 |
| توربينات الرياح المنزلية |
ما هي توربينات الرياح المنزلية home wind turbines
توربينات الرياح المنزلية هي نسخة أصغر من التوربينات الكبيرة التي تراها على جانب الطريق السريع تولد طاقة كهربائية نظيفة من طاقة الرياح الحركية.
تاريخ توربينات الرياح
استخدمت الطواحين الهوائية في بلاد فارس نحو 200 عام قبل الميلاد، ولكن أول طواحين هواء ناجحة عمليا كانت في سيستان وهي منطقه بين أفغانستان و إيران وذلك في القرن السابع الميلادي وكانت من النوع رأسي المحور مصنوعة من 6-12 أشرعه مغطاة بالحصير و القصب والقماش وكانت تستخدم لطحن الحبوب وقصب السكر.
ظهرت طواحين الهواء في أوروبا خلال العصور الوسطى وأول توربين للرياح لإنتاج الكهرباء كان عبارة عن جهاز لشحن البطاريات في عام 1887م اخترعها جيمس بلايث الأسكتلندي .
وبعده بعدة أشهر بنا المخترع الأمريكي تشارلز واو أول توربين رياح تعمل تلقائيا لإنتاج الكهرباء في كليفلاند بولاية أوهايو، ومع نهايات القرن التاسع عشر وبدايات القرن العشرين كانت هنالك الملايين من توربينات الرياح المنتشرة في معظم أنحاء العالم سواء لضخ المياه الجوفية أو لطحن الغلال أو لتوليد الكهرباء في المناطق الريفية لكن في الأربعينيات أصبحت توربينات الرياح قليلة الإستخدام؛ وذلك نتيجة للانتشار الواسع للبترول وإتاحته بتكلفة أقل من تكلفة تشغيل تلك التوربينات.
في السبعينيات كانت هنالك عودة لاستخدام طاقة الرياح عندما أدى نقص البترول في الدول الغربية إلى البحث عن طاقات بديلة ومنذ ذلك الوقت والتقدم التكنولوجي مع دراسات تخفيض التكلفة تحاول مساعدة تلك الطاقة لتوسيع انتشارها كطاقة نظيفة ورخيصة.
مكونات توربينات الرياح المنزلية
شفرات دوارة تحمل على عمود ومولد يعمل على تحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية، فعندما تمر الرياح على الشفرات تخلق دفعة هواء ديناميكية تتسبب في دوران الشفرات، وإن حركة الرياح الديناميكية المستمرة تمكننا من تحويلها إلى طاقة توربينية دورانية منتظمة ، وباستخدام مولدات كهربائية يمكن تحويل هذه الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية وهذا الدوران يشغل المولد فينتج طاقة كهربائية، كما جهزت تلك التوربينات بجهاز تحكم في دوران الشفرات لتنظيم معدلات دورانها ووقف حركتها إذا لزم الأمر.
أنواع توربينات الرياح
هناك نوعين لتوربينات الرياح هما توربينات رياح ذات محور عمودي و توربينات رياح ذات محور أفقي
توربينات رياح ذات محور عمودي
يعتمد هذا التصميم على توجيه محور الدوران بشكل عمودي على الأرض بحيث تدور الشفرات حول هذا المحور. يهدف هذا التصميم إلى إعادة تموضع علبة السرعة والمولد عند قاعدة برج التوربين مما يسهل من عمليات الصيانة والتوصيلات بالإضافة إلى أن هذا التصميم يلغي الانحناءات و يتعرض هذا النوع من التوربينات الرياحية إلى عزوم إيروديناميكيه متغيرة مما يسبب أضرار في الريش بالإضافة إلى الصعوبة في التحكم في التوجيه.
توربينات رياح ذات محور أفقي
يمثل هذا النوع من التوربينات الرياحية الغالبية العظمى المستخدمة في العالم ويتفاوت عدد الريش في هذا النوع من التوربينات من ريشة واحدة إلى ثلاث ريش. كما أن المقطع العرضي للريشة يكون على هيئة جنيح ولهذا فهي تحتاج إلى تقنيات عالية في عمليات التصنيع. ويتميز هذا النوع بسرعة دوران عالية مقارنة بالتوربينات متعددة الريش المستخدمة في عمليات ضخ المياه بالنظام الميكانيكي وغالبا ما يستخدم صندوق تروس ذا نسبة تحويل معينة للحصول على السرعات العالية التي يحتاج إليها المولد ويصل معامل القدرة لها إلى 0.4 عندما تكون سرعة الدوران عند طرف الريشة من 4 إلى 6 أضعاف سرعة الرياح المتدفقة على التوربينة كما تتميز بخفة الوزن وخصوصا بعد إدخال الألياف الزجاجية في عمليات تصنيع الريش بدلا من المعادن والأخشاب .
وتصنف التوربينات الرياحية أفقية المحور حسب أحجامها والطاقة المولدة منها إلى:
توربينات صغيرة الحجم ذات سعة أقل من 5 ك.وات.
توربينات متوسطة الحجم ذات سعة من 50 إلى 500 ك.وات.
توربينات كبيرة الحجم ذات سعة أكبر من 500 ك.وات.
وتستخدم معظم مزارع الرياح في العالم اليوم الأحجام من 500 إلى 1000 ك.وات حيث أثبتت جدوى استخداماتها فنياً و اقتصادياً. وقريباً فإنه من المتوقع أن يصبح الحجم الشائع الاستعمال في المزارع الرياحية هو 1000 ك.وات أو أكبر.
المصادر
كتاب توربينات الرياح وشرح قانون بيتز للمهندس موسى بكري الحاج عبدالله
?Is a Home Wind Turbine Right for You