توربينات الرياح

طاقة الرياح هي واحدة من أهم الطاقة في عالم الطاقة المتجددة. لذلك ، يجب أن نعرف جيدًا ما هي عمليته. ال توربينات الرياح إنه أحد العناصر الأساسية لهذا النوع من الطاقة. لديها عملية كاملة إلى حد ما وهناك أنواع مختلفة من التوربينات اعتمادًا على مزرعة الرياح التي نتواجد فيها.

سنخبرك في هذه المقالة بكل ما تحتاج لمعرفته حول توربينات الرياح وخصائصها وكيفية عملها.

ما هي توربينات الرياح

توربينات الرياح هي جهاز ميكانيكي يحول طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية. تم تصميم توربينات الرياح لتحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة ميكانيكيةوهي حركة المحور. بعد ذلك ، في مولد التوربينات ، يتم تحويل هذه الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. يمكن تخزين الكهرباء المولدة في بطارية أو استخدامها مباشرة.

هناك ثلاثة قوانين أساسية للفيزياء تتحكم في طاقة الرياح المتاحة. ينص القانون الأول على أن الطاقة التي ينتجها التوربين تتناسب مع مربع سرعة الرياح. ينص القانون الثاني على أن الطاقة المتاحة تتناسب مع منطقة النصل. تتناسب الطاقة مع مربع طول النصل. ينص القانون الثالث على أن أقصى كفاءة نظرية لتوربينات الرياح هي 59٪.

على عكس طواحين الهواء القديمة في Castilla La Mancha أو هولندا ، تدفع الرياح في طواحين الهواء هذه الشفرات للدوران ، وتستخدم توربينات الرياح الحديثة مبادئ ديناميكية هوائية أكثر تعقيدًا لالتقاط طاقة الرياح بشكل أكثر كفاءة. في الواقع ، السبب الذي يجعل توربينات الرياح تحرك ريشها مشابهًا لسبب بقاء الطائرة في الهواء ، وهو ناتج عن ظاهرة فيزيائية.

في توربينات الرياح ، يتم إنشاء نوعين من القوى الديناميكية الهوائية في ريش الدوار: أحدهما يسمى الدفع ، وهو متعامد مع اتجاه تدفق الرياح ، والآخر يسمى السحب ، وهو موازٍ لاتجاه تدفق الرياح.الهواء.

تصميم ريش التوربين مشابه جدًا لتصميم جناح الطائرة ويتصرف مثل الأخير في ظروف الرياح. على جناح الطائرة ، يكون أحد الأسطح مستديرًا للغاية ، بينما يكون الآخر مسطحًا نسبيًا. عندما يدور الهواء عبر شفرات المطحنة لهذا التصميم ، يكون تدفق الهواء عبر السطح الأملس أبطأ من تدفق الهواء عبر السطح المستدير. سيؤدي هذا الاختلاف في السرعة بدوره إلى إحداث فرق في الضغط ، يكون أفضل على الأسطح الناعمة منه على الأسطح المستديرة.

والنتيجة النهائية هي قوة تعمل على السطح الأملس للجناح الدافع. هذه الظاهرة تسمى "تأثير فنتوري" ، وهي جزء من سبب ظاهرة "الرفع" ، والتي وهذا بدوره يفسر سبب بقاء الطائرة في الهواء.

الداخلية لمولدات الرياح

تستخدم ريش توربينات الرياح أيضًا هذه الآليات لإحداث حركة دورانية حول محورها. يسهل تصميم قسم الشفرة الدوران بأكثر الطرق فعالية. داخل المولد ، تتم عملية تحويل الطاقة الدورانية للشفرة إلى طاقة كهربائية بموجب قانون فاراداي. يجب أن يشتمل على دوار يدور تحت تأثير الرياح ، مقترنًا بمولد تيار متردد ، ويحول الطاقة الميكانيكية الدوارة إلى طاقة كهربائية.

عناصر توربينات الرياح

الوظائف التي ينفذها كل عنصر هي كالتالي:

• الدوار: تجمع طاقة الرياح وتحولها إلى طاقة ميكانيكية دوارة. حتى في ظروف سرعة الرياح المنخفضة جدًا ، فإن تصميمه مهم للغاية في الدوران. يمكن أن نرى من النقطة السابقة أن تصميم قسم الشفرة هو المفتاح لضمان دوران الدوار.
• اقتران التوربينات أو نظام الدعم: تكييف الحركة الدورانية للشفرة مع الحركة الدورانية لدوار المولد الذي تقترن به.
• المضاعف أو علبة التروس: عند سرعات الرياح العادية (بين 20-100 كم / ساعة) ، تكون سرعة الدوار منخفضة ، حوالي 10-40 دورة في الدقيقة (دورة في الدقيقة) ؛ لتوليد الكهرباء ، يجب أن يعمل دوار المولد عند 1.500 دورة في الدقيقة ، لذلك يجب أن تحتوي الكنة على نظام يحول السرعة من القيمة الأولية إلى القيمة النهائية. يتم تحقيق ذلك من خلال آلية مشابهة لعلبة التروس في محرك السيارة ، والتي تستخدم مجموعة من التروس المتعددة لتدوير الجزء المتحرك من المولد بسرعة مناسبة لتوليد الكهرباء. كما أنه يحتوي على فرامل لإيقاف دوران الدوار عندما تكون الرياح قوية جدًا (أكثر من 80-90 كم / ساعة) ، والتي يمكن أن تلحق الضرر بأي مكون من مكونات المولد.
• مولد كهرباء: وهو عبارة عن مجموعة من الجزء الثابت الدوار الذي يولد الطاقة الكهربائية ، والتي تنتقل إلى المحطة الفرعية من خلال الكابلات المثبتة في البرج الذي يدعم الكنة ، ثم يتم إدخالها في الشبكة. تتراوح طاقة المولد بين 5 كيلوواط للتوربين المتوسط ​​و 5 ميجاوات لأكبر التوربينات ، على الرغم من وجود توربينات 10 ميجاوات بالفعل.
• محرك التوجيه: يسمح للمكونات بالدوران لوضع الكنة في اتجاه الرياح السائدة.
• دعم الصاري: إنه الدعم الهيكلي للمولد. كلما زادت قوة التوربين ، زاد طول الشفرات ، وبالتالي ، زاد الارتفاع الذي يجب أن تقع عنده الكنة. هذا يضيف تعقيدًا إضافيًا لتصميم البرج ، والذي يجب أن يدعم وزن مجموعة المولد. يجب أن تتمتع الشفرة أيضًا بصلابة هيكلية عالية لتحمل الرياح العاتية دون أن تنكسر.
• المجاذيف وأجهزة قياس شدة الريح: الأجهزة الموجودة في الجزء الخلفي من الجندول التي تحتوي على مولدات ؛ يحددون الاتجاه ويقيسون سرعة الرياح ، ويعملون على الشفرات لفراملها عندما تتجاوز سرعة الرياح عتبة. فوق هذا الحد ، هناك مخاطر هيكلية للتوربين. عادة ما يكون هذا تصميمًا من نوع التوربينات Savonious.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن توربينات الرياح وخصائصها.