البرج قد يساعد اتجاه الريح على اصطفافه، لكنه يتعرض لتغير التدفق الناتج من مرور الهواء حول البرج.
متحكم التوجيه Yaw يضبط اتجاه التوربين، ومتحكم السلامة يوقفه عند سرعات دوران غير مناسبة. هاتان وظيفتان مختلفتان: تحسين التعرض للريح، ثم حماية المعدات. كما تسبب الأشجار والمباني والتضاريس اضطرابًا في السرعة والاتجاه؛ لذا يهتم اختيار الموقع بتجانس التدفق والعوائق، لا بمجرد وجود هواء محسوس.
المزارع البرية والبحرية والأثر
المزرعة البرية تبنى على اليابسة، والبحرية في المياه قبالة الساحل. يتيح الموقع البحري موارد رياح مختلفة ومساحة، لكنه يزيد تحديات الإنشاء والوصول للصيانة وربط الكهرباء. الموقع البري قد يسهل النقل والصيانة، مع قيود استخدام الأرض والعوائق والقرب من السكان.
لا يستهلك التوربين وقودًا بالاحتراق أثناء توليد الكهرباء، لكن تقويم المشروع يشمل الضوضاء والأثر البصري والحياة البرية والبنية المطلوبة. التغير الزمني للرياح قيد على تلبية الطلب؛ وقد يكون المورد الجيد بعيدًا عن المستهلك أو الشبكة. جودة المورد وقرب الشبكة وقابلية الصيانة عوامل تعمل معًا، ولا يحسم واحد منها الجدوى وحده.
يعرض المصدر تكلفة التوربين والبرج ضمن تكاليف الإنشاء. نسب الكلفة والعمر والقدرة العالمية في الشرائح تخص زمن إعدادها، ولذلك لا تستعمل أسعارًا حالية أو ترتيبًا حديثًا لأكبر المزارع.
الخلاصة
خلاصة الدرس: الرياح حركة ناتجة من اختلاف التسخين والضغط. يلتقط الدوار الحركة ويحولها المولد إلى كهرباء، ويتكامل المحور والتوجيه والموقع والحماية في الأداء.