كيف يمكن تحسين كفاءة توليد الطاقة من توربينات الرياح؟

1. تطور الشفرة: تعزيز تماسك طاقة الرياح

تعتبر الشفرات بمثابة "راحة" توربينات الرياح، وقدرتها على التقاط طاقة الرياح تعتمد كليًا على قدرات تصميمها.

الشفرات التقليدية أشبه بـ"كرتون" ثابت الشكل، يسهل تأثره بتقلبات الرياح. أما الشفرات الذكية، فقد طُوّرت منذ فترة طويلة:

مزيد من الاهتمام بالشكل: استخدام المحاكاة الديناميكية الهوائية لتصميم شكل "ملتوي ومتعرج"، مثل أجنحة الطيور، والذي يمكنه الحفاظ على زاوية القوة المثلى بغض النظر عما إذا كانت نسيمًا لطيفًا أو رياحًا قوية؛

مواد خفيفة الوزن: تُستبدل ألياف الكربون والألياف الزجاجية بالمعادن الثقيلة، وتتميز الشفرات بخفة وزنها ومتانتها. فهي لا توفر الطاقة عند الدوران فحسب، بل يمكن أيضًا إطالة طولها - فكل زيادة بنسبة 10% في طول الشفرة، تزيد مساحة الكنس بنسبة 21%، مما يؤدي إلى زيادة توليد الطاقة.

تحكم أكثر مرونة: مقترنًا بنظام الملعب الذكي، تفتح الشفرات "بزاوية أكبر" لالتقاط المزيد من الرياح عندما تكون سرعة الرياح بطيئة، و"تغلق بزاوية أصغر" عندما تكون سرعة الرياح سريعة لضمان السلامة وتجنب إهدار طاقة الرياح.

على سبيل المثال، تتمتع توربينات الرياح البحرية بقدرة 15 ميجاوات من شركة Goldwind Technology، مع شفرات محسّنة بطول 78.5 متر، بزيادة في كفاءة استخدام طاقة الرياح بنسبة 15% مقارنة بالنماذج التقليدية، ويمكنها توليد ملايين الكيلووات في الساعة من الكهرباء سنويًا!

2. "ترقية" المكون الأساسي: تقليل "تسرب" الطاقة

بعد التقاط طاقة الرياح بواسطة الشفرات، يجب تحويلها إلى طاقة كهربائية من خلال النقل وتوليد الطاقة والتحويل، وقد يكون هناك فقدان للطاقة في كل خطوة، تمامًا مثل أنبوب المياه المتسرب.

نظام نقل الحركة: تتراوح خسائر نقل الحركة في علب التروس التقليدية بين 5% و8%. أما الآن، فيُغني تصميم "الدفع المباشر" الشائع عن علبة التروس، ويسمح للشفرات بتحريك المولد للدوران، مما يُقلل الخسائر إلى 1% و2%، ويُقلل من خطر الأعطال.

المولد: استبدال المولد غير المتزامن القديم بمولد متزامن ذو مغناطيس دائم، والذي لا يتطلب استهلاكًا إضافيًا للطاقة الكهربائية لتوليد مجال مغناطيسي، ويزداد كفاءة التحويل من حوالي 90% إلى 96% -98%؛

العاكس: مثل "منظم" الطاقة الكهربائية، يمكن للعاكس ثلاثي المستويات المحدث تحقيق كفاءة تحويل تبلغ 99%، وتقليل هدر الطاقة، وجعل شبكة الطاقة أكثر استقرارًا.

إن "الترقيات البسيطة" لهذه المكونات، عند دمجها، يمكن أن تزيد من الكفاءة الإجمالية للماكينة بنسبة تزيد عن 10%، والفوائد على المدى الطويل كبيرة!

3. التشغيل والصيانة المحسّنة: جعل الوحدة "صحية وكاملة الحمل"

تتعرض توربينات الرياح للرياح والشمس على مدار العام، وتراكم الغبار على الشفرات والتآكل على المكونات سوف يقلل من الكفاءة بهدوء، تماما مثل السيارات التي لا تخضع للصيانة سوف تصبح أكثر وأكثر كفاءة في استهلاك الوقود.

لقد ودّع التشغيل والصيانة الذكية الحالية منذ فترة طويلة "الصيانة القائمة على الخبرة":

التنظيف اليومي: يمكن أن يؤدي تنظيف الغبار وفضلات الطيور على الشفرات بانتظام باستخدام روبوتات التنظيف ذات الضغط العالي إلى استعادة كفاءة استخدام طاقة الرياح بنسبة 3% -5%؛

الصيانة التنبؤية: مراقبة درجة حرارة علبة التروس في الوقت الحقيقي، واهتزاز المحمل والبيانات الأخرى من خلال أجهزة الاستشعار، باستخدام خوارزميات الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بالأخطاء وإصلاحها مسبقًا وتجنب تشغيل الوحدة في حالة حدوث مشاكل أو إغلاق مفاجئ - تجدر الإشارة إلى أن إيقاف تشغيل الوحدة لمدة يوم واحد قد يؤدي إلى فقدان عشرات الآلاف من كيلووات ساعة من الكهرباء؛

تجديد الوحدات القديمة: بالنسبة للوحدات "القديمة" التي كانت تعمل لسنوات عديدة، فإن استبدال الشفرات الجديدة وترقية أنظمة التحكم يمكن أن يزيد الكفاءة بنسبة 10% -20%، وهو أكثر فعالية من حيث التكلفة من بناء وحدات جديدة.

تمكنت إحدى مزارع الرياح من زيادة كفاءة توليد الطاقة السنوية لوحداتها بنسبة 7% من خلال "التنظيف ربع السنوي + صيانة التحذير بالذكاء الاصطناعي"، وكسبت ملايين اليوانات في عام واحد فقط!

4. التكنولوجيا "التكامل عبر الحدود": استكشاف حدود جديدة للكفاءة

بالإضافة إلى تحسين الوحدات الفردية، تستكشف الصناعة أيضًا طرقًا أكثر تقدمًا لتحسين الكفاءة الإجمالية لمزارع الرياح.

التحكم التعاوني على مستوى مزرعة الرياح: لم يعد يُسمح للوحدات "بالقتال بمفردها"، ولكن من خلال الجدولة الموحدة للنظام، وضبط زاوية وسرعة كل وحدة، وتجنب تداخل الاستيقاظ للوحدة السابقة، يمكن زيادة إجمالي توليد الطاقة بنسبة 9٪؛

طاقة الرياح البحرية العائمة: تجميع التوربين على منصة عائمة ونشره في أعماق البحار على عمق يزيد عن 50 مترًا - حيث تكون سرعة الرياح أعلى وأكثر استقرارًا، وتكون ساعات توليد الطاقة السنوية أكثر من 1000 ساعة أكثر من تلك الموجودة على الأرض؛

التخزين المتكامل للطاقة الشمسية وطاقة الرياح: عند دمجها مع الخلايا الكهروضوئية وبطاريات تخزين الطاقة، تُخزَّن طاقة الرياح عند توافرها وتُطلق عند ندرتها. كما يُمكنها أن تُكمِّل الطاقة الكهروضوئية، مما يُجنِّب الهدر الناتج عن تقليص طاقة الرياح، ويُحسِّن كفاءة استخدام الطاقة الإجمالية بنسبة 8%.

النتيجة: تساهم طاقة الرياح الفعالة في بناء مستقبل أخضر

من "التصميم الصغير" للشفرات إلى "التآزر الكبير" للنظام، فإن كل تحسن في كفاءة توربينات الرياح يمثل خطوة مهمة نحو الطاقة النظيفة "بأسعار معقولة ومستقرة".

مع تطور مواد جديدة، كالذكاء الاصطناعي، والتكامل المستمر لتقنيات تخزين الطاقة، ستصبح توربينات الرياح المستقبلية أكثر ذكاءً وكفاءة، مما يسمح بتحويل كل هبة رياح إلى كهرباء نظيفة، تُنير حياتنا. ما هي التقنيات الأخرى التي ترغبون بمعرفتها عن طاقة الرياح؟ نرحب بتعليقاتكم ومناقشتها في قسم التعليقات!

#تكنولوجيا طاقة الرياح #الطاقة النظيفة #الحياد الكربوني #تحسين الكفاءة