تعريف طاقه الرياح
كيف تبدا طاقة الرياح؟
تبدأ الطاقة الناتجة عن الريح أولاً من الشمس فعندما تقوم الشمس بتسخين منطقة معينة من الأرض يقوم الهواء حول تلك المنطقة بامتصاص البعض من تلك الحرارة وفي درجة حرارة معينة يبدأ ذلك الهواء الحار بالارتفاع بسرعة كبيرة لأن حجم الهواء الحار أخف من حجم الهواء الأبرد وإن جزيئات هذا الهواء الحار ذو الحركة الأسرع تبذل ضغط أكثر من الجزيئات ذات الحركة الأبطأ، ولذلك تأخذ وقت أقل لإبقاء ضغط الهواء الطبيعي في الارتفاع المسموح وعندما يرتفع الهواء الحار الأخف فجأة تتدفق تيارات هوائية أبرد بسرعة لسدّ الفراغ الذي تركه الهواء الحار وراءه. إذا قمت بوضع جسم ما مثل طاحونة الهواء في طريق تلك الريح فستقوم الريح بدفعها، محولة البعض من طاقتها الحركية الخاصة إلي طاحونة الهواء وبهذه الطريقة يستمد توربين الرياح الطاقة من الريح ويحدث نفس هذا الأمر مع المركب الشراعي عندما يدفع الهواء المتحرّك الشراع ويتسبّب بتحرك المركب
تكنولوجيا استخدام الرياح لتوليد الطاقة الكهربائية
وتتم العملية بأن تدير الرياح أذرع المحرك التي تدير بدورها أسطوانة العمود المتصلة بواسطة مجموعة تروس تشكل ناقل حركة لإدارة مولد كهربائي. وتستطيع التربينات الكبيرة الحجم المصممة لمؤسسات إنتاج الكهرباء للاستعمال العام، توليد ما بين 650 كيلو واط (ويعادل الكيلو واط ألف واط) و1.5 ميجاواط (والميجاواط يساوي مليون واط). وتستخدم المنازل ومحطات الاتصالات عن بعد ومضخات الماء تربيناً واحداً صغيراً لا يزيد إنتاجه عن 100 كيلو واط كمصدر لطاقتها، خاصة في المناطق النائية التي لا توجد فيها شركات توليد وتوزيع طاقة للاستعمال العام.
عملية تحويل حركة الرياح إلى شكل آخر من أشكال الطاقة سهلة الإستخدام، غالبا كهربائية وذلك باستخدام عنفات (مروحيات)، وقد بلغ إجمالي إنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح للعام 2006 بـ 74,223 ميغاواط، بما يعادل 1% من الاستخدام العالمي للكهرباء، وبالتفصيل فقد بلغت نسبة الانتاج إلى الاستهلاك حوالي 20% في الدانمارك و9% في اسبانيا و7% في ألمانيا.
وبهذا يكون الإنتاج العالمي للطاقة المحولة من الرياح قد تضاعف 4 مرات خلال الفترة الواقعة بين عام 2000 وعام 2006.
اول من استخدم طاقه الرياح
اول من استخدم طاقه الرياح حيث أن استخدام طاقة الرياح بدأ مع بدايات التاريخ، فقد استخدمها الفراعنة في تسيير المراكب في نهر النيل كما استخدمها الصينيون عن طريق طواحين الهواء لضخ المياه الجوفية.
تطوير انتاج الكهرباء من الرياح فى امريكا
ولتحقيق هذا الهدف وغيره من الأهداف يعمل مختبران رئيسيان من مختبرات وزارة الطاقة الأمريكية هما المختبر القومي للطاقة المتجددة في كولورادو ومختبر سانديا القومي في نيو مكسيكو، مع شركاء من قطاع صناعة الطاقة من الرياح وبحاثة جامعيين في مختلف أنحاء البلاد لدفع عجلة تكنولوجيا الطاقة المولدة من الرياح إلى حد أكبر. ولكل من المختبرين مهارات وقدرات فذة يتفرد بها لسد احتياجات الصناعة.
وبفضل مثل نشاطات الأبحاث والتطوير هذه ازدادت القدرة العالمية على إنتاج الطاقة من الرياح خلال السنوات العشر الماضية من 3.5 ألف مليون واط في عام 1994 إلى نحو 50 ألف مليون واط في نهاية عام 2004- أي أنها أصبحت أكثر من عشرة أضعاف ما كانت عليه. وازدادت الطاقة الكهربائية المنتجة من الرياح في الولايات المتحدة من 1600 ميجاواط في عام 1994 إلى أكثر من 6700 ميجاواط بحلول نهاية عام 2004، أي إلى أكثر من أربعة أضعاف ما كانت عليه. وهي زيادة كانت كافية لتزويد أكثر من 1.6 مليون منزل بالطاقة الكهربائية.
وقد حققت صناعة الرياح نمواً استثنائياً خلال العقد الماضي بفضل سياسات الحكومة الداعمة لها، وبفضل عمل البحاثة في برنامج الرياح التابع لوزارة الطاقة، بالتعاون مع شركاء من قطاع صناعة توليد الطاقة من الرياح، على تطوير تكنولوجيا مبتكرة تخفض التكلفة، وتشجع نمو السوق، وتحدد مجالات استخدام جديدة للطاقة المنتجة من الرياح.
وأسفر العمل الذي تم القيام به ضمن مشاريع برنامج الرياح التابع لوزارة الطاقة الأمريكية من عام 1994 حتى عام 2004 عن تصاميم مبتكرة وتربينات أكبر حجماً وفعالية أدت إلى تخفيض دراماتيكي في التكلفة. ورغم أن ما تحقق من تخفيض في تكاليف الإنتاج يبعث على الإعجاب، إلا أن سعر الطاقة الكهربائية المنتجة من الرياح لا يستطيع حتى الآن منافسة أسعار الكهرباء المنتجة من الوقود الأحفوري. ويعتقد الباحثون أنه سيكون من الضروري التوصل إلى تحسينات تكنولوجية جديدة لتقليص تكلفة إنتاج الكهرباء من الرياح بنسبة 30 في المئة أخرى كي تتمكن من منافسة تكنولوجيا إنتاج الكهرباء المستهلكة للوقود.
ويعمل فريق تزويد أمريكا بالطاقة الكهربائية من الرياح التابع لوزارة الطاقة الأمريكية مع شركاء من هذه الصناعة على توفير دعم الولايات لها والتوصل إلى شراكات مع شركات توليد وتوزيع الطاقة للاستعمال العام والقيام ببرامج تواصل ووضع آليات سوق مبتكرة لدعم استخدام أنظمة هوائية على النطاقين الواسع والمحدود، وذلك بهدف تشجيع نمو السوق من خلال زيادة تقبل المواطنين في مختلف أنحاء البلاد لاستخدام تكنولوجيا الرياح.
وتشتمل استراتيجية الفريق الرامية إلى زيادة تقبل تكنولوجيا الرياح على نشاطات إعلامية شاملة لتثقيف الجماهير المختلفة بشكل أفضل حول فوائد هذه التكنولوجيا. وقد أقام أعضاء الفريق في عام 2004 معارض في 36 نشاطاً نُظمت في 20 ولاية ووزعوا، خلال نشاطات مختلفة، 43 ألف نسخة من مطبوعات أصدرها الفريق لمجموعات تعمل في الولايات على إنتاج الطاقة من الرياح.
وفي حين تنتج تربينات الرياح المقامة في عرض البحر في أوروبا نحو 600 ميجاواط، إلا أنه لم يتم حتى الآن إقامة أي تربينات في مياه يزيد عمقها عن 20 متراً.
ومن الحلول المهمة لأزمة ندرة المياه تحلية مياه المحيطات المالحة المتوافرة بشكل وافر، ولكن عملية تحليتها تتم من خلال تكنولوجيا تستهلك كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية وتزيد تكلفتها عن منفعتها في كثير من المناطق. وتعتبر طريقة التناضح (الأزموزية) العكسي أكثر تكنولوجيات تحلية المياه فعالية كهربائية، وهي تستهلك ثلاثة إلى ثمانية كيلو واط ساعة لكل متر مكعب واحد من الماء العذب.
كيف تعمل توربينه الرياح لانتاج كهرباء:
المكونات الرئيسية لعنفة الرياح هي شفرات دوًّارة تحمل على عمود ومولد يعمل على تحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربية، فعندما تمر الرياح على الشفرات تخلق دفعة هواء ديناميكية تتسبب في دوران الشفرات، وهذا الدوران يشغل المولد فينتج طاقة كهربية، كما جهزت تلك التوربينات بجهاز تحكم في دوران الشفرات (فرامل) لتنظيم معدلات دورانها ووقف حركتها إذا لزم الأمر.
تعتمد كمية الطاقة المنتجة من توربين الرياح على سرعة الرياح وقطر الشفرات؛لذلك توضع التوربينات التي تستخدم لتشغيل المصانع أو للإنارة فوق أبراج؛ لأن سرعة الرياح تزداد مع الإرتفاع عن سطح الأرض، ويتم وضع تلك التوربينات بأعداد كبيرة على مساحات واسعة من الأرض لإنتاج أكبر كمية من الكهرباء، تنتج الولايات المتحدة وحدها سنويًّا حولي 3 بليون كيلو وات في الساعة (تلك الكمية تكفي لسد احتياجات مليون شخص من الكهرباء)، وذلك من حقول الرياح الموجود معظمها في كاليفورنيا، عادة يتم تخزين الكهرباء الزائدة عن الاستخدام في بطاريات، ولأن هناك بعض الأوقات التي تقل فيها سرعة الرياح، مما يصعب معه إنتاج الطاقة الكهربية، فإن مستخدمي طاقة الرياح يجب أن يكون لديهم مولدًا احتياطيًّا يعمل بالديزل أو بالطاقة الشمسية لاستخدامه في تلك
الأوقات.
المكان الأفضل لوضع التوربينات (عمل حقل رياح) يجب ألا يقل متوسط سرعة الرياح فيه سنويًّا عن 12 ميل في الساعة. وغير إنتاج الطاقة الكهربية فإن توربينات الرياح يمكنها إنتاج طاقة ميكانيكية تستخدم في عدد كبير من التطبيقات، مثل ضخ المياه، الري، تجفيف الحبوب وتسخين المياه.
مميزات وعيوب طاقه الرياح
مميزات وعيوب طاقه الرياح طاقة محلية متجددة ولا ينتج عنها غازات تسبب ظاهرة البيت الزجاجي أو ملوثات، مثل ثاني أكسيد الكربون أو أكسيد النتريك أو الميثان، وبالتالي فإن تأثيرها الضار بالبيئة طفيف. 95% من الأراضي المستخدمة كحقول للرياح يمكن استخدامها في أغراض أخرى مثل الزراعة أو الرعي، كما يمكن وضع التوربينات فوق المباني. أظهرت دراسة حديثة أن كل بليون كيلو وات في الساعة من إنتاج طاقة الرياح السنوي يوفر من 440 إلى 460 فرصة عمل.
التأثير البصري لدوران التوربينات والضوضاء الصادرة عنها قد تزعج الأشخاص القاطنين بجوار حقول الرياح، ولتقليل هذه التأثيرات يفضل إنشاء حقول الرياح في مناطق بعيدة عن المناطق السكنية. تتسبب التوربينات العملاقة أحيانًا في قتل بعض الطيور خاصة أثناء فترات هجرتهم، ويتم حاليًا دراسة تأثيرها على انقراض بعض أنواع الطيور، ولكن النتائج المبدئية تشير إلى أن التوربينات ليس لها هذا التأثير الشديد.
استخدام طاقة الرياح
تعتبر الدانمرك أكثر البلاد استغلالا لطاقة الرياح عام 2009 ، فحاليا تنتج نحو 20 % من الطاقة بواسطة الأبراج الريحية ولها مساهمة وخبرة عظيمة في هذا المجال . واستطاعت الدانمرك تحسين انتاجها بحيث يبلغ انتاجية البرج الواحد 3 ميجاواط ، ويبلغ ارتفاع البرج نحو 14 طابقا . وتتلو الدانمارك من ناحية نسبة إنتاج الطاقة من الريح أسبانيا والبرتغال حيث تنتج كل منها نحو
10 % من الطاقة . وتقوم ألمانيا ببرنامج طموح لإنشاء من 2000 إلى 2500 ميجاواط جديدة كل عام
إن طاقة الرياح من الطاقات التي يمكن تطبيق استخدامها بسهولة في عالمنا العربي لتقليل نسب التلوث التي بدأت تتزايد، ورغم أن الفكرة بدأ تطبيقها فعلاً في بعض الدول العربية إلا أن المطلوب نشر التجربة في باقي الدول.
