هل يمكن توليد الكهرباء من الرياح؟

يهدف هذا المقال إلى بيان مدى إمكانية توليد الكهرباء من الرياح، إضافةً إلى بيان الأجزاء الأساسية التي تتكوّن منها توربينات الرياح ووظيفة كلّ واحد من هذه الأجزاء أيضًا، كما يتطرّق المقال كذلك إلى إيجابيات توليد الطاقة الكهربائية بالاعتماد على تدفق الرياح مع بيان بعض التحديات التي تواجه هذا النوع من أنواع الطاقة المتجددة، ذلك إلى جانب ذكر أبرز العوامل التي تؤثر على كفاءة توربينات توليد الكهرباء من طاقة الرياح.

هل يمكن توليد الكهرباء من الرياح؟

تُستخدم الرياح لتوليد الكهرباء في العديد من الدول حول العالم، وهي إحدى أنواع الطاقة المُتجددة الصديقة للبيئة؛ حيث تقوم الرياح بتدوير شفرات التوربين الكبير وينتج عن هذه الحركة توليد الطاقة الكهربائية بالاعتماد على المولّد الذي يرتبط مع هذه الشفرات، ويجدر الذكر بأن هذه الحركة تظهر نتيجة اختلاف الضغط بين الجانبين للشفرات المذكورة عند تدفّق الرياح.

ما هي مكوّنات توربين توليد الكهرباء من طاقة الرياح؟

توجد العديد من الأجزاء لتوربينات توليد الكهرباء من الرياح، وأبرزها ما يأتي:

• الشفرات: إنّ الشفرات من الأجزاء الدوّارة في توربينات توليد الطاقة الكهربائية من الرياح، وهي الجزء الذي يتعرّض إلى الريح مباشرةً، وتضمّ مُعظم التوربينات شفرتين اثنتين أو ثلاث شفرات فحسب.
• العُضو الدوار: يقع الجزء الدوّار بالقرب من الشفرات، يتشكّل هذا الجزء من تقاطع الشفرات مع مِحور الدوران، وهو من الأجزاء الظاهرة للتوربينات.
• محور السرعة المنخفضة: يقع محور السرعة المُنخفضة خلف العضو الدوّار في توربينات توليد الكهرباء من طاقة الرياح، ويدور هذا المحور عند سرعة تتراوح بين 30-60 دورة/دقيقة.
• ناقل الحركة: تكمن أهمية ناقل الحركة في ربط محور السرعة المُنخفضة مع محور السرعة المرتفعة، ويقوم بزيادة السرعة إلى سرعة يُمكن الاعتماد عليها عند توليد الكهرباء، وهي سرعة تتراوح بين 1,000-1,800 دورة/دقيقة.
• محور السرعة المرتفعة: يقع محور السرعة المرتفعة خلف ناقل الحركة في التوربينات ويرتبط مع الموّّلد بشكل مباشر؛ لإنتاج الطاقة الكهربائية عند الدوران بالسرعات المرتفعة المطلوبة.
• المولّد: يُعد المولّد واحدًا من أكثر أجزاء التوربينات أهميةً؛ فإنه المسؤول عن تحويل الطاقة الديناميكية عند الدوران لمحور السرعة المرتفعة إلى طاقة كهربائية.
• مقياس الرياح: يتم تزويد توربينات توليد الكهرباء من الرياح بمقياس لمراقبة شِدّة الرياح وسرعتها وإرسال البيانات التي تتعلّق بذلك إلى وحدة التحكّم؛ لضمان عمل النظام بكفاءة في حالة زيادة سرعة الريح إلى حدٍّ كبير.
• وحدة التحكّم: تقوم وحدة التحكّم بتشغيل نظام توليد الكهرباء عندما تدور الشفرات بسرعة تتراوح بين 13-26 كم/ساعة تقريبًا، كما أنها تُوقِف التوليد عندما تصل السرعة إلى 88.5 كم/ساعة لضمان عدم التسبّب بأيّة أضرار لنظام توليد الكهرباء.
• نظام التأرجح: يهدف نظام التأرجح (PITCH SYSTEM) إلى تدوير الشفرات بالشكل المُناسب؛ للتحكّم في سرعة العُضو الدوّار ومنعه من الحركة عندما تكون سرعة الرياح مرتفعة أو منخفضة جدًا.
• المكابح: تحتوي توربينات توليد الكهرباء من طاقة الرياح على مكابح لإيقاف دوران الشفرات في حالات الطوارئ بالاعتماد على الطاقة الكهربائية أو الميكانيكية أو الكهربائية.
• دوّارة الرياح: ترتبط دوّارة الرياح توربينات توليد الطاقة الكهربائية مع مقياس الرياح، ويُساعد هذا الجُزء في معرفة اتجاه الريح ويتواصل مع محرك الانعراج من أجل توجيه التوربين بالشكل المُناسب.
• موجه الانعراج: تقتصر أهمية محرك الانعراج في تلقّي الإشارات من دوّارة الرياح وتوجيه التوربين حتى تبقى الشفرات بعكس اتجاه الرياح عندما يتغيّر اتجاهها، بالإضافة إلى تغيير اتجاه التوربين عندما تنخفض سرعة الرياح أو تزداد بشدة.
• محرك الانعراج: يهدف هذا المحرك إلى توفير القوّة التي يحتاجها المُوجّه عند القيام بتوجيه التوربين إلى الجهة المُناسبة حسب حركة الرياح.
• البرج: تتم صناعة البرج من الفولاذ أو الخرسانة أو شبكة الحديد، وهو الجزء الذي يدعم هيكل التوربين ويحمل الشفرات ويوفر الارتفاع المُناسب للوصول إلى أفضل كفاءة في توليد الكهرباء.
• الباسنة: تُعرف الباسنة بأنها غطاء يحمل العديد من أجزاء التوربين ويحميها، ويعد ناقل الحركة من أبرز الأجزاء داخل الباسنة، وكذلك الفرامل ووحدة التحكّم ومحور السرعة المرتفعة والسرعة المنخفضة.

هل تختلف أنظمة توليد الطاقة من الرياح؟

توجد ثلاثة أنظمة مُختلفة لتوليد الطاقة الكهربائية من سرعة الرياح، وهي الأنظمة الآتي ذكرها:

• أنظمة التوليد البرية: تتكوّن هذه الأنظمة من توربينات كبيرة يتم تثبيتها على البرّ وتستطيع توليد كميات كبيرة من الكهرباء؛ فإن إنتاجها يبدأ من 100 كيلو واط ويصل إلى آلاف الكيلو واط.
• أنظمة التوليد البحريّة: عادةً ما تحتوي أنظمة التوليد البحرية على توربينات ضخمة، كما أن هذه التوربينات تُثبّت على أعمدة طويلة جدًا، وتستطيع توربينات هذه الأنظمة توليد كميات كبيرة من الكهرباء بالاعتماد على الرياح القادمة من المُحيط.
• أنظمة التوليد المُوزّعة: يتكوّن النظام الموزّع من عِدّة توربينات صغيرة تُشكّل مع بعضها البعض شبكةً تستطيع توفير مزيدًا من الكهرباء، وترتبط هذه الأنظمة مع أنواع الطاقة المُتجددة الأُخرى أحيانًا لتحسين النظام الكهربائي.

ما هي أنواع توربينات توليد الطاقة من الرياح؟

تندرج توربينات توليد الكهرباء من الرياح ضمن نوعين أساسيين كما يأتي:

• توربينات المحور الأفقي: إنّ توربينات المحور الأفقي أكثر الأنواع استخدامًا، وهي التوربينات التي يتصوّرها الذهن عند ذكر نظام توليد الطاقة من الرياح، وعادةً ما تحتوي هذه الأنواع على ثلاثة شفرات وتعمل بعكس اتجاه الريح.
• توربينات المحور العامودي: تتميّز توربينات المحور العامودي بكونها مُتعدّدة الاتجاهات خلافًا لتوربينات المِحور الأفقي، وهو ما يسمح لها بالعَمل دون الحاجة إلى توجيهها بعكس الرياح.

هل يوجد إيجابيات لتوليد الكهرباء من الرياح؟

تحتوي القائمة الآتية على بعض من إيجابيات الاعتماد على طاقة الرياح لتوليد الكهرباء:

• التقليل من انبعاثات الكربون: لا تُصدر توربينات الرياح أيّة أنواع من الانبعاثات الكربونيّة، وهذا يعني أنها تُسهم في الحدّ من الانبعاثات الضارّة التي تنتج عن توليد الكهرباء بالطُرق التقليدية المعروفة.
• الإنتاج المُتجدّد للكهرباء: تُعدّ الرياح واحدةً من مصادر الطاقة المُتجدّدة خلافًا للطاقة الناتجة عن الوقود الأحفوري، كما أنها توفّر الطاقة الكهربائية مجانًا بعد الانتهاء من تثبيت التوربين في المكان المُناسب.
• المُحافظة على المياه: تستهلك كثيرٌ من طرق توليد الطاقة التقليدية المياه أثناء عمليات التوليد، في حين يُمكن للتوربينات توليد الطاقة من الرياح مع المُحافظة على موارد المياه في العالم وضمان عدم استنزافها.

كيف يُمكن زيادة كفاءة إنتاج الطاقة من الرياح؟

توجد العديد من العوامل التي تؤثر على كفاءة إنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح، ولا بُدّ من معرفة العوامل المذكورةلزيادة الكفاءة وإنتاج كميات أكبر من الكهرباء بالاعتماد على الريح، وفيما يأتي قائمة بأبرز العوامل التي تتحكّم في كفاءة نظام توليد الطاقة الكهربائية من الرياح:

• سرعة الرياح: تزداد قدرة التوربينات على توليد الكهرباء من الرياح كُلّما ازدادت سرعة الرياح؛ لذلك ينبغي توجيه الشفرات بعكس اتجاه الرياح على نحوٍ مستمرٍ للوصول إلى الكفاءة الأفضل.
• ارتفاع التوربين: عادةً ما تكون سرعة الرياح أكبر عند الارتفاعات العالية وتنخفض سرعتها عند الارتفاعات المُنخفضة، وهذا يعني ضرورة زيادة ارتفاع التوربين لزيادة كفاءة إنتاج الكهرباء من الرياح.
• كثافة الهواء: يستطيع الهواء توفير ضغط أكبر على شفرات التوربين عندما تكون كثافته أعلى ممّا يُساعد على تدوير الشفرات بكفاءة أفضل، وهو ما يُسهم في زيادة إنتاج الكهرباء من قبل النظام.
• تصميم الشفرات: تتأثّر قدرة نظام توليد الطاقة من الرياح بشكل مباشر عند اختلاف تصميم شفرات التوربين؛ ذلك لأن قدرة الشفرات على توليد الطاقة تكون أكبر عند زيادة حجمها في حين تنخفض قدرتها على التوليد عندما يكون حجمها أصغر.
• كثافة الهواء: تتناسب كثافة الهواء تناسبًا طرديًّا مع قدرة التوربينات على توليد الطّاقة الكهبربائيّة، وهذا يعني أنّ زيادة الكثافة تؤدّي إلى زيادة مقدار الطّاقة بشكل مباشر.

هل يمكن توليد الكهرباء من الرياح في المنزل؟

يُمكن استخدام توربينات توليد الكهرباء من تدفق الرياح في المنزل لتقليل قيمة الفاتورة الشهرية، بالإضافة إلى المُساعدة في الحدّ  من الانبعاثات الضارّة التي تنتج عن توليد الطاقة من محطات الكهرباء التي تستخدم الوقود الأحفوري أو الغاز، ويستطيع الأفراد الاعتماد على البطاريات لتخزين الكهرباء وضمان استمرار الإمدادات الكهربائية عند انقطاع الرياح؛ وذلك إذا لم يكن المنزل متصلًا مع الشبكة المحليّة للكهرباء.

هل يوجد تحديات تواجه توليد الكهرباء من الرياح؟

هُناك عِدّة تحديات تواجه توليد الطاقة الكهربائية بالاعتماد على تدفق الرياح، ومن أبرز هذه التحديات ما يأتي:

• التكلفة: عادةً ما تكون تكلفة إنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح ذات تكلفة أقل؛ إلّا إنّ الاعتماد على هذه الأنظمة يؤدي إلى ارتفاع قيمة الكهرباء في المناطق التي تُعاني من قِلّة الرياح، وهي واحدةً من تحديات الاعتماد على طاقة الرياح.
• مكان توربينات الرياح: يتم تثبيت توربينات توليد الكهرباء من الرياح في أماكن بعيدة عن المُدن عادةً، هذا يعني أنها بحاجة إلى كثير من التوصيلات، بالإضافة إلى البنية التحتيّة المُناسبة حتى تستطيع تزويد المَدينة بالكهرباء.
• استخدامات الأرض: تُستخدم العديد من الأراضي المُناسبة للتوربينات في الزراعة أو في أيّ من المَوارد الأُخرى، وتكون قيمة هذه الاستخدامات أكبر من قيمة توليد الكهرباء أحيانًا ممّا يُشكل تحديًا يُواجه توليد الكهرباء من الرياح.
• الضوضاء: تُصدر التوربينات أصواتًا مُزعجةً أحيانًا عند دورانها لتوليد الطاقة الكهربائية، ويؤدي ذلك إلى تشكيل الضوضاء، كما تتسبّب هذه التوربينات بتشويه المناظر الطبيعية أحيانًا.
• تهديد بعض أشكال الحياة: كثيرًا ما تتسبّب الشفرات الدوّارة في قتل الطيور التي تطير من خلالها أثناء الدوران، وهو ما يُشكّل خطورةً على حياة هذا النوع من الكائنات الحيّة؛ إلّا إنّ هُناك كثيرًا من المساعي لتطوير التوربينات بشكل يُحافظ على حياة الطيور.

اقرأ/ي أيضًا:

هل البنزين موصل للكهرباء؟

هل يوجد قيمة لعجلة الجاذبية الأرضية؟

هل الطاقة النظيفة لها أثر إيجابي على البيئة؟

هل الطاقة الشمسية للمنازل أفضل بديل عن الكهرباء؟