17-03-2011, 10:51 PM
|
عضو جديد
|
|
تاريخ التسجيل: Feb 2011
المشاركات: 15
معدل تقييم المستوى: 27
|
|
طاقة الرياح استخدام طواحين الهواء هي احدي انواع الطاقه المتجدده
والتي سوف نتحدث عنها اليوم بأذن الله
الطاقة المتجددة:
هي الطاقة المستمدة من الموارد الطبيعية التي تتجدد أو التي لا يمكن أن تنفد.
ومصادر الطاقة المتجددة، تختلف جوهريا عن الوقود الحفري من بترول وفحم والغاز الطبيعي..... ،
وحيث أن مخلفاتها لا تحتوي على غازات وملوثات أخرى كما في احتراق الوقود الحفري .
وهي تنتج عن الرياح والمياه والشمس, وتستخدم على نطاق واسع في البلدان المتقدمة وبعض
البلدان النامية ؛ لكن وسائل إنتاج الكهرباء باستخدام مصادر الطاقة المتجددة أصبح مألوفا في الآونة الأخيرة ،
وذلك لتجنب التهديدات الرئيسية لتغير المناخ بسبب التلوث واستنفاد الوقود الحفري ،
بالإضافة للمخاطر الاجتماعية والسياسية للوقود الحفري والطاقة النووية.
مصادر استخدام الطاقة المتجددة
و مصادر تدفقات الطاقة المتجددة تشمل الظواهر الطبيعية مثل الشمس والرياح وحرارة باطن الأرض
وحركة المد والجزر.
ولكل من هذه المصادر خصائصها الفريدة التي تؤثر على كيفية ووقت استخدامها.
وفي السطور القليلة التالية سنتعرف على أهم أشكال الطاقة المتجددة وكيفية الاستفادة منها:
أ- طاقة المياه:
تأتي الطاقة المائية من طاقة تدفق المياه أو سقوطها في حالة الشلالات (مساقط المياه)،
أو من تلاطم الأمواج في البحار،
حيث تنشأ الأمواج نتيجة لحركة الرياح وفعلها على مياه البحار والمحيطات والبحيرات،
ومن حركة الأمواج هذه تنشأ طاقة يمكن استغلالها، وتحويلها إلى طاقة كهربائية،
حيث تنتج الأمواج في الأحوال العادية طاقة تقدر ما بين 10 إلى 100 كيلو وات لكل متر من
الشاطئ في المناطق متوسطة البعد عن خط الاستواء.
كذلك يمكن الاستفادة من الطاقة المتولدة من حركات المد والجزر في المياه،
وأخيراً يمكن أيضاً الاستفادة من الفارق في درجات الحرارة بين الطبقتين
العليا والسفلى من المياه التي يمكن أن يصل إلى فرق 10 درجات مئوية.
ب- طاقة الكتلة الحيوية (Biomass fuels):
وهي الطاقة التي تستمد من المواد العضوية كإحراق النباتات وعظام ومخلفات الحيوانات والنفايات والمخلفات الزراعية.
والنباتات المستخدمة في إنتاج طاقة الكتلة الحيوية يمكن أن تكون أشجاراً سريعة النمو، أو حبوباً،
أو زيوتاً نباتية، أو مخلفات زراعية، وهناك أساليب مختلفة لمعالجة أنواع الوقود الحيوي، منها:
الحرق المباشر :
ويستعمل للطهي والتدفئة وإنتاج البخار غير أن هذه العملية لها مردود حراري ضئيل .
الحرق غير المباشر:
لإنتاج الفحم (بدون أوكسجين).
طرق التخمير:
لإنتاج غاز الميثان الذي يستخدم في الأعمال المنزلية كالتدفئة والطهي والإنارة.
الحل الحراري.
التقطير.
ويعطي كل أسلوب من الأساليب السابقة منتجاته الخاصة به مثل غاز الميثان والكحول والبخار
والأسمدة الكيماوية، ويعد غاز الإيثانول واحداً من أفضل أنواع الوقود المستخلصة من الكتلة الحيوية
وهو يستخرج بشكل رئيسي من محاصيل الذرة وقصب السكر.
ج- الطاقة الجوفية:
وهي طاقة الحرارة الأرضية،
حيث يُستفاد من ارتفاع درجة الحرارة في جوف الأرض باستخراج هذه الطاقة وتحويلها إلى أشكال أخرى،
وفي بعض مناطق الصدوع والتشققات الأرضية تتسرب المياه الجوفية عبر الصدوع والشقوق إلى
أعماق كبيرة بحيث تلامس مناطق شديدة السخونة فتسخن وتصعد إلى أعلى فوارة ساخنة،
وبعض هذه الينابيع يثور ويهمد عدة مرات في الساعة وبعضها يتدفق باستمرار وبشكل انسيابي
حاملاً معه المعادن المذابة من طبقات الصخور العميقة، ويظهر بذلك ما يطلق عليه الينابيع الحارة،
ويقصد الناس هذا النوع من الينابيع للاستشفاء، بالإضافة إلى أن هناك مشاريع تقوم على استغلال
حرارة المياه المنطلقة من الأرض في توليد الكهرباء.
د- الطاقة الشمسية:
تعد الشمس من أكبر مصادر الضوء والحرارة الموجودة على وجه الأرض،
وتتوزع هذه الطاقة المتولدة من تفاعلات الاندماج النووي داخل الشمس على أجزاء الأرض حسب
قربها من خط الاستواء، وهذا الخط هو المنطقة التي تحظى بأكبر نصيب من تلك الطاقة،
والطاقة الحرارية المتولدة عن أشعة الشمس يُستفاد منها عبر يتم تحويلها إلى (طاقة كهربائية) بواسطة
(الخلايا الشمسية).
وهناك طريقتان لتجميع الطاقة الشمسية،
الأولى: بأن يتم تركيز أشعة الشمس على مجمع بواسطة مرايا محدبة الشكل،
ويتكون المجمع عادة من عدد من الأنابيب بها ماء أو هواء، تسخن حرارة الشمس الهواء
أو تحول الماء إلى بخار.
أما الطريقة الثانية، ففيها يمتص المجمع ذو اللوح المستوى حرارة الشمس،
وتستخدم الحرارة لتنتج هواء ساخن أو بخار .
هـ - طاقة الرياح:
وهي الطاقة المتولدة من تحريك ألواح كبيرة مثبتة بأماكن مرتفعة بفعل الهواء،
ويتم إنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح بواسطة مولدات (أو وتربينات) ذات ثلاثة أذرع دوًّارة
تحمل على عمود تعمل على تحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربية،
فعندما تمر الرياح على الأذرع تخلق دفعة هواء ديناميكية تتسبب في دورانها،
وهذا الدوران يشغل التربينات فتنتج طاقة كهربية.
وتعتمد كمية الطاقة المنتجة من توربين الرياح على سرعة الرياح وقطر الذراع؛
لذلك توضع التربينات التي تستخدم لتشغيل المصانع أو للإنارة فوق أبراج؛
لأن سرعة الرياح تزداد مع الارتفاع عن سطح الأرض،
ويتم وضع تلك التربينات بأعداد كبيرة على مساحات واسعة من الأرض
لإنتاج أكبر كمية من الكهرباء.
وهذا النوع هو الذي سوف نتحدث عنه بالتفصيل بأذن الله
عندما يتحرّك الهواء بسرعة على شكل ريح يكون احدي انواع الطاقه والتي تسمي الطاقة الحركيّة
يمكن أن يتم تحويلها مثلما نستطيع تحويل الطاقة الناتجة عن الماء بالتوربينات في سدّ كهرومائي
فإن تولّيد الكهرباء من الرياح عبارة عن تحويّل الطاقة من وسيلة إلى أخرى
(وذلك تبعاً لقانون بقاء الطاقه "الطاقه لا تفني ولكنها تتجدد " )
وبتحرك الرياح تبدأ طواحين الهواء بالتحرّك فتقوم بتدوير عمود دوران متصل بمولد
ويقوم المولّد بتحويل تلك الطاقة الدورانيه (الحركيه) إلى الكهرباء .
كيف تبداء طاقة الرياح؟
تبدأ الطاقة الناتجة عن الريح أولاً من الشمس فعندما تقوم الشمس بتسخين منطقة معينة
من الأرض يقوم الهواء حول تلك المنطقة بامتصاص البعض من تلك الحرارة وفي درجة حرارة
معينة يبدأ ذلك الهواء الحار بالارتفاع بسرعة كبيرة لأن حجم الهواء الحار أخف من حجم الهواء
الأبرد وإن جزيئات هذا الهواء الحار ذو الحركة الأسرع تبذل ضغط أكثر من الجزيئات ذات الحركة
الأبطأ، ولذلك تأخذ وقت أقل لإبقاء ضغط الهواء الطبيعي في الارتفاع المسموح وعندما يرتفع
الهواء الحار الأخف فجأة تتدفق تيارات هوائية أبرد بسرعة لسدّ الفراغ الذي تركه الهواء الحار وراءه.
إذا قمت بوضع جسم ما مثل طاحونة الهواء في طريق تلك الريح فستقوم الريح بدفعها، محولة
البعض من طاقتها الحركية الخاصة إلي طاحونة الهواء وبهذه الطريقة يستمد توربين
الرياح الطاقة من الريح ويحدث نفس هذا الأمر مع المركب الشراعي عندما يدفع الهواء
المتحرّك الشراع ويتسبّب بتحرك المركب
أبسط توربين لطاقة الرياح
يشمل ثلاثة أجزاء رئيسية:
1 ـ تربنات دوّارة ـ
إن هذه التربنات مثل الأشرعة لهذا النظام تشكل حواجز ضد الرياح في شكلها البسيط
(إن تصاميم الطواحين الحديثه تتجاوز طريقة الحواجز هذه)
عندما تجبر الريح الطواحين على التحرّك تكون قد حوّلت البعض من طاقتها إلى الدوّارن.
2 ـ عمود الدوران ـ
وهو الذي يوصل الطاحونه الهوائيه (التربينه)الي المولد .
3 ـ المولّد -
هو القطعة الأساسية وهو أداة بسيطة جداً،
تستعمل خواص التأثير الكهرومغناطيسي لإنتاج جهد كهربائي
ووظيفته الاساسيه هي تحويل الطاقه الحركيه الي طاقه كهربيه.
ويتركب من مغناطيس وموصّل و هذا الموصّل عبارة عن سلك ملفوف،
يتم وضع هذه الملفات علي العمود الدوار .
ويُحاط العمود الدوار والموصلات بالمغنطيسات الثابتة مما يسبب تولد
جهد متردد (قوي دافعه كهربيه في الموصلات والتي تمرر تيار)
تاريخ طاقة الرياح
استخدم الناس طاقة الرياح للمرة الأولى في عام 3000 قبل الميلاد تقريباً
على شكل مراكب شراعية في مصر إذ قامت الأشرعة بتسخير طاقة الريح
لسحب المركب عبر الماء، واستخدمت الطواحين الأولى لطحن الحبوب إمّا
في عام 2000 قبل الميلاد في بابل القديمة أو في عام 200 قبل الميلاد
في بلاد فارس القديمة، احتوت هذه الأدوات الأولى عارضة خشبية عمودية
واحدة أو أكثر والأسفل المسن ربط بعمود تدوير يدار بالريح وإن المفهوم
من استخدام طاقة الرياح لطحن الحبوب انتشرت بسرعة في الشرق الأوسط
وكانت في استخدام واسع قبل فترة طويلة من استخدام الطاحونة الأولى التي
ظهرت في أوروبا .
التطوير الحديث لتقنية وتطبيقات طاقة الرياح كانت جارية بشكل جيد جدا بالثلاثينات،
عندما قامت 600,000 طاحونة بسد حاجة المناطق الريفية البعيدة بالكهرباء والماء
وعندما بدأ انتشار توزيع الكهرباء بدرجة واسعة في البلدات والمزارع بدأ ينحسر
استعمال طاقة الرياح في الولايات المتّحدة ولكنّه ارتفع ثانية بعد نقص النفط الأمريكي
في أوائل السبعينات وخلال السنوات الـ30 الماضية تقلب البحث والتطوير مع اهتمامات
الحكومة الاتحادية وحوافز الضريبة وفي وسط الثمانينات كان تقدير طاقة توربينات الرياح
يصل كحد أقصى إلى 150 كيلو واط وفي عام 2006 قدّر مقياس التوربينات التجارية
عموماً بأكثر من 1 ميغا واط ومتوفرة أيضاً بقدرة تصل إلى 4 ميغا واط.
تقنية طاقة الرياح الحديثة
عندما تتحدّث عن توربينات الرياح الحديثة سترى تصميمين أساسيين:
المحور الأفقي (HAWT)
والمحور العمودي (VAWT )،
توربينات الرياح ذات المحور العمودي (VAWT's) نادرة جداً وإن الوحيد حالياً
في الإنتاج التجاري لهذه التوربينات هو (داريوس) الذي أنتج نوع توربينات
مثل مضرب البيض.
إن العمود في VAWT مركب على محور عمودي متعامد على الأرض
وهو يوضع دائما مع الريح، على خلاف نظراءه ذوي المحور الأفقي لذلك
لن يكون من الضروري تعديله عندما يتغيّر اتجاه الريح لكن الـ VAWT
لا يستطيع البدء بالتحرّك وحده فهو يحتاج لدفع من نظامه الكهربائي للبدء
ولديه أسلاك مشدودة للدعم بدلاً من البرج ولذلك فإن ارتفاع الدوّار منخفض
أكثر وإن الارتفاع المنخفض يعني رياح أبطئ لذا فإن الـ VAWT's عموماً
أقل فعالية من الـ HAWT's.
قد تستعمل (VAWT) للتوربينات ذات النطاق الضيق ولضخّ الماء في
المناطق الريفية البعيدة ولكن تستخدم توربينات الرياح ذات المحور الأفقي
(HAWTs) بنطاق أوسع بكثير.
إن عمود التوربينات ذات المحور الأفقي (HAWT) مركب أفقياً ومتوازي مع الأرض
وهو يحتاج لآلة تعديل الانحراف من أجل أن يثبت نفسه ضد الرياح ويشمل نظام الانحراف
هذا محرّكات كهربائية وصناديق التروس التي تقوم على تحريك كامل الدوّار إلى اليسار
أو اليمين بمقادير صغيرة ويقوم جهاز سيطرة التوربين الإلكتروني بقراءة موقع أداة دوّارة
الرياح (إمّا ميكانيكياً أو إلكترونياً) وتعدّل موقع الدوّار للاستفاده من أكبر كمية متوفرة من
طاقة الرياح وتستخدم التوربينات ذات المحور الأفقي برج لرفع المكوّنات الأساسية للتوربين
إلى أقصى ارتفاع من أجل سرعة الريح وهي تأخذ مساحة صغيرة من الأرض في حين يبلغ
طولها تقريباً 260 قدم (80 متر) في الهواء.
العناصر الأساسية لتوربين كبير ذو محور أفقي:
ـ تربينات دوّارة تستمد طاقة الرياح وتحوّلها إلى طاقة دورانيه.
ـ عمود يوصل الطاقة الدورانيه إلى المولّد.
ـ هيكل المحرك وهو غطاء يحوي:
ـ صندوق تروس: يزيد سرعة العمود بين مركز الدوّار والمولّد.
ـ مولّد: يستعمل الطاقة الدورانيه من العمود لتوليد كهرباء باستخدام الكهرومغناطيسية.
ـ وحدة سيطرة إلكترونية: نظام مراقبة يوقف التوربين في حال حدوث عطل ويسيطر على آلية الإنحراف.
ـ جهاز سيطرة انحراف: يحرّك العضو الدوّار ليقف باتجاه الريح.
ـ كابحات: توقّف دوران العمود في حال وجود طاقة زائدة أو فشل في النظام.
ـ برج : يدعم العضو الدوّار وهيكل المحرك ويرفع كامل التركيب إلى الارتفاع الأعلى.
ـ أجهزة كهربائية: تجلب الكهرباء من المولّد في الأسفل خلال البرج وتسيطر على العديد من عناصر أمان التوربين.
وعلى خلاف تصميم طاحونة الهواء الهولندية القديمة التي تعتمد في الغالب على
قوة الريح لدفع الشفرات للحركة تستعمل التوربينات الحديثة مبادئ ديناميكية هوائية
متطوّرة أكثر للاستفاده من طاقة الرياح بفاعلية أكبر وإنّ القوتين الديناميكيتن الأساسيتين
للهوائية تعملان في دوّار توربين الرياح لتكونا بشكل عمودي مع إتّجاه تدفق الريح.
الشفرات التوربينية شكلها يشبه كثيراً شكل أجنحة الطائرة حيث استخدم بها تصميم السطح
الانسيابي أي أن سطح الشفرة يدوّر بعض الشّيء في أحد جهاتها وتكون مستوية نسبياً في باقي السطح وهي ظاهرة معقّدة جداً وقد تتطلّب في الحقيقة دكتوراه في الرياضيات أو الفيزياء لفهمها
بالكامل وتصميم الامثل منها.
الديناميكيا الهوائية ليست اعتبار التصميم الوحيد في تصميم توربين رياح فعّال
هناك أيضاً أمور الحجم وأطوال الشفرات التوربينية فإنه بقدر ما يمكن أن يستمد
التوربين طاقة من الريح بقدر ما يمكن أن يولد الكهرباء وبشكل عام فإن مضاعفة
قطر الدوّار ينتج أربعة أضعاف زيادة في ناتج الطاقة وفي بعض الحالات في المناطق
ذات سرعة رياح منخفضة يستطيع الدوّار ذو القطر الأصغر أن ينتهي بإنتاج طاقة أكثر
من دوّار أكبر لأنه إذا كان التكوين أصغر فسيأخذ طاقة رياح أقل لتدوير المولّد الأصغر
لذا فإن التوربين يمكنه بلوغ القدرة الكاملة دائماً تقريباً وإن ارتفاع البرج عامل رئيسي
في إنتاج الطاقة أيضا فإن التوربين الأعلى قادر على اخذ طاقة أكثر لأن سرعة الريح
تزيد بزيادة الارتفاع ويخمن العلماء بأن كل مضاعفة في الارتفاع تزيد 12 بالمائة من
سرعة الريح.
أنواع أنظمة الكبح(الفرمله):
ـ التحكم بالميلان:
إن جهاز سيطرة التوربين الإلكتروني يراقب ناتج التوربين الكهربائي ففي سرعة الريح
التي تزيد عن 45 ميل بالساعة سيكون الناتج الكهربائي عالي جداً وفي هذه المرحلة
يقوم جهاز السيطرة بإخبار الشفرات على تعديل ميلانها لكي تصبح غير مصطفة مع
الريح وهذا يبطئ دوران التربينه وتتطلّب أنظمة التحكم بالميلان زاوية شفرات متزايدة
(على الدوّار) لكي تكون قابلة للتعديل.
ـ الإيقاف:
الشفرات مركبة على الدوّار في زاوية ثابتة ولكنها مصمّمة على أن تقوم بكبح الدورات
في الشفرات بنفسها عندما تصبح الريح سريعة جداً وقد أميلت الشفرات بحيث إذا أصبحت
الريح فوق سرعة معينة ستتسبّب باضطراب على جانب الشفرة المواجه للريح وبالتالي
سيتسبب ذلك بالتوقف، يحدث توقف ديناميكي هوائي ببساطة عندما تصبح زاوية الشفرة
التي تواجه الريح المقبلة شديدة الانحدار فتبدأ بإزالة القوة مما ينقص سرعة الشفرات.
وبشكل عام إن 50,000 توربين رياح ينتج 50 بليون كيلو واط ساعي سنوياً على الأقل.
وأخيراً فهناك اتجاه في شتى دول العالم المتقدمة والنامية يهدف لتطوير سياسات الاستفادة
من صور الطاقة المتجددة واستثمارها، وذلك كسبيل للحفاظ على البيئة من ناحية، ومن ناحية
أخرى إيجاد مصادر وأشكال أخرى من الطاقة تكون لها إمكانية الاستمرار والتجدد، والتوفر
بتكاليف أقل، في مواجهة النمو الاقتصادي السريع والمتزايد، وهو الأمر الذي من شأنه أن
يحسّن نوعية حياة الفقراء بينما يحسّن أيضا البيئة العالمية والمحلية.
|
العرض العادي
