توربينات الرياح ذات المحور الأفقي – HAWT

من بين مصادر الطاقة المتجددة تعد الرياح هي المورد الأكثر استخداماً؛ نظراً لقبولها التجاري وتكلفتها المنخفضة وسهولة تشغيلها وصيانتها وخلق وظائف جديدة وأقل تأثير سلبي على البيئة، وقد أدى التطور التكنولوجي السريع في صناعة الرياح وتوافر توربينات الرياح ذات المحور الأفقي ذات الحجم المتعدد إلى زيادة الترويج؛ لاستخدام طاقة الرياح على مستوى العالم.

ما هي توربينات الرياح ذات المحور الأفقي؟

هي عبارة عن مجموعة من الآلات المثبتة سواء في الأرض أو الماء لتوليد الطاقة (الكهرباء)، حيث يتم تحويل الطاقة الحركية من الرياح إلى طاقة كهربائية بفعل هذه التوربينات، كما يتميز هذا النوع من التوربينات بتصاميم مشابه لطاحونة الهواء، ونظراً لكفاءتها العالية وإنتاجها الكبير للطاقة فهي التوربينات الأكثر استخداماً في العالم (خاصة في مواقع التشغيل التجارية والصناعية).

مكونات توربينات الرياح ذات المحور الأفقي:

مقياس شدة الريح: يستخدم لقياس سرعة الرياح، وبعد ذلك يتم نقل البيانات المجمعة إلى وحدة التحكم والتي قد توقف التوربين على سبيل المثال إذا كانت الرياح شديدة الارتفاع (مثل الأعاصير).

الشفرات: وهذه الشفرات تستخدم لحصاد طاقة الرياح، كما أن الشفرات ايضاً تمارس قوتين الرفع والسحب، وبفعل هاتان القوتين يحدث دوران الدوارات.

جهاز التحكم: يعمل هذا الجهاز على تشغيل التوربينات، حيث يبدأ عادةً تشغيل التوربين بسرعات مقطوعة (حوالي 3.5 م / ث)، وايضاً يعمل هذا الجهاز على غلق التوربين في حالة ارتفاع سرعة الرياح (أعلى من 25 م / ث) وذلك لحماية الجهاز.

صندوق التروس: يأخذ صندوق التروس الطاقة من عمود السرعة المنخفض وينقلها إلى عمود الدوران عالي السرعة.

مولد الكهرباء: وهذا المولد يعمل على إنتاج الكهرباء.

الدوار: ويتكون هذا الدوار من الشفرات والمحور.

البرج: يتم بناؤه عادةً باستخدام فولاذ أنبوبي مخروطي الشكل.

ما هي مزايا توربينات الرياح ذات المحور الأفقي؟

تهيمن توربينات الرياح ذات المحور الأفقي على غالبية صناعة الرياح، حيث تتمثل ميزة الرياح الأفقية في قدرتها على إنتاج المزيد من الكهرباء من كمية معينة من الرياح، وفيما يلي العديد من مزايا توربينات الرياح ذات المحور الأفقي:

إنتاج طاقة عالية: عادةً ما يتم بناء توربينات الرياح ذات المحور الأفقي لتتراوح سعتها بين (2 إلى 8 ميجاواط) اعتماداً على الاستخدام، وفي حين أن إنتاج توربينات الرياح يعتمد على حجم التوربين وسرعة الرياح يمكن أن ينتج متوسط ​​توربينات الرياح البرية بسعة (2.5 – 3.0 ميغاواط) أكثر من 6 ملايين كيلوواط في السنة، وهو ما يكفي لتزويد 1500 منزل بالكهرباء.

كفاءة عالية: لأي نوع من تحويل الطاقة هناك دائماً طاقة مفقودة، وتعد كيفية تحسين كفاءة تحويل الطاقة هي أحد أكبر محاور تطوير المنتجات في صناعة طاقة الرياح، وحالياً تتمتع توربينات الرياح ذات المحور الأفقي بأعلى كفاءة، حيث يمكنهم تحويل 40 إلى 50٪ من طاقة الرياح المستلمة إلى كهرباء.

موثوقية عالية: نظراً لكونها نموذج سائد لعقود من الزمان فقد نضجت بالفعل أبحاث لتطوير توربينات الرياح ذات المحور الأفقي، حيث لا تعتبر المنتجات الموجودة في السوق موثوقة فحسب بل يتم أيضاً استكشاف تطبيق واستخدام توربينات الرياح ذات المحور الأفقي بدقة عالية لتصبح أكثر موثوقية.

سرعة رياح تشغيلية عالية: نظراً لارتفاع الدوارات فإن توربينات الرياح ذات المحور الأفقي قادرة على استقبال الرياح بسرعة أكبر، وهذا يعني أنه من المرجح أن تعمل بسرعة أعلى للرياح، مما يساعدها على توفير الأداء الأمثل، ونظراً لأن تدفق الهواء عند هذا الارتفاع مستقر نسبياً تتمتع توربينات الرياح ذات المحور الأفقي بمزيد من الاتساق في الرياح، وبالتالي توليد اكبر للطاقة.

ما هي عيوب توربينات الرياح المحور الأفقي؟

صعوبة النقل والتركيب والصيانة: نظراً للحجم الهائل لتوربينات الرياح ذات المحور الأفقي فإن نقلها وتركيبها يأتي مع تحديات لوجستية وتقنية كبيرة، فعلى سبيل المثال مع شفرات يصل طولها أحياناً إلى 70 متراً وثقلها يصل إلى 20 طناً فقد لا تتناسب مثل هذه التوربينات مع الطرق الضيقة والمتعرجة أو المنازل وأعمدة المرافق والشوارع.

خلق تأثير بيئي سلبي: بشكل عام لا يزال التأثير البيئي لتوربينات الرياح ذات المحور الأفقي حتى يومنا هذا محل نقاش واسع ومثير للجدل إلى حد ما، حيث تشمل المخاوف عموماً انبعاث الضوضاء الناجم عن الشفرات الهائلة التي تنقض عبر الهواء وظل الظل الهائل والتأثير على الحياة البرية والنظم البيئية المحلية، وبالإضافة إلى ذلك ايضاً فإن ريش توربينات الرياح ذات المحور الأفقي تشكل حقاً تهديدات محتملة للتصادم مع الحيوانات الطائرة التي تؤدي إلى موتها.

لوائح صارمة للتثبيت: على الرغم من أن الحكومات في جميع أنحاء العالم قد وضعت حوافز للشروع في تحويل الطاقة المتجددة إلا أن اللوائح الخاصة بتطوير توربينات الرياح وتركيبها يمكن أن تصبح قيوداً، فعلى سبيل المثال قبل تركيب توربينات الرياح في منطقة معينة يجب على البلدية إجراء تقييم للضوضاء لضمان الالتزام بالحدود، حيث يتضمن ذلك تقييم الضوضاء الموجودة وكذلك الضوضاء الجديدة المضافة بواسطة توربينات الرياح.

شاهد أيضاً

أشهر الحقائق حول طاقة المد والجزر

بشكل عام لم تعد طاقة المد والجزر مصدراً عالمياً للطاقة المتجددة، ولكن هذه الصناعة هي …