طاقة رياح

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

طاقة الرياح هي طاقة مستخرجة من الطاقة الحركية للرياح بواسطة استخدام عنفات الرياح لإنتاج الطاقة الكهربائية، وهي تعتبر من أنواع الطاقة الكهروميكانيكية. تعد طاقة الرياح أحد أنواع الطاقة المتجددة التي انتشر استخدامها كبديل للوقود الأحفوري، وهي طاقة وفيرة وقابلة للتجدد وتوجد بعموم المناطق، إلا أن وفرتها تختلف من موقع إلى آخر. وهي طاقة نظيفة متجددة لا ينتج عنها انبعاثات كمثل الغازات الدفيئة (غازات الاحتباس الحراري) أثناء التشغيل، وهي تحتاج إلى مساحات متفاوتة على حسب حجم المحطة ونوع الأبراج المستخدمة. لا ينصح بوضع عنفات الهواء في المناطق الحضرية بسبب وجود عوائق تمنع الاستفادة من سرعات الرياح الجيدة، إلا أنها مجدية في المناطق الريفية [1] نظرا لاتساع المساحات وقلى المباني. وأثرها على البيئة عادة ما يكون أقل إشكالية من مصادر الطاقة الأخرى. ورغم إنتاجها الوافر بالمناطق ذات سرعات الرياح العالية إلا أن أحد عيوبها على نطاق المرافق هو أن ذروة إنتاجها لايتوافق بالعادة مع ذروة الاستهلاك مما لا يسهم في تقليل العِبْء على محطات انتاج الكهرباء التقليدية أثناء ذروة الاستهلاك. أما على نطاق المنازل، فإن أكبر عيوبها أن الانتاج من عنفات الرياح لا يحمل صفة الديمومة، ولتفادي ذلك يمكن الاستفادة من الإنتاج عن طريق ربطها بشكل مباشر بالشبكة العمومية للكهرباء أو تركيب بطاريات لتخزين تلك الطاقة والاستفاده منها طوال اليوم. وبالعادة في الأنظمة الكهربائية خارج الشبكة (off-grid) على نطاق المنازل لا يتم استخدام طاقة الرياح منفردة دون وجود مصادر أخرى من أنواع الطاقة المتجددة كالطاقة الضوئية مثلا، حتى يدعم كلاهما الآخر ويزيد من موثوقية انتاج الكهرباء.

تتألف مزارع الرياح الكبيرة من المئات من عنفات 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 لمزارع الرياح البرية صغيرة أن توفر الكهرباء لمواقع معزولة خارج نطاق الشبكة الكهربائية.[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]

نبذة تاريخية[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 العنفات على ارتفاع 10 أمتار في حديقة 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 عنفات للرياح لتوفير الطاقة في حالات الطوارئ في حالات اللجوء المحلي ولخدمة العيادات والمستوصف؛ إلا أن اختراعه لم يعمل بشكل موسع 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 عنفات 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  الصين [16][17]
ألتا 1,320  الولايات المتحدة [18]
حديقة رياح جايسالمر 1,064  الهند [19]
مزرعة رياح مسطح الرعاة 845  الولايات المتحدة [20]
مزرعة رياح روسكو 782  الولايات المتحدة [21]
مركز الحصان المجوف لطاقة الرياح 736  الولايات المتحدة [22][23]
مزرعة رياح كابريكورن ريدج 662  الولايات المتحدة [22][23]
مزرعة رياح فنتنيله-كوجيالاك 600  رومانيا [24]
مزرعة رياح فاولر ريدج 600  الولايات المتحدة [25]
مزرعة رياح جبل الزيت 580  مصر
مزرعة رياح وايتلي 539  المملكة المتحدة [26]

مزرعة الرياح هي مجموعة من عنفات الرياح في مكان واحد تستخدم في إنتاج الكهرباء. قد تتكون مزرعة الرياح الكبيرة من عدة مئات من عنفات الرياح الفردية الموزعة على مساحة ممتدة، ولكن الأرض بين العنفات قد تستخدم لأغراض زراعية أو غيرها. [27] تقريباً كل عنفات الرياح الكبيرة لها نفس التصميم، فعنفات 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.[28][29]

شركتيّ سيمنز وفيستاس هما أكبر موردي عنفات الرياح البحرية. كذلك دونغ إنرجي وفاتينفول وإي أون من الرواد في هذا المجال.[30] 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.[30]

في نهاية عام 2012، تم تركيب 1,662 عنفة في 55 مزرعة رياح بحرية في 10 دول أوروبية تولد مجتمعة 18 تيراواط/ساعة، أي أعطت طاقة إلى ما يقرب من خمسة ملايين أسرة.[31] 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.[32]

أكبر مزارع الرياح البحرية في العالم
اسم المزرعة القدرة (ميغاواط) الدولة العنفات بداية التشغيل مصادر
لندن أري 630  المملكة المتحدة 175 × سيمنز SWT-3.6 2012 [33][34][35]
غابارد الكبرى 504  المملكة المتحدة 140 × سيمنز SWT-3.6 2012 [36]
آنهولت 400  الدنمارك 111 × سيمنز SWT-3.6-120 2013 [37]
بارد 1 400  ألمانيا 80 بارد 5.0 عنفات 2013 [38]

تصميم العنفات الريحية[عدل]

العنفات الريحية هي أجهزة تحول الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية، جاءت فكرتها نتيجة لتطور هندسة الطواحين الهوائية لأكثر من ألف عام. يتم تصنيع عنفات الرياح اليوم على نطاق واسع من انماط المحور الأفقي والمحور الرأسي. وتستخدم أصغر العنفات الصغيرة في أعمال بسيطة مثل شحن البطاريات المساعدة لمصادر الطاقة الأساسية. والعنفات الأكبر قليلاً يمكن استخدامها لتقديم إمدادات للطاقة المنزلية بجانب بيع الطاقة الغير مستخدمة إلى الشركات الموردة للطاقة الكهربائية. أما مصفوفات العنفات 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.

يعتمد تصميم العنفات الريحية على تحديد شكل وموصفات العنفة الريحية لاستخلاص أكبر قدر من الطاقة الحركية للرياح.[39] تتألف العنفة الريحية من الأنظمة الضرورية لالتقاط الرياح وتوجيه العنفة الرياح في اتجاه هبوب الرياح إاضافة لعمليات تحويل الطاقة الحركية للأجزاء الميكانيكية الدوارة إلى طاقة كهربائية، إضافة إلى أنظمة أخرى مثل عمليات الإقلاع والتوقف وعمليات التحكم بالعنفة

عرض الفيزيائي الألماني ألبرت بيتز في عام 1919 فرضية عن استخلاص الطاقة الريحية باستخدام آلة. ووفق هذه النظرية وبالاعتماد على القوانية الأسساسية في مصونية الطاقة والكتلة فإنه لا يمكن أستخلاص أكثر من 59.3% من الطاقة الحركية للرياح وقد دعي هذا الحد بحد بيتز. يمكن للتصميمات الحديثة أن تقترب من حد بيتز لتصل إلى ما يقارب بين 70-80% من حد بيتز.[40][41]

الديناميكا الهوائية للعنفات الريحية الأفقية ليست خطية. بمعنى أن تدفق الهواء على شفرات العنفة ليست هو نفسه التدفق بعد العنفة بمسافة كبيرة. تسبب طبيعة الطريقة التي يتم فيها استخلاص الطاقة الريحية من الهواء بتشوه تدفق الهواء نتيجة مروره على العنفة.[42] بالإضافة إلى أن ظاهرة الديناميكا الهوائية للعنفة الهوائية ونتيجة لدورانه فهي ظاهرة نادراً ما ترى في حقول ديناميكا الهواء الأخرى. يتحدد شكل وأبعاد شفرات العنفة الهوائية بدراسة الديناميكا الهوائية عليها من أجل زيادة كفاءة استخلاص الطاقة من الرياح بالإضافة لحساب قوة مادة الشفرة لمقاومة الاجهادات نتيجة القوى المطبقة على الشفرات.[43]

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. 
  2. ^ "Wind power is cheapest energy, EU analysis finds". the guardian. تمت أرشفته من الأصل في 12 يونيو 2018. اطلع عليه بتاريخ 15 أكتوبر 2014. 
  3. ^ "Onshore wind to reach grid parity by 2016", BusinessGreen, 14 November 2011 نسخة محفوظة 10 يونيو 2016 على موقع واي باك مشين.
  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. JSTOR 1575818. doi:10.2307/1575818. 
  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 نسخة محفوظة 28 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.
  7. ^ Denmark's Wind Power Output Rises to Record in First Half - WSJ نسخة محفوظة 10 نوفمبر 2014 على موقع واي باك مشين.
  8. ^ Carsten Vittrup. "2013 was a record-setting year for Danish wind power" Energinet.dk, 15 January 2014. Accessed: 20 January 2014.
  9. ^ REN21 (2011). "Renewables 2011: Global Status Report" (PDF). صفحة 11. تمت أرشفته من الأصل (PDF) في 05 يوليو 2016. 
  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 نوفمبر 2008. 
  13. ^ Anon. Mr. Brush's Windmill Dynamo, ساينتفك أمريكان, Vol. 63 No. 25, 20 December 1890, p. 54. نسخة محفوظة 07 يوليو 2017 على موقع واي باك مشين.
  14. ^ A Wind Energy Pioneer: Charles F. Brush, Danish Wind Industry Association. Accessed 2 May 2007. نسخة محفوظة 06 يونيو 2009 على موقع واي باك مشين.
  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, الغارديان, 19 March 2012, revised on 20 March 2012. Retrieved 4 January 2012. نسخة محفوظة 15 يونيو 2013 على موقع واي باك مشين.
  17. ^ Xinhua: Jiuquan Wind Power Base Completes First Stage, وكالة أنباء شينخوا, 4 November 2010. Retrieved from ChinaDaily.com.cn website 3 January 2013. نسخة محفوظة 10 يوليو 2018 على موقع واي باك مشين.
  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 نسخة محفوظة 01 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين.
  20. ^ Mills، Erin (12 July 2009). "Shepherds Flat farm lifts off" (PDF). East Oregonian. اطلع عليه بتاريخ 11 ديسمبر 2009.  [وصلة مكسورة]
  21. ^ E.ON Delivers 335-MW of Wind in Texas نسخة محفوظة 05 يناير 2016 على موقع واي باك مشين.
  22. أ ب Drilling Down: What Projects Made 2008 Such a Banner Year for Wind Power? نسخة محفوظة 06 يناير 2016 على موقع واي باك مشين.
  23. أ ب AWEA: U.S. Wind Energy Projects – Texas[وصلة مكسورة] نسخة محفوظة 18 سبتمبر 2010 على موقع واي باك مشين.
  24. ^ CEZ Group: The Largest Wind Farm in Europe Goes Into Trial Operation نسخة محفوظة 10 يوليو 2018 على موقع واي باك مشين.
  25. ^ AWEA: U.S. Wind Energy Projects – Indiana[وصلة مكسورة] نسخة محفوظة 18 سبتمبر 2010 على موقع واي باك مشين.
  26. ^ Whitelee Windfarm نسخة محفوظة 24 يناير 2017 على موقع واي باك مشين.
  27. ^ http://www.ecw.org/windpower/web/pdf/433-4.pdf
  28. ^ Hulazan، Ned (16 February 2011). "Offshore wind power – Advantages and disadvantages". Renewable Energy Articles. اطلع عليه بتاريخ 09 أبريل 2012. 
  29. ^ Millborrow، David (6 August 2010). "Cutting the cost of offshore wind energy". Wind Power Monthly. Haymarket. 
  30. أ ب Madsen & Krogsgaard (22 November 2010) Offshore Wind Power 2010 BTM Consult. نسخة محفوظة 30 June 2011 على موقع واي باك مشين.
  31. ^ "1.1 Offshore wind market - 2012". Decarboni.se. European Wind Energy Association (EWEA). 1 July 2013. اطلع عليه بتاريخ 16 مارس 2014. 
  32. ^ 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 نسخة محفوظة 28 ديسمبر 2017 على موقع واي باك مشين.
  33. ^ "London Array's own website announcement of commencement of offshore works" (PDF). اطلع عليه بتاريخ 06 يوليو 2013. 
  34. ^ Wittrup, Sanne. First foundation Ing.dk, 8 March 2011. Accessed: 8 March 2011. نسخة محفوظة 23 ديسمبر 2012 على موقع واي باك مشين.
  35. ^ "London Array Project home page". Londonarray.com. 22 February 1999. اطلع عليه بتاريخ 06 يوليو 2013. 
  36. ^ Greater Gabbard. "SSE wind farm Project Website". Sse.com. اطلع عليه بتاريخ 06 يوليو 2013. 
  37. ^ DONG Energy. "Facts on Anholt Offshore Wind Farm". dongenergy.com. اطلع عليه بتاريخ 02 فبراير 2014. 
  38. ^ BARD Offshore (1 August 2013). "Pioneering wind farm project BARD Offshore 1 successfully completed on the high seas". BARD Offshore. اطلع عليه بتاريخ 21 أغسطس 2014. 
  39. ^ "Efficiency and performance" (PDF). UK Department for Business, Enterprise & Regulatory Reform. اطلع عليه بتاريخ 29 ديسمبر 2007. 
  40. ^ ألبرت بيتز; Randall, D. G. (trans.). Introduction to the Theory of Flow Machines, Oxford: Pergamon Press, 1966.
  41. ^ Burton, Tony, et al., (ed). Wind Energy Handbook, John Wiley and Sons, 2001, ISBN 0471489972, p. 65. نسخة محفوظة 09 يناير 2015 على موقع واي باك مشين.
  42. ^ Wind turbine aerodynamics نسخة محفوظة 25 فبراير 2018 على موقع واي باك مشين.
  43. ^ "What factors affect the output of wind turbines?". Alternative-energy-news.info. 24 July 2009. اطلع عليه بتاريخ 06 نوفمبر 2013. 

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]