طاقة رياح

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
الطاقة المتجدّدة
Wind Turbine
طاقة حيوية
كتلة حيوية
طاقة حرارية أرضية
طاقة مائية
طاقة شمسية
طاقة المد والجزر
طاقة موجية
طاقة ريحية
أعمدة تحمل توربينات هوائية لتوليد الكهرباء في مقاطعة يوتلاند الدانماركية

طاقة الرياح، هي طاقة مستخرجة من الرياح باستخدام توربينات الرياح لإنتاج الطاقة الكهربائية، وطواحين الهواء من أجل الطاقة الميكانيكية، ومضخات الرياح لضخ المياه، أو لدفع أشرعة السفن. تعد طاقة الرياح بديل للوقود الأحفوري، وهي طاقة وفيرة وقابلة للتجدد، وتوجد على نطاق واسع، بجانب أنها طاقة نظيفة لا ينتج انبعاثات غازات الاحتباس الحراري أثناء التشغيل وتستخدم مساحات قليلة من الأراضي.[1] والآثار على البيئة عادة ما تكون أقل إشكالية من مصادر الطاقة الأخرى.

تتألف مزارع الرياح كبيرة من مئات من توربينات الرياح الفردية التي ترتبط بشبكة لنقل الطاقة الكهربائية. طاقة الرياح البرية مصدر غير مكلف وتنافسي؛ فهو أرخص من محطات الفحم أو الغاز أو الوقود الأحفوري.[2][3][4] أما الرياح البحرية فهي الأكثر ثباتاً وأشد من الرياح البرية، ولكن مزارع الرياح البحرية لها تكاليف بناء وصيانة مرتفعة عن المزارع العادية. ويمكن أن مزارع الرياح البرية صغيرة أن توفر الكهرباء لمواقع معزولة خارج نطاق الشبكة الكهربية.[5]

بحسب إحصاءات عام 2013، فإن الدنمارك هي أكثر دول العالم استخداماً لطاقة الرياح، فهي تولد أكثر من ثلث احتياجاتها من الكهرباء من الرياح.[6][7][8] كذلك 83 بلداً في جميع أنحاء العالم تستخدم طاقة الرياح لتعزيز شبكات الكهرباء لديها.[9] قدرة طاقة الرياح توسعت بسرعة إلى 336 غيغاوات في يونيو 2014، لذلك إنتاج طاقة الرياح سجل حوالي 4% من إجمالي استهلاك الكهرباء في جميع أنحاء العالم، وهذه النسبة في زيادة مستمرة.[10]

تاريخ[عدل]

أول طاحونة هوائية استخدمت لإنتاج الكهرباء بنيت في اسكتلندا في يوليو 1887 من قِبل البروفيسور جيمس بليث الأستاذ بكلية أندرسون في غلاسغو.[11] فقد ثبّت التوربينات على ارتفاع 10 أمتار في حديقته منزل عطلاته في ماريكيرك، وكان يستخدم لشحن البطاريات التي طورها الفرنسي كاميل ألفونس فور، لتشغيل الإضاءة في الكوخ،[11] مما يجعل من أول بيت في العالم أضيء بالكهرباء الموردة من طاقة الرياح.[12] عرض بليث الكهرباء الفائض لسكان ماريكيرك لإضاءة الشارع الرئيسي، إلا أنهم رفضوا العرض لاعتقادهم أن الكهرباء من "عمل الشيطان".[11] على الرغم من أنه بني في وقت لاحق توربينات للرياح لتوفير الطاقة في حالات الطوارئ في حالات اللجوء المحلي ولخدمة العيادات والمستوصف؛ إلا أن اختراعه لم يعمل بشكل كواسع خاصةً أنه مكلف اقتصادياً.[11]

في كليفلاند بولاية أوهايو في الولايات المتحدة الأمريكية، صُممت آلة أكبر بكثير، فقد تم تصميمها هندسياً وبناؤها في شتاء 1887-1888 من قِبل تشارلز برش،[13] وقد بني هذا عن طريق شركة هندسية في منزله وشغلها بين عاميّ 1886 و1900.[14] كان قطر توربينات الرياح الدوارة 17 متر (56 قدم) وركبه على برج ارتفاعه 18 متر (60 قدم). وعلى الرغم أنها مقاييس كبيرة بالنسبة للمقاييس الحالية، ألا أنها أنتجت فقط 12 كيلوواط. تم استخدام دينامو مرتبط إما لتوجيه الطاقة للبطاريات أو لتشغيل ما يصل إلى 100 مصباح متوهج الضوء وثلاثة مصابيح قوس، ومختلف المحركات في المختبر الخاص بتشارلز برش.[15]

مع تطور الطاقة الكهربائية، وجدت طاقة الرياح تطبيقات جديدة في إضاءة المباني البعيدة عن محطات الطاقة المركزية. طوال القرن العشرين وضعت محطات الرياح الصغيرة مسارات متوازية مناسبة للمزارع أو المساكن، ومولدات الرياح التي أصبحت ذات فائدة أكبر يمكن أن ترتبط بشبكات الكهرباء للاستخدامها عن بُعد. مولدات الرياح اليوم تعمل على عدة أشكال، ما بين صغيرة الحجم في محطات صغيرة لشحن بطاريات في مساكن معزولة، أول محطات تنتج بالجيجاواط كمزارع الرياح البحرية التي توفر الكهرباء لشبكات الكهرباء المحلية.

مزارع الرياح[عدل]

مزارع الرياح البرية الكبيرة
اسم مزرعة الرياح الإنتاج
(ميجغاواط)
الدولة ملاحظات
مزرعة رياح قانسو 6,000 علم الصين الصين [16][17]
ألتا 1,320 علم الولايات المتحدة الولايات المتحدة [18]
حديقة رياح جايسالمر 1,064 علم الهند الهند [19]
مزرعة رياح مسطح الرعاة 845 علم الولايات المتحدة الولايات المتحدة [20]
مزرعة رياح روسكو 782 علم الولايات المتحدة الولايات المتحدة [21]
مركز الحصان المجوف لطاقة الرياح 736 علم الولايات المتحدة الولايات المتحدة [22][23]
مزرعة رياح كابريكورن ريدج 662 علم الولايات المتحدة الولايات المتحدة [22][23]
مزرعة رياح فنتنيله-كوجيالاك 600 علم رومانيا رومانيا [24]
مزرعة رياح فاولر ريدج 600 علم الولايات المتحدة الولايات المتحدة [25]
مزرعة رياح وايتلي 539 علم المملكة المتحدة المملكة المتحدة [26]

مزرعة الرياح هي مجموعة من توربينات الرياح في مكان واحد تستخدم في إنتاج الكهرباء. قد تتكون مزرعة الرياح الكبيرة من عدة مئات من توربينات الرياح الفردية الموزعة على مساحة ممتدة، ولكن الأرض بين التوربينات قد تستخدم لأغراض زراعية أو غيرها.

تقريباً كل توربينات الرياح الكبيرة لها نفس التصميم، فتوربينات الرياح بها المحور الأفقي الدوار بثلاث شفرات موجه عكس اتجاه الريح، تعلق على هيكل محرك على قمة برج أنبوبي طويل.

طاقة الرياح البحرية[عدل]

يشير مصطلح طاقة الرياح البحرية إلى بناء مزارع الرياح في وسط مسطحات مائية كبيرة لتوليد الكهرباء. ويمكن لهذه المنشآت الاستفادة من الرياح الأكثر تواتراً والرياح القوية التي تتوفر في هذه المواقع. رغم فوائدها إلا أنها تتكلف تكاليف عالية في البناء والصيانة.[27][28]

شركتيّ سيمنز وفيستاس هما أكبر موردي توربينات الرياح البحرية. كذلك دونغ إنرجي وفاتينفول وإي أون من الرواد في هذا المجال.[29] اعتباراً من أكتوبر 2010، كان هناك حوالي 3.16 غيغاواط منتجة إجمالياً من طاقة الرياح البحرية، خاصةً في شمال أوروبا. وفي نهاية 2014 تم تشغيل أكثر من 16 غيغاواط كقدرة إضافية بما جعل المملكة المتحدة وألمانيا من الأسواق الرائدة. ومن المتوقع إزدياد الاعتماد على طاقة الرياح البحرية لتصل إلى ما مجموعه 75 غيغاواط في جميع أنحاء العالم بحلول عام 2020، بمساهمات كبيرة متوقعة من الصين والولايات المتحدة.[29]

في نهاية عام 2012، تم تركيب 1,662 توربين في 55 مزرعة رياح بحرية في 10 دول أوروبية تولد مجتمعة 18 تيراواط/ساعة، أي أعطت طاقة إلى ما يقرب من خمسة ملايين أسرة.[30] اعتباراً من شهر أغسطس عام 2013، فإن مزرعة مصفوفة لندن في المملكة المتحدة هي أكبر مزرعة رياح بحرية في العالم بقدرة 630 ميغاواط. يتبعها مزرعة رياح غابارد الكبرى بالمملكة المتحدة أيضاً بقدرة 504 ميغاواط. كذلك يتم إنشاء مزرعة رياح البحر في ويلز بالمملكة المتحدة بقدرة 576 ميغاواط؛ وهي حالياً في المراحل النهائية للإنشاء المتوقع إنهائها نعاية عام 2015.[31]

أكبر مزارع الرياح البحرية في العالم
اسم المزرعة القدرة (ميغاواط) الدولة التوربينات بداية التشغيل مصادر
لندن أري 630 علم المملكة المتحدة المملكة المتحدة 175 × سيمنز SWT-3.6 2012 [32][33][34]
غابارد الكبرى 504 علم المملكة المتحدة المملكة المتحدة 140 × سيمنز SWT-3.6 2012 [35]
آنهولت 400 علم الدنمارك الدنمارك 111 × سيمنز SWT-3.6-120 2013 [36]
بارد 1 400 علم ألمانيا ألمانيا 80 بارد 5.0 توربينات 2013 [37]

تصميم التوربينات[عدل]

توربينات الرياح هي الأجهزة التي تحول الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية، جاءت فكرتها نتيجة لتطور هندسة الطواحين الهوائية لأكثر من ألف عام. يتم تصنيع توربينات الرياح اليوم على نطاق واسع من انماط المحور الأفقي والمحور الرأسي. وتستخدم أصغر التوربينات الصغيرة في أعمال بسيطة مثل شحن البطاريات المساعدة لمصادر الطاقة الأساسية. والتوربينات الأكبر قليلاً يمكن استخدامها لتقدم إمدادات للطاقة المنزلية بجانب بيع الطاقة الغير مستخدمة إلى الشركات الموردة للطاقة الكهربائية. أما مصفوفات التوربينات الكبيرة والمعروفة باسم مزارع الرياح فهي مصدر مهم للطاقة المتجددة وتستخدم في العديد من البلدان كجزء من استراتيجية خاصة تعتمد على الحد من الاعتماد على الوقود الأحفوري.

تصميمها يعتمد على تحديد شكل ومواصفات التوربين لاستخراج الطاقة من الرياح.[38] وتتكون من النظم اللازمة لالتقاط الطاقة من الرياح، ووضعها في مهب الريح، ثم تحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية، وغيرها من النظم لبدء التشغيل ووقفها كذلك السيطرة على حركة التوربينات.

في عام 1919؛ عرض الفيزيائي الألماني ألبرت بيتز فرضية لاستخراج الرياح والطاقة عن طريق آلة، بما تسمح به القوانين الأساسية لحفظ المادة بما لا يزيد عن 16/27 (59.3%) من الطاقة الحركية للرياح حتى التقاطها. حالياً يتم الاعتماد على فرضية بيتز نظرياً بنسبة تصل إلى 70 أو 80% في تصميم التوربينات الحديثة.[39][40]

انظر أيضاً[عدل]

مصادر[عدل]

  1. ^ Fthenakis، V.؛ Kim، H. C. (2009). "Land use and electricity generation: A life-cycle analysis". Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (6–7): 1465. doi:10.1016/j.rser.2008.09.017.  edit
  2. ^ "Wind power is cheapest energy, EU analysis finds". the guardian. اطلع عليه بتاريخ 15 October 2014. 
  3. ^ اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع businessgreen
  4. ^ Robert Gasch, Jochen Twele (ed.): Windkraftanlagen. Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb. Springer, Wiesbaden 2013, p 569 (German).
  5. ^ Gipe، Paul (1993). "The Wind Industry's Experience with Aesthetic Criticism". Leonardo 26 (3): 243–248. doi:10.2307/1575818. JSTOR 1575818. 
  6. ^ Rasmussen, Jesper Nørskov. "Vindmøller slog rekord i 2014 " In English: New record for wind turbines in 2014. Energinet.dk, 6 January 2015. Accessed: 6 January 2015. Archived on 6 January 2015
  7. ^ http://online.wsj.com/articles/denmarks-wind-power-output-rises-to-record-in-first-half-1409750563
  8. ^ Carsten Vittrup. "2013 was a record-setting year for Danish wind power" Energinet.dk, 15 January 2014. Accessed: 20 January 2014.
  9. ^ اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع ren212011
  10. ^ The World Wind Energy Association (2014). 2014 Half-year Report. WWEA. صفحات 1–8. 
  11. ^ أ ب ت ث Price، Trevor J (3 May 2005). "James Blyth - Britain's First Modern Wind Power Engineer". Wind Engineering 29 (3): 191–200. doi:10.1260/030952405774354921. [وصلة مكسورة]
  12. ^ Shackleton، Jonathan. "World First for Scotland Gives Engineering Student a History Lesson". The Robert Gordon University. اطلع عليه بتاريخ 20 November 2008. 
  13. ^ Anon. Mr. Brush's Windmill Dynamo, Scientific American, Vol. 63 No. 25, 20 December 1890, p. 54.
  14. ^ A Wind Energy Pioneer: Charles F. Brush, Danish Wind Industry Association. Accessed 2 May 2007.
  15. ^ History of Wind Energy in Cutler J. Cleveland,(ed) Encyclopedia of Energy Vol.6, Elsevier, ISBN 978-1-60119-433-6, 2007, pp. 421-422
  16. ^ Watts, Jonathan & Huang, Cecily. Winds Of Change Blow Through China As Spending On Renewable Energy Soars, The Guardian, 19 March 2012, revised on 20 March 2012. Retrieved 4 January 2012.
  17. ^ Xinhua: Jiuquan Wind Power Base Completes First Stage, Xinhua News Agency, 4 November 2010. Retrieved from ChinaDaily.com.cn website 3 January 2013.
  18. ^ Terra-Gen Press Release, 17 April 2012
  19. ^ Started in August 2001, the Jaisalmer based facility crossed 1,000 MW capacity to achieve this milestone
  20. ^ Mills، Erin (12 July 2009). "Shepherds Flat farm lifts off". East Oregonian. اطلع عليه بتاريخ 11 December 2009. [وصلة مكسورة]
  21. ^ E.ON Delivers 335-MW of Wind in Texas
  22. ^ أ ب Drilling Down: What Projects Made 2008 Such a Banner Year for Wind Power?
  23. ^ أ ب AWEA: U.S. Wind Energy Projects – Texas[وصلة مكسورة]
  24. ^ CEZ Group: The Largest Wind Farm in Europe Goes Into Trial Operation
  25. ^ AWEA: U.S. Wind Energy Projects – Indiana[وصلة مكسورة]
  26. ^ Whitelee Windfarm
  27. ^ Hulazan، Ned (16 February 2011). "Offshore wind power – Advantages and disadvantages". Renewable Energy Articles. اطلع عليه بتاريخ 9 April 2012. 
  28. ^ Millborrow، David (6 August 2010). "Cutting the cost of offshore wind energy". Wind Power Monthly. Haymarket. 
  29. ^ اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع btm2010o
  30. ^ "1.1 Offshore wind market - 2012". Decarboni.se. European Wind Energy Association (EWEA). 1 July 2013. اطلع عليه بتاريخ 16 March 2014. 
  31. ^ windpoweroffshore.com, David Weston, UK: RWE has completed the construction phase of the 576MW Gwynt y Mor project ahead of final commissioning next year, 24 November 2014
  32. ^ "London Array's own website announcement of commencement of offshore works" (PDF). اطلع عليه بتاريخ 6 July 2013. 
  33. ^ Wittrup, Sanne. First foundation Ing.dk, 8 March 2011. Accessed: 8 March 2011.
  34. ^ "London Array Project home page". Londonarray.com. 22 February 1999. اطلع عليه بتاريخ 6 July 2013. 
  35. ^ Greater Gabbard. "SSE wind farm Project Website". Sse.com. اطلع عليه بتاريخ 6 July 2013. 
  36. ^ DONG Energy. "Facts on Anholt Offshore Wind Farm". dongenergy.com. اطلع عليه بتاريخ 2 February 2014. 
  37. ^ BARD Offshore (1 August 2013). "Pioneering wind farm project BARD Offshore 1 successfully completed on the high seas". BARD Offshore. اطلع عليه بتاريخ 21 August 2014. 
  38. ^ "Efficiency and performance". UK Department for Business, Enterprise & Regulatory Reform. اطلع عليه بتاريخ 29 December 2007. 
  39. ^ Betz, A.; Randall, D. G. (trans.). Introduction to the Theory of Flow Machines, Oxford: Pergamon Press, 1966.
  40. ^ Burton, Tony, et al., (ed). Wind Energy Handbook, John Wiley and Sons, 2001, ISBN 0471489972, p. 65.

مراجع[عدل]

  • Robert Gasch, Jochen Twele (ed.), Wind power plants. Fundamentals, design, construction and operation, Springer 2012 ISBN 978-3-642-22937-4.
  • Erich Hau, Wind turbines: fundamentals, technologies, application, economics Springer, 2013 ISBN 978-3-642-27150-2 (preview on Google Books)
  • Siegfried Heier, Grid integration of wind energy conversion systems Wiley 2006, ISBN 978-0-470-86899-7.
  • Peter Jamieson, Innovation in Wind Turbine Design. Wiley & Sons 2011, ISBN 978-0-470-69981-2
  • Alois Schaffarczyk (ed.), Understanding wind power technology, Wiley & Sons 2014, ISBN 978-1-118-64751-6.
  • Hermann-Josef Wagner, Jyotirmay Mathur, Introduction to wind energy systems. Basics, technology and operation. Springer 2013, ISBN 978-3-642-32975-3.

وصلات خارجية[عدل]