بفضل ازدياد المعرفة، والتشريعات المواتية، وانخفاض الأسعار، شهدت طاقة الرياح نموًا سريعًا منذ عام 2000. ويشمل ذلك التوربينات البرية والبحرية. في هذه المقالة، ستتمكن من فهم مبدأ تحويل طاقة الرياح بالتفصيل، بدءًا من الأساسيات، مثل تعريف طاقة الرياح وأمثلة لفهمها بشكل أفضل.
ما هي طاقة الرياح؟ هل طاقة الرياح متجددة؟
يُطلق على استخدام طاقة الرياح لتوليد الطاقة الميكانيكية أو الكهربائية اسم طاقة الرياح. وتُعدّ توربينات الرياح أجهزةً تستغل الطاقة الحركية للرياح وتحولها إلى طاقة ميكانيكية. ويمكن للمولد أن يأخذ هذه الطاقة الميكانيكية ويحولها إلى كهرباء للاستهلاك العام أو لغرض محدد، مثل طحن الحبوب أو ضخ المياه.
تُعتبر طاقة الرياح مصدرًا متجددًا للطاقة، لأنها تُولّد من عمليات طبيعية متجددة باستمرار. وهي من أقدم أشكال الطاقة التي استخدمها البشر، وهي الآن أشهر وأكثر خيارات الطاقة المتجددة المتاحة فعالية. لذا، فالإجابة على سؤال: هل طاقة الرياح متجددة؟ بعد ذلك، لنتعرف على مبدأ تحويل طاقة الرياح.
ما هو المبدأ الأساسي لتحويل طاقة الرياح؟
أساسًا، هناك مبدأان فيزيائيان رئيسيان يمكن من خلالهما استخلاص طاقة الرياح. يمكن تحقيق ذلك إما عن طريق قوة السحب أو قوة الرفع أو مزيج منهما . ويتضح الفرق بين الرفع والسحب من خلال الفرق بين استخدام شراع برمودا، وهو الشراع المثلث المألوف الذي ينحرف مع الرياح ويسمح للقارب الشراعي بالإبحار عكس اتجاه الرياح أو بزاوية طفيفة، وشراع سبينكر، الذي ينتفخ كالمظلة ويسحب القارب الشراعي مع اتجاه الرياح.
تُعدّ قوى السحب الوسيلة الأوضح للدفع، إذ يشعر بها الجسم أو الشخص المُعرّض للرياح. في المقابل، تُعدّ قوى الرفع الوسيلة الأكثر فعالية للدفع، ولكن نظرًا لكونها أقل وضوحًا من قوى السحب، فإنّ فهمها ليس دقيقًا تمامًا. هذه هي الخصائص الأساسية التي تُميّز قوى السحب والرفع.
- قوة السحب في اتجاه تدفق الهواء في حين أن قوة الرفع هي عمودي إلى اتجاه تدفق الهواء.
- عندما يتم توليد قوة الرفع، فإنها تتسبب في تطوير كمية معينة من السحب.
- بشكل عام، أجهزة الرفع هي أكثر فعالية من أجهزة السحب. كان من المفترض أن يساعدك هذا على فهم مبدأ تحويل طاقة الرياح.
ما هو التعريف الدقيق لطاقة الرياح وأمثلة عليها؟
بعد فهم مبدأ تحويل طاقة الرياح، دعونا نتعرف على تعريفها وأمثلة عليها. يُعرّف مفهوم طاقة الرياح ببساطة بأنها طاقة مستدامة لأنها نظيفة ومتجددة ووفيرة. تُحوّل توربينات الرياح طاقة الرياح إلى كهرباء يوميًا في جميع أنحاء العالم. وتزداد أهمية الطاقة النظيفة والمتجددة من الرياح كمصدر للطاقة العالمية.
بفضل اختراع توربينات الرياح، يُمكن تحويل طاقة الرياح إلى كهرباء قابلة للاستخدام. فعندما تهب الرياح، تدور الشفرات باتجاه عقارب الساعة، مُولّدةً بذلك طاقةً للتوربين. ويؤدي هذا إلى دوران العمود الرئيسي للتوربين، المتصل بعلبة تروس داخل هيكله. تُنقل طاقة الرياح من علبة التروس إلى المولد. ثم يُحوّل مُحوّل جهد الكهرباء ليتوافق مع باقي الشبكة.
ومن أمثلة طاقة الرياح:
عادةً ما تُستخدم مزارع الرياح لتوليد طاقة الرياح. أما مزارع الرياح البرية، فغالبًا ما تُستخدم لأغراض أخرى، مثل رعي الحيوانات. بعضها يقع في عرض البحر، أي فوق الماء.
- تم بناء أول مزرعة رياح على الإطلاق في نيو هامبشايريقع على قمة جبل كروتشد في هذه الولاية. قامت شركة طاقة الرياح الأمريكية، المطورة للمشروع، بتركيب 200 توربين رياح بقدرة إنتاجية إجمالية تبلغ 600 كيلوواط.
- مركز ألتا لطاقة الرياح، والمعروف غالبًا باسم مزرعة موهافي للرياحتُعد محطة رياح هاميلتون ثاني أكبر منشأة لطاقة الرياح البرية في العالم. تضم 600 توربين، مع خطط لتوسعة إضافية كبيرة. تنتج المحطة حاليًا 1,550 ميجاوات، وقد يرتفع هذا الرقم إلى 3,050 ميجاوات مع التوسعات المستقبلية. تتميز المحطة بموقعها الاستراتيجي في ممر تيهاتشابي بكاليفورنيا، بين سان جواكين وصحراء موهافي، مما يجعلها منطقة رياح نشطة.
- حاليا، والني هي أكبر مزرعة رياح بحرية في العالم. تقع في البحر الأيرلندي قبالة ساحل كمبريا، إنجلترا. تتمتع بقدرة هائلة على توليد حوالي 659 ميجاوات من الطاقة، ما يُمكّنها من توفير الطاقة لما يصل إلى 600,000 ألف منزل.
- الصين الآن في منتصف عملية البناء مزرعة الرياح في قانسوبدأ بناء مزرعة الرياح البرية الضخمة في الصحراء القريبة من مقاطعة جيوتشيوان. ونأمل أن ننجز هذا المشروع بحلول عام ٢٠٢٠. ومن المتوقع أن تبلغ الطاقة الإنتاجية للمنشأة ٢٠ جيجاواط.
اقرأ أيضاً: 5 مزايا وعيوب رئيسية للطاقة الكهرومائية
ما هي أنواع طاقة الرياح؟
الرياح، نظريًا، شكل من أشكال الطاقة الشمسية، إذ تتولد من التسخين غير المتساوي للغلاف الجوي بفعل الشمس، وطبيعة سطح الكوكب، ودوران الأرض. تُسخّر توربينات الرياح الطاقة الحركية لتدفقات الهواء حول الكوكب، والتي تُحوّل بدورها إلى كهرباء. باختصار، تستخدم توربينات الرياح دوران الشفرات لتوليد الكهرباء عن طريق تشغيل مولد كهربائي. تُحرّك الرياح شفرات توربين الرياح، والتي بدورها تُدير عمودًا متصلًا بمولد كهربائي.
اعتمادًا على موقع توربينات الرياح، يوجد حاليًا نوعان متميزان من طاقة الرياح.
1. طاقة الرياح البرية: تُستخدم طاقة الرياح البرية لتوليد الكهرباء من خلال استغلال طاقة الرياح في مزارع الرياح البرية. ولتحقيق هذا الهدف، نقوم بتركيب توربينات رياح قادرة على تحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام تُغذى بها الشبكة الكهربائية.
٢. طاقة الرياح البحرية: يُستمد هذا النوع من طاقة الرياح من قوة الرياح المتولدة في أعالي البحار ، حيث تصل طاقة الرياح إلى سرعة أعلى وأكثر ثباتًا مقارنةً باليابسة، وذلك لعدم وجود عوائق في أعالي البحار. وللاستفادة القصوى من هذا المورد، تُقام هياكل ضخمة على قاع البحر، مُجهزة بأحدث التقنيات.
ما هي بعض استخدامات طاقة الرياح؟
طاقة الرياح مصدر شائع جدًا للطاقة المتجددة، وتُستخدم في قطاعات عديدة. إليك بعض استخدامات طاقة الرياح:
- توليد طاقة الرياح: يُعد توليد الكهرباء أحد التطبيقات الشائعة لطاقة الرياح. يُستخدم توربين الرياح لتحويل طاقة الرياح الحركية إلى كهرباء قابلة للاستخدام. تُدير الرياح شفرات التوربين، التي بدورها تُدير مولدًا كهربائيًا، والذي بدوره يُولّد الطاقة.
- النقل: يمكن أيضًا استخدام طاقة الرياح في قطاع النقل. لقد استخدمت الحضارات طاقة الرياح في الإبحار لآلاف السنينربما وُجد الإبحار بشكله الحديث منذ عام 5000 قبل الميلاد، وفقًا للأدلة المتوفرة. في العصر الحديث، شهدنا سفنًا صغيرة وضخمة تُبحر باستخدام قوة الرياح فقط.
- إنتاج الغذاء: لطالما استُخدمت طاقة الرياح في حصاد المحاصيل. وكانت طواحين الهواء تُستخدم على نطاق واسع لطحن الحبوب وتحويلها إلى دقيق قبل ظهور آلات الطحن الصناعية الحديثة.
- ضخ المياه: بالإضافة إلى التطبيقات المذكورة سابقًا، يمكن استخدام مضخة الرياح لضخ المياه باستخدام طاقة الرياح فقط. ورغم أنها تشبه طواحين الهواء التقليدية، إلا أن مضخات الرياح الحديثة تُستخدم لنقل المياه بدلًا من الحبوب.
- الرياضات أو الرياضات الهوائية: رياضات الرياح وسيلة ممتعة للاستفادة من طاقة الرياح. من الرياضات التي تستغل طاقة الرياح: ركوب الأمواج الشراعية (الشراع) هو نوع من الإبحار، حيث يُثبّت الصاري والشراع على لوح ركوب الأمواج، ويقف عليه البحار لتوجيهه. أما الإبحار فهو تطبيق تقليدي لطاقة الرياح، ويُستخدم في الرياضات التنافسية التي يتنافس فيها الأفراد أو الفرق.
انظر أيضاً: 10 مزايا وعيوب للطاقة البحرية
ما هي مزايا طاقة الرياح؟
تتمثل مزايا طاقة الرياح فيما يلي:
- طاقة الرياح هي مصدر للطاقة الخضراء: تبدأ العملية بتوربين رياح يُدار بفعل الرياح. تُدير الطاقة الحركية للهيكل، المستمدة من الرياح، مولدًا كهربائيًا لإنتاج الطاقة. يمكن تحويل جميع أنواع الرياح، باستثناء الأخف منها، إلى كهرباء بواسطة توربينات الرياح الحالية. لا تُساهم طاقة الرياح في الاحتباس الحراري لأنها لا تُطلق أي غازات دفيئة خلال عملية توليد الكهرباء.
- الرياح هي مصدر مستدام للكهرباء: تتميز طاقة الرياح أيضًا بكونها مصدرًا مستدامًا للطاقة. فهي تُولّد بواسطة الرياح، وهي مورد متجدد لا ينضب أبدًا. فهي تأتي من مصدر غير قابل للنضوب، ولا تُصدر أي انبعاثات كربونية. تُشبه طاقة الرياح الطاقة الشمسية في بعض النواحي.
- طاقة الرياح لديها تكاليف تشغيل رخيصة: على عكس بعض مصادر الطاقة الأخرىتكلفة وقود توليد الكهرباء من الرياح صفر. الصيانة هي التكلفة الوحيدة المهمة المستمرة بعد تركيب توربينات الرياح. تُعدّ طاقة الرياح حلاً نظيفًا ومتجددًا وفعّالًا من حيث التكلفة، حيث يسعى العالم إلى تقليل انبعاثات الكربون في توليد الكهرباء مستقبلًا.
ما هي عيوب طاقة الرياح؟
ومن عيوب طاقة الرياح ما يلي:
- تشكل توربينات الرياح تهديدًا لمختلف أشكال الحيوانات: عندما يتعلق الأمر بالحياة البرية، قد تكون توربينات الرياح مدمرة. فهي تضرب الخفافيش والطيور، ولا تستطيع أنظمة السونار الخاصة بها تحديد مسارها حول التوربينات. وبينما تُعتبر الطيور المهاجرة والأنواع ذات معدلات التكاثر المنخفضة معرضة للخطر بشكل خاص، يستكشف العلماء حلولاً جديدة للتخفيف من حدة التهديد الذي تتعرض له هذه الحيوانات.
- يمكن لتوربينات الرياح أن تنتج صوتًا هديرًا: يُضاف الضجيج الميكانيكي الصادر عن المولدات داخل التوربينات إلى الضوضاء الديناميكية الهوائية الصادرة عن شفرات التوربينات التي تشق الهواء. ورغم أن هذا الضجيج قد يؤثر على الحياة البرية، إلا أنه عادةً ما لا يُلاحَظ إلا عند وصولك إلى هناك.
- الموقع هو العامل المحدد لطاقة الرياح: طاقة الرياح ليست حلاً شاملاً. الاستثمار فيها لا يكون مجدياً إلا في المواقع ذات الرياح القوية والمستمرة. لا تهب الرياح دائماً، حتى في أفضل المواقع، مثل الشاطئ، أو قمم التلال، أو الحقول المفتوحة. يشير التقطع إلى انخفاض إنتاج الطاقة أو توقفه تماماً عند انخفاض سرعة الرياح أو خفوتها.
اقرأ أيضاً: مزايا وعيوب طاقة المد والجزر
هل هناك أي حدود لتحويل طاقة الرياح؟
إذا كنت تتساءل عن وجود أي قيود على تحويل طاقة الرياح، فنعم، هناك بعض القيود على طاقة الرياح أيضًا. من هذه القيود:
- لا يمكن للرياح أن تنتقل إلا بسرعة معينة، تقليل كمية الطاقة الحركية والتي يمكن استخلاصها منه.
- ريح تختلف السرعة على مر الزمن. ولأن معدل التغير غير ثابت، فلا يمكن استخدامه لتوليد الطاقة بشكل موثوق. الأمر خارج عن سيطرة أي أحد.
- يستغرق الحصول على كمية كبيرة من الطاقة من إنتاج الرياح وقتًا طويلاً.
- إذا كنت ترغب في تسخير طاقة الرياح، فستحتاج إلى توفير مساحة كبيرة لإنشاء مزارع الرياح. فاستهلاك مساحة شاسعة يُغير المساحة المحيطة بها، ما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة التصنيع.
- سرعة الرياح المنخفضة منعك من توليد طاقة كافية.
- طاقة الرياح هي عرضة للتغيرات الموسمية والمناخيةولسوء الحظ، طاقة الرياح ليست متاحة دائمًا.
إذن، ما هي النتيجة المرجوة؟
في المستقبل، ستُولّد طاقة الرياح أكثر من 35% من كهرباء العالم، مما يجعلها المصدر الرئيسي للطاقة. ويمكن تحقيق ما يقرب من ربع التخفيضات السنوية في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية المطلوبة بحلول عام 2 بتطبيق هذه الاستراتيجية. ووفقًا لدراسة حديثة أجراها المجلس العالمي لطاقة الرياح، فإن قطاع الطاقة المتجددة ككل لديه القدرة على توفير ما يصل إلى 2050 مليون وظيفة خلال السنوات الخمس المقبلة.
تسعى هذه المدونة إلى تسليط الضوء على ماهية طاقة الرياح، وتعريفها وأمثلة عليها، وهل هي طاقة متجددة، وأنواعها، واستخداماتها، ومزاياها وعيوبها، وأمثلة عليها، ومبدأ تحويلها، وحدود تحويلها، وما إلى ذلك. يُعد فهم الجوانب المختلفة لمصادر الطاقة المختلفة أمرًا ضروريًا، فهو يُمكّنك من مواكبة أحدث التوجهات في قطاع الطاقة عالميًا.
