هل تولد توربينات الرياح المزيد من الكهرباء كلما زادت سرعة دورانها؟

ببساطة، لا تولد توربينات الرياح المزيد من الكهرباء كلما زادت سرعة دورانها. فلها نطاق سرعة مثالي، إذا تجاوزته قد تتوقف عن توليد الكهرباء أو تنخفض كفاءتها.

فيما يلي شرح مفصل لك:

1. قبل سرعة الرياح المقدرة: كلما زادت السرعة، زاد التأثير (ضمن نطاق معين)

عندما تزداد سرعة الرياح من الصفر، تبدأ شفرات المولد بالدوران، وكلما زادت سرعة الدوران (سرعة طرف الشفرة)، زادت الطاقة المولدة. هذه العملية تتوافق مع حدسنا.

2. بعد الوصول إلى سرعة الرياح المقدرة: طاقة ثابتة، لا تزداد بعد ذلك

هذه هي النقطة الأكثر أهمية. كل توربين رياح له قدرة تصميمية محددة (مثل 2 ميغاواط) وسرعة رياح محددة (عادة حوالي 12-15 مترًا في الثانية).

عندما تصل سرعة الرياح إلى سرعة الرياح المقدرة، سيقوم نظام التحكم بتقييد سرعة الشفرات وطاقة الرياح الملتقطة بشكل فعال عن طريق ضبط زاوية الشفرة (الميل) وطرق أخرى، وذلك لتحقيق استقرار توليد الطاقة عند الطاقة المقدرة وعدم زيادتها بعد ذلك.

لماذا تفعل ذلك؟ لحماية المكونات الرئيسية مثل المولدات وعلب التروس من القوة الميكانيكية الزائدة والطاقة الكهربائية التي قد تتسبب في احتراقها. فالتسارع غير المقيد قد يُلحق ضرراً بالغاً بالمعدات.

3. تجاوز سرعة الرياح المحددة للإيقاف: إيقاف التشغيل الآمن، وإيقاف توليد الطاقة

عندما تكون سرعة الرياح عالية جدًا وتصل إلى سرعة الرياح القصوى (عادة حوالي 25 مترًا في الثانية، أي ما يعادل عاصفة من المستوى 10)، من أجل منع أحمال الرياح الشديدة من إتلاف الهيكل، سيقوم نظام التحكم بجعل الشفرات تميل تمامًا (موازية لاتجاه الرياح مثل جناح الطائرة)، مما يتسبب في توقف المروحة عن الدوران والكبح، وسيكون توليد الطاقة صفرًا.

ملحق رئيسي: الكفاءة و"نسبة سرعة الطرف"

لا يقتصر السعي وراء توليد الطاقة من الرياح على السرعة العالية فحسب، بل يتعداه إلى الكفاءة الديناميكية الهوائية المثلى. تُقاس هذه الكفاءة بمعامل يُسمى "نسبة سرعة طرف الشفرة" (نسبة سرعة طرف الشفرة إلى سرعة الرياح). لكل تصميم شفرة قيمة مثلى لنسبة سرعة طرف الشفرة، ويسعى نظام التحكم إلى تشغيل توربين الرياح عند هذه القيمة المثلى لضمان أقصى تحويل لطاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية.

إذا كانت السرعة عالية جدًا، فبالإضافة إلى مشاكل سلامة المعدات، يمكن أن يؤدي ذلك أيضًا إلى انخفاض في الكفاءة بسبب زيادة الاضطراب والمقاومة.

استعارة الصورة

يمكنك أن تتخيل توربين الرياح كسيارة مزودة بنظام تثبيت سرعة ذكي:

مرحلة البداية (نسيم خفيف): كلما زادت قوة المحرك (الرياح)، زادت سرعة السيارة (عدد دورات المحرك في الدقيقة)، وزادت الطرق (توليد الطاقة) التي تعمل بشكل طبيعي.

القيادة على الطرق السريعة (سرعة الرياح المقدرة): حتى إذا ضغطت على دواسة الوقود بقوة، فسيتم تحديد السرعة إلى 120 كيلومترًا في الساعة (القوة المقدرة) بواسطة النظام الإلكتروني لحماية المحرك والامتثال لأنظمة السلامة.

الطقس القاسي (العاصفة): سيجبرك النظام على التوقف (قطع الطريق أمام موقف السيارات) والانتظار حتى يتحسن الطقس قبل القيادة.

باختصار:
يزداد توليد الطاقة من توربينات الرياح مع ازدياد سرعة الرياح حتى تصل إلى طاقتها المقدرة. بعد ذلك، يتم التحكم في السرعة والطاقة بشكل فعال لحماية سلامة المعدات والحفاظ على إنتاج مستقر وفعال. لذا، فإن مبدأ "السرعة العالية والإنتاجية الأكبر" لا ينطبق إلا عند سرعات الرياح المنخفضة، بينما يُسعى إلى تحقيق الاستقرار والسلامة عند سرعات الرياح العالية.