هل يمكن لتوربينات الرياح توليد الكهرباء بهذه السرعة البطيئة؟

هل يمكن لـ توربينات الرياح توليد الكهرباء بهذه السرعة البطيئة؟ طاقة الرياح مصدر طاقة متجدد ونظيف. مع الزيادة المستمرة في الطلب البشري على الطاقة، يعمل البشر على زيادة استخدامهم لطاقة الرياح تدريجيا. تظهر توربينات الرياح في كثير من الأحيان على الأراضي العشبية الشاسعة، ومنحدرات الجبال، وحتى الأسطح البحرية، ولكننا نستطيع أن نرى أن التوربينات الدوارة قد تواجه مثل هذه المشاكل. لماذا تدور شفرات توربينات الرياح ببطء شديد؟ هل يُمكن لهذا أن يُولّد الكهرباء؟

إن ضبط سرعة توربينات الرياح لما نراه هو في الواقع مزيج من العديد من العوامل.

تمتلك شفرات توربينات الرياح كتلة كبيرة وتتطلب الكثير من الجهد للدوران.

يعتقد الكثير من الناس أن توربينات الرياح تشبه طاحونة هواء صغيرة، وليست كبيرة جدًا، خاصة عندما نرى توربينات رياح كبيرة من مسافة بعيدة. لدينا هذا الشعور، ولكن في الواقع، يمكن أن نطلق على توربينات الرياح اسم وحوش عملاقة. يصل طول شفرات توربينات الرياح إلى 60 مترًا. ومن المعروف أن طول جناحي طائرة الركاب المتوسطة الحجم يبلغ نحو 30 متراً، بينما يبلغ طول جناحي طائرة الركاب الكبيرة العادية بالكاد 60 متراً. وعلى الرغم من أن هذه الشفرات الكبيرة تستخدم مواد عالية القوة ومنخفضة الكثافة، فإن كتلتها ليست صغيرة للغاية، إذ تزن عادة أكثر من عشرة أطنان. من الطبيعي أن يكون من الصعب تدوير ثلاث شفرات عالية الجودة من هذا النوع.

قد يعتقد البعض ذلك. بما أن مروحةً كبيرةً كهذه يصعب تدويرها، فلماذا لا نُصغّر حجمها؟ هذا يتعلق بالمنطقة المواجهة للريح في المولد. عندما تكون الشفرات صغيرة جدًا، تكون المنطقة المواجهة للريح صغيرة جدًا بطبيعة الحال، وتصبح الرياح على الشفرات أقل وأقل، وتصبح الكهرباء المولدة بواسطة مولد واحد أقل وأقل. هل يُمكن تعويض زيادة عدد المولدات؟ في الواقع، تُؤدي زيادة الكمية أيضًا إلى زيادة تكاليف البناء. وبشكل عام، إذا تم استخدام نفس مصدر الطاقة، فإن تكلفة مولد الشفرات الصغيرة ستكون أعلى. ومع ذلك، لا يمكن أن تكون المروحة كبيرة جدًا. من ناحية، فهو محدود بالمواد، ومن ناحية أخرى، سيكون التثبيت أكثر صعوبة. وبعد دراسة شاملة، استخدمنا الآن مراوح بأحجام مختلفة.

إن سرعة الدوران الأعلى لا تعني بالضرورة توليد المزيد من الطاقة.

عندما تدور شفرات توربينات الرياح، فإنها تدفع ترسًا داخليًا ضخمًا للدوران معًا، وعندما يدفع الترس الكبير الترس الصغير، تتغير سرعة الدوران أيضًا بشكل كبير. يتم التعبير عن هذا الهيكل بالطريقة الأكثر شيوعًا، وهو يعادل علبة التروس. نرى أن الشفرات تدور ببطء، لكن المروحة في الواقع تدفع المولد للدوران بسرعة عالية من خلال علبة التروس.

وبطبيعة الحال، فإن توليد الطاقة من توربينات الرياح لا يرتبط بالسرعة فقط، بل يرتبط أيضًا بعزم الدوران. القدرة = سرعة عزم الدوران K، وهي ثابتة. عندما تكون السرعة منخفضة، فإن زيادة عزم الدوران يمكن أن تؤدي أيضًا إلى زيادة طاقة الإخراج. لذلك، من أجل إطالة عمر توربينات الرياح، لا يتم عادةً تدوير الشفرات بسرعة كبيرة، لأن شفرات توربينات الرياح ضخمة والقوة الطاردة المركزية للدوران عالي السرعة كبيرة أيضًا. يمكن أن تؤدي الحركة الطاردة المركزية عالية الكثافة على المدى الطويل أيضًا إلى إتلاف عمر الشفرات، وقد تحدث أضرار جسيمة بشكل مباشر. لذلك، عندما تواجه توربينات الرياح رياحًا قوية، فإنها ستنتقل إلى وضع الحماية وتتوقف عن توليد الكهرباء لحماية المروحة.

يمكن أن تؤثر السرعة الزائدة أيضًا على كفاءة توليد الطاقة.

في الواقع، عندما تدور شفرات المروحة، فهي تعيق أيضًا حركة الرياح. كلما زادت السرعة، كلما كانت العوائق أقوى. وعندما يتم الوصول إلى قيمة معينة، فإن معدل استخدام طاقة الرياح سيبدأ أيضًا في الانخفاض. ولكي يفهم الجميع، يمكننا أن نتخيل مثالين متطرفين. إذا اقتربت سرعة المروحة من اللانهاية، فإن دوران الشفرات يعادل تكوين لوحة مانعة للتسرب بشكل مباشر، مما يمنع تدفق الهواء. في هذه المرحلة، يجب على الرياح أن تأخذ طريقا آخر، وبالتالي فمن الطبيعي ألا نتمكن من الاستفادة بشكل جيد من طاقة الرياح. في هذه المرحلة، يصبح معدل استخدام طاقة الرياح مساويًا للصفر. السيناريو الآخر هو عندما تكون سرعة المروحة تساوي صفرًا مباشرة. في هذه المرحلة، لم يتم استغلال طاقة الرياح على الإطلاق. توجد السرعة التي تتمتع بأعلى معدل استغلال لطاقة الرياح ضمن نطاق السرعة الصفرية والسرعة اللانهائية. ترتبط هذه السرعة بعوامل عديدة. لقد ناقشنا الكثير هنا. لذلك، فإن سرعة المروحة التي نراها لا تختلف بشكل كبير عن السرعة المثالية النظرية. ومن خلال التكيف مع السرعة المثلى، فإن معدل استغلال طاقة الرياح هو أيضا الأعلى في هذا الوقت.

تلخيص

ولذلك، تبدو توربينات الرياح بطيئة، في حين أن الجسم الحقيقي يعمل على توليد الكهرباء بكفاءة. في ظاهر الأمر، فإن مولدات المروحة البسيطة، في الواقع، تم أخذ عوامل مختلفة في الاعتبار في بداية التصميم للتأثير على كفاءة توليد طاقة المروحة. وراء الظاهرة البسيطة تكمن حقائق علمية معقدة وصارمة.