طاقة الرياح ما علاقتها بالطاقة الشمسية؟ و ما العلاقة بين الشمس ونشأة الرياح؟ تعتبر طاقة الرياح من الناحية النظرية نوعًا من أنواع الطاقة الشمسية. قد تندهش من هذا , لكن عندما ننظر إلى الحقائق ، يبدو الأمر منطقيًا نوعًا ما. حيث أن الشمس تعمل على تسخين الغلاف الجوي بشكل غير متساو ، بسبب عدم انتظام سطح الأرض بالاضافة الى وضع دوران الأرض. تعمل هذه العناصر معًا لتكوين الرياح.
الرياح هي مصدر للطاقة الحركية ، حيث تأخذ توربينات الرياح هذه الطاقة الحركية للرياح وتحولها إلى طاقة ميكانيكية أو طاقة كهربائية عبر مولد كهربائي. حيث يعمل التوربين على تحويل طاقة الرياح إلى كهرباء باستخدام القوة الديناميكية الهوائية التي تولدها شفرات توربينات الرياح. تعمل هذه الأشياء بشكل مشابه لأشياء أخرى تشبهها – مراوح الطائرات و المروحيات. بينما تتدفق الرياح عبر هذه الشفرات ، ينخفض ضغط الهواء على جانب واحد من الشفرة ، مما يخلق ضغطًا مختلفًا عبر الاثنين مما يؤدي إلى السحب والرفع . فعندما يتم توصيل الدوارات بمولد تعمل الرياح على تسريع الدوران وتحويل القوة الديناميكية الهوائية إلى دوران مكونات المولد ، مما يؤدي بعد ذلك إلى توليد الكهرباء القابلة للاستخدام.
جدوى إستخدام طاقة الرياح
لكن قد يواجهنا السؤال التالي هل يعتبر إستعمال طاقة الرياح لتوليد الكهرباء للمنزل مربح ومجدي بالفعل؟ مثل مصادر الطاقة البديلة الأخرى كالطاقة الشمسية؟
يمكن استغلال طاقة الرياح بصورة أفضل في المناطق التي تكون الرياح متوفرة بشكل مستمر. لدينا احتياجات و استخدامات مختلفة للطاقة ، لذا قد يكون من الصعب بعض الشيء الإجابة بشكل دقيق. على الرغم من ذلك ، دعنا نلقي نظرة على الظروف والأماكن التي يمكن من خلالها توليد و إستخدام الطاقة ، ونستخلص ما يمكن ان يفيدنا لتلبية احتياجاتنا.
وفقًا لمقال متخصص في طاقة الرياح ، فأنت بحاجة إلى فدان على الأقل من الأرض لتوربينات الرياح لتوفر لك الطاقة الكافية. في حين أنني أميل بعض الشيء إلى التوافق مع ما تم طرحة في المقال ، فقد رأيت بعض الأدلة على أن التوربينات الصغيرة مفيدة لتلبية احتياجات الطاقة الأصغر. إن الأمر يعتمد في الغالب على القوة الكهربائية وراء التوربينات ، وما تحاول تشغيله ، والقدرة الفعلية للتوربين نفسه. في الصورة أدنا يوضح لنا مقاسات كل توربين بناءا على طاقة توليده.
بالنسبة إلى التوربينات الكبيرة ، فأنت بالتأكيد بحاجة إلى مساحة أكبر – و هذا ما كان يتحدث عنه المقال التي أشرت إليها أعلاه. لذلك ، كلما زادت المساحة المفتوحة التي يوجد بها التوربين ، زادت سرعة الرياح المنتجة ، مما يعني مستويات أعلى من الطاقة. أما بالنسبة للإحتياجات الشخصية كمنزل مكون من ثلاث غرف فتوربين ذو قطر مترين يفي بالغرض في الاماكن المفتوحة و التي يكون فيها هبوب الرياح بشكل معقول. بالنسبة للتكلفة المالية سننشر مقال لاحقا نوضح فيه مقارنة بين الطاقة الشمسية و طاقة الرياح.
ماذا يحدث عندما تتوقف الرياح عن هبوبها؟
بالنسبة لأولئك الذين يعيشون في مناطق منخفضة الرياح ، فإن قلة الرياح في بعض الأحيان هي بالتأكيد أحد الأسباب الرئيسية التي يوصى بها أيضًا لإستخدام الطاقة الشمسية كمصدر إضافي لطاقة المنزل. بالطبع ، حتى في مناطق الرياح العاتية ، أيضا يوجد هناك أيام تكون فيها الرياح نوعا ما منعدمه ، وهذا يمكن أن يسبب مشاكل إذا كنت في بيئة حارة أو بيئة باردة عندما تعتمد على الكهرباء للتحكم في درجات حرارة المنزل. لكن إذا تم الإعداد و عمل الحسابات الدقيقة بشكل صحيح ، يمكنك تخزين الطاقة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية في مولدات وبطاريات مصممة لتخزين الطاقة. يمكن ربطها بالنظام الكهربائي للمنزل لتشغيل الأشياء عندما تنقطع الرياح عن الهبوب و حين غروب الشمس .
مثال على توليد طاقة الرياح ومتطلباتها
إذن ، ما هو مقدار الطاقة التي تنتجها توربينات الرياح ، وما نوع التوربين الذي يمكن إختياره؟ تعتمد الاجابة على هذا السؤال على عدد من العوامل. مثلا ، ما الذي تخطط لتشغيله بالكهرباء التي سينتجها توربين الرياح؟ فمثلا تتطلب الثلاجة كمية طاقة مختلفة عن الكمبيوتر المحمول .
المعطيات
في البداية نقوم بحساب كمية الطاقة التي نحتاجها من خلال البحث عن مخطط القدرة الكهربائية للاجهزة التي نريد تشغيلها. أدناه أمثلة لإستهلاك مجموعة من الأجهزة الكهربائية المنزلية
مودم: 7 وات – 24 ساعة يوميا
كمبيوتر محمول -لابتوب-: 25-100 وات – 12 ساعة يوميا
شاحن تلفون: 8 وات – 6 ساعات يوميا
طبق ستالايت: 30 وات – 12 ساعة يوميا
تلفزيون ال سي دي : 150 وات – 8 ساعات يوميا
لمبة LED ( 40 وات): 10 وات -5 لمبات – 6 ساعات يوميا
شاشة ال سي دي : 100 وات – 6 ساعات يوميا
آلة صنع القهوة: 1000 وات – ساعة يوميا
الثلاجة (16 قدم مكعب): 1100 وات – 24 ساعة يوميا
كمية الطاقة اللازمة التي نحتاجها يوميا من خلال الاجهزة اعلاه تقريبا يساوي 30.3 كيلو وات ساعة يوميا. 11.065 ميجاوات لمدة سنة . إذن نقترح في مثل هذه الحالة أننا سنحتاج الى توربين ذو قدرة تساوي 1500 وات.
حساب الطاقة المحولة من الرياح
ثانيا بإستخدام المعادلات في المقالة الاولى دليل طاقة الرياح -1- حساب طاقة توربينات الرياح نحسب الطاقة المولدة من هذا التوربين في المنطقة ذو سرعة رياح تساوي 12 متر / ثانية. و ذو كثافة هواء تساوي 1.23 كجم / م 3.
توربين رياح ذو قدرة 1500 وات
طول شفرة التوربين = 1 م نصف القطر = 0.5 م
متوسط سرعة الرياح = 12 م / ثانية
كثافة الهواء = 1.23 كجم / م 3
معامل تحويل الطاقة = 0.4
بإدخال قيمة طول الشفرة في المعادلة التالية لإيجاد مساعة المنطقة التي سيغطيها التوربين:
اذن المساحة تساوي 3.14 متر مربع
يمكننا بعد ذلك حساب الطاقة المحولة من الرياح إلى طاقة دورانية في التوربين باستخدام المعادلة التالية:
حيث معامل تحويل الطاقة = 0.4، متوسط سرعة الرياح تساوي 12 متر في الثانية ، مساحة قطر شفرات التوربين تساوي 3.14 متر مربع ، كثافة الهواء تساوي 1.23 كجم / م 3. اذن مقدار الطاقة المنتجة في الساعة تساوي 1.335 كيلو وات تقريبا 11.69 ميجا وات سنويا.
**ملاحظة هذا حساب تقريبي في حالة ان متوسط سرعة الرياح ثابت طول السنة على 12 متر في الساعة**
اختيار الانفرتر و البطاريات
بعد تحديد قدرة التوربين نختار الإنفرتر المناسب. في مثل هذه الحالة يجب إختيار إنفرتر ذو قدرة أكبر من 1500 وات. لذلك نختار إنفرتر 1600 وات و جهد 48 فولت. بالإضافة إلى الإنفرتر , سنحتاج إلى بطاريات , و وحدة التحكم في الشحن , و أيضا نظام فرملة توربينات الرياح.
بالنسبة لإخنتيار البطارية سنعتبر أن هناك يومين من دون رياح إذن سنحتاج إلى قدرة كهربائية تساوي 30300 وات * 2 أيام (60600 وات) ثم نضرب الناتج هذا في 1.5 – نسبة الفقد في النظام – نحصل على 90900 وات ساعة (حاجة البيت من الطاقة الكهربائية لمدة يومين بالاخذ بعين الإعتبار الفقد في النظام ).
يمكننا حساب الحد الأدنى لسعة البطارية AH بأخذ قيمة ال وات ساعة اليومية و ضربها في الفقد بالاضافة إلى عدد الأيام التي لا تكون فيها الرياح متوفرة كما في اشرنا سابقا. أيضا يحبذ أن يكون عمق تفريغ البطارية يساوي 50٪ لذا يجب ضرب الناتج السابق في 2. لذلك الناتج يساوي 181800 وات ساعة. و من هذا نستنتج أن سعة البطاريات اللازمة لهذا النظام يساوي:
181800 وات ساعة / 48 فولت = 3787.5 امبير ساعة
سنحتاج إذن 10 بطاريات ذو جهد 48 فولت و 400 أمبير ساعة.
أتنمنى أن تكون المقالة أفادتكم
