كم سرعة الرياح المطلوبة لتوليد الكهرباء | أنواع

كم سرعة الرياح المطلوبة لتوليد الكهرباء | أنواع

كم سرعة الرياح المطلوبة لتوليد الكهرباء حيث تعتبر طاقة الرياح واحدة من أهم مصادر الطاقة المتجددة في العالم، حيث يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء بطريقة بيئية واقتصادية.

يعتمد نجاح توليد الكهرباء من الرياح بشكل كبير على سرعة الرياح التي يتم استغلالها في عملية تشغيل محطات توليد الطاقة الرياحية. يُعتبر تحديد الحد الأدنى لسرعة الرياح اللازمة لتوليد الكهرباء أحد الجوانب الرئيسية في تخطيط وتشغيل هذه المحطات.

كم سرعة الرياح المطلوبة لتوليد الكهرباء

سرعة الرياح المطلوبة لتوليد الكهرباء تتراوح عادة بين 12 إلى 14 كيلومتر في الساعة على الأقل، وهذا يكون ضرورياً لجعل مولدات الكهرباء في التوربينات قادرة على توليد كميات مناسبة من الطاقة. يتم تحقيق ذلك من خلال استخدام توربينات الهواء التي تحتوي على شفرات كبيرة الحجم، يجبرها تأثير الرياح على الدوران.

ينبغي أن يكون الحد الأدنى للدوران للتوربين حوالي 10 إلى 20 دورة في الدقيقة، وهو ما يجعل عملية توليد الكهرباء فعّالة. يتأثر معدل توليد الكهرباء بعدة عوامل منها سرعة الرياح، ومنطقة الهواء التي تمر بها الشفرات، وكثافة الهواء المتدفق.

تتطلب توربينات الرياح أن تكون شفراتها عرضة لسرعة رياح لا تقل عن الحد الأدنى المطلوب للدوران، والذي يعتبر معامل أساسي في فهم طاقة الرياح ومبدأ عمل التوربين. بالمجمل، تكون سرعة الرياح الدنيا المطلوبة لتشغيل التوربين حوالي 12 – 14 كيلومتر في الساعة، وهي السرعة التي تمكن التوربين من الدوران وبدء توليد الطاقة الكهربائية، في حين تتراوح السرعة القصوى المطلوبة لإنتاج الكهرباء بشكل كامل بين 50 و60 كيلومتر في الساعة.

كم سرعة الرياح المطلوبة لتوليد الكهرباء

مبدأ عمل توربينات الرياح

تبني مبدأ عمل توربينات الرياح على تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية بطريقة فعّالة وبسيطة. على عكس المروحة التي تستهلك الكهرباء وتحولها إلى طاقة هوائية، تعمل التوربينات على تحويل الطاقة الهوائية إلى طاقة كهربائية جاهزة للاستهلاك.

تتحرك شفرات التوربينات بفعل الرياح، وهي مشابهة لشكل المروحة، حيث تتصل مباشرة بمحور مركزي يرتبط بمولد. يقوم المولد بتحويل هذه الحركة الدورانية إلى طاقة كهربائية. يعد توليد الحركة الدورانية للتوربينات بفضل تأثير الرياح هو نتيجة للتغييرات في درجات حرارة الهواء، فروقات السطح في الأرض، وحركة دوران الأرض.

تتمثل الرياح كشكل من أشكال الطاقة الشمسية، حيث يحدث تسخين الهواء بشكل متفاوت بفعل أشعة الشمس. يظهر اختلاف أنماط الرياح وسرعاتها بشكل واضح على اليابسة وفوق المسطحات المائية والتلال، مما يؤدي إلى اختلاف في استراتيجيات استغلالها.

يتم تعريف طاقة الرياح على أنها عملية استخدام قوة الرياح لإنشاء الطاقة الميكانيكية، وعادةً ما يتم تحقيق ذلك لتوليد الكهرباء. على الرغم من أن مبدأ طاقة الرياح يمكن أن يشمل الاستفادة من الطاقة الميكانيكية لتحقيق مهام مثل طحن الحبوب وضخ المياه، إلا أن الحصول على الكهرباء من الرياح يتطلب وجود مولد.

تقوم توربينات الرياح بتحويل تدفق الرياح عبر شفراتها وضغطها على جوانبها إلى دفعها ودورانها، مما ينتج عنه دوران المولد وإنشاء الكهرباء.

أنواع طاقة الرياح

تطوّرت طاقة الرياح على مر العصور، حيث باتت تُعَدّ مصدرًا بارزًا للطاقة المتجددة في العصر الحديث، وتشكل اليوم جزءًا هامًا من إمدادات الكهرباء في الدول المتقدمة، حيث تسهم بنسبة تصل إلى 6.3%. وتتنوع أنواع طاقة الرياح التي أصبحت رائجة ومعتمدة بشكل كبير، ومن بين أهم تلك الأنواع:

طَاقة الرياح بمستوى المرافق: تعني القدرة على تشغيل توربينات قادرة على توليد كهرباء بمقدار يتراوح بين 100 كيلو وات وعدة ميجاوات. تلك التوربينات تُضاف إلى الشبكة الكهربائية مباشرة قبل أن يتم توجيه الكهرباء إلى المستخدمين النهائيين، ويتم ذلك عبر مشغلي الطاقة الذين يديرون ويتحكمون في توزيع الطاقة على مستوى الشبكة.

طاقة الرياح البحرية :تشير إلى الطاقة التي يتم استخدامها من خلال توربينات الهواء البحرية والتي تُثبت عادة في المسطحات المائية. يتم تجهيز تلك التوربينات بمعدات أكبر بكثير من تلك المستخدمة في التوربينات البرية، بهدف تعزيز كفاءتها وجعلها قادرة على إنتاج كميات أكبر بكثير من الطاقة الكهربائية.

طاقة الرياح الصغيرة أو الموزعة تُشير إلى التوربينات التي تولّد طاقة تقل عن 100 كيلو وات. يُستخدم غالبًا هذا النوع من التوربينات لتوفير الطاقة الكهربائية للمنازل أو المزارع أو المؤسسات الصغيرة والتي قد تكون ذات حجم محدود، خاصة إذا لم تكن متصلة مباشرة بشبكة الطاقة الكهربائية.

حسابات طاقة الرياح

كم سرعة الرياح المطلوبة لتوليد الكهرباء حيث يتم حساب طاقة الرياح باستخدام المعادلة التالية: الطاقة = 1/2 × ρ × A × v^3. يتم قياس الناتج أو قوة الرياح بوحدة الواط، حيث تعبر “ρ” عن كثافة الهواء (بوحدة الكيلو غرام/متر مكعب) و” A” تمثل مساحة مقطع الرياح (بوحدة المتر المربع). أما “v”، فتعبر عن سرعة الرياح بوحدة المتر/الثانية، وتكون الطاقة المحركة لتوربينة الهواء تعتمد أساسًا على كثافة الهواء، والتي تُفترض أن تكون 1.2 كيلو غرام/متر مكعب.

هذه الحسابات أيضًا تعتمد على المساحة المكنسة لشفرات التوربين وسرعة دورانها بفعل الرياح، والتي تتفاوت تبعًا لتلك المعلومات. ومع ذلك، يتوجب التنويه إلى أن إنتاج توربينات الهواء يتوقف على سرعة الرياح وتأثيرها على شفرات التوربين. يجدر بالذكر أيضًا أن قوة الرياح لا تتناسب بشكل مباشر مع سرعتها.

لتحديد أداء توربين ما في سرعة رياح معينة، يجب الاطلاع على منحنى الطاقة الخاص به، الذي يمتد من 0.5 كيلو واط عند سرعة 1 متر/الثانية للرياح إلى 71.7 كيلو واط عند سرعة 25 متر/الثانية للرياح.

كم ينتج توربين الرياح

بعد معرفة كم سرعة الرياح المطلوبة لتوليد الكهرباء فإن توربين الرياح يولد بين 2 إلى 3 ميجاوات سنويًا، ما يُعادل 4 إلى 6 ملايين كيلو واط في الساعة من الطاقة الكهربائية سنويًا. هذا الإنتاج يكفي لتوفير احتياجات 1500 منزل ذي أسرة متوسطة.

يعتمد الإنتاج الكهربائي بواسطة طاقة الرياح على قوة الرياح، وهو متغير بناءً على سرعة هبوب الرياح، حيث يزداد الإنتاج كلما ازدادت سرعة الرياح. يلاحظ أن عملية توليد الكهرباء تتضاعف تقريبًا بنسبة ثمانية أضعاف عندما تكون الرياح أكثر قوة.

مع ذلك، يتم ضبط التوربين تلقائيًا للإغلاق عندما تتجاوز سرعة الرياح الـ 90 كيلومترًا في الساعة، وذلك لتجنب أي أضرار محتملة أو تلف في الأجزاء الحيوية للتوربين.

لذلك، يتم اختيار مواقع مزارع التوربينات بعناية فائقة، بناءً على دراسات عميقة لسرعة وكمية الرياح، والفوائد المتوقعة من تلك المواقع.

شاهد من أعمال دقائق