1.ما هي طاقة الرياح
طاقة الرياح، شكل من أشكال تحويل الطاقة حيث تقوم التوربينات بتحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية يمكن استخدامها لتوليد الطاقة. إلى جانب الطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية، تعد طاقة الرياح واحدة من أكثر أشكال الطاقة المتجددة استخدامًا على نطاق واسع. نظرًا لعدم تلويثها عمليًا وتوفرها بوفرة - وإن كان بشكل متقطع أحيا نًا - في العديد من الأماكن، فإن طاقة الرياح تتعارض بشكل صارخ مع احتراق الوقود الأحفوري (أي الفحم والنفط والغاز الطبيعي) الذي يدفع الاحتباس الحراري وأصبحت أكثر جاذبية للأفراد والشركات والحكومات على طريق الاستدامة.
تاريخيًا، تم استخدام طاقة الرياح في شكل طواحين الهواء لعدة قرون لمهام مثل طحن الحبوب وضخ المياه. تم بناء أحد أوائل التوربينات الريحية المعروفة لتوليد الكهرباء في اسكتلندا عام 1887 ، وحدث تطور ملحوظ في التكنولوجيا طوال القرن العشرين.
2. إمكانات واستخدام طاقة الرياح حول العالم
يتم حساب موارد الرياح بناءً على متوسط سرعة الرياح وتوزيع قيم سرعة الرياح التي تحدث داخل منطقة معينة. يتم تجميع المناطق في فئات طاقة الرياح التي تتراوح من 1 إلى 7. تعتبر فئة طاقة الرياح من 3 فما فوق (ما يعادل كثافة طاقة الرياح من 150 إلى 200 وات لكل متر مربع، أو 12.5 - متوسط رياح من 5.1 إلى 5.6 متر في الثانية [ 11.4 ميل في الساعة]) مناسبة لتوليد طاقة الرياح على نطاق المرافق، على الرغم من أنه يمكن أي ضً ا العثور على بعض المواقع المناسبة في المناطق ذات الفئتين 1 و 2. توجد موارد رياح كبيرة في الولايات المتحدة في منطقة السهول الكبرى وكذلك في بعض المواقع البحرية.
بحلول عام 2022 ، كانت الرياح تساهم بأكثر من 7٪ من إجمالي الكهرباء العالمية وبلغت أكثر من 10 ٪ من إجمالي توليد الكهرباء على نطاق المرافق في الولايات المتحدة. زاد توليد الكهرباء من الرياح بشكل كبير بسبب المخاوف بشأن تكلفة البترول وآثار احتراق الوقود الأحفوري على ، المناخ والبيئة. على سبيل المثال، من عام 2007 إلى عام 2016 تضاعفت إجمالي القدرة المثبتة لطاقة الرياح خمس مرات من 95 جيجاوات إلى 487 جيجاوات في جميع أنحاء العالم. كانت الصين والولايات المتحدة تمتلكان أكبر قدر من القدرة المثبتة للرياح في عام 2021 (بما يقرب من 329 جيجاوات و 133 جيجاوات على التوالي)، وفي نفس العام أنتجت الدنمارك أكبر نسبة من الكهرباء من الرياح (أكثر من 43 بالمائة). تضع التقديرات المختلفة تكلفة طاقة الرياح منخفضة تصل 6 سنتات لكل كيلووات ساعة، اعتما دًا على الموقع. هذا قابل - إلى 2 للمقارنة مع تكلفة الفحم والغاز الطبيعي وأشكال الطاقة الأحفورية الأخرى، والتي تتراوح بين 5 و 17 سن تًا لكل كيلووات ساعة.
مزارع الرياح هي مناطق يتم فيها تجميع عدد من توربينات الرياح م عًا، مما يوفر مصدر طاقة إجمالي أكبر. اعتبا رًا من عام 2018 كانت أكبر مزرعة رياح في العالم هي قاعدة جيوكوآن للطاقة الريحية، وهي مجموعة تضم أكثر من 7000 توربين رياح في مقاطعة غانسو بالصين تنتج أكثر من 6000 ميجاوات من الطاقة. تعد لندن أراي، واحدة من أكبر مزارع الرياح البحرية النشطة في العالم عندما تم تشغيلها في عام 2013 ، تمتد على مساحة 122 كيلومتر مربع (حوالي 47 ميل مربع) في المداخل الخارجية لمصب نهر التايمز وتنتج ما يصل إلى 630 ميجاوات من الطاقة. وقد تم تجاوزها منذ ذلك الحين من قبل عدد من مزارع الرياح الأخرى على طول ساحل بريطانيا العظمى، بما في ذلك تريتون نول (قدرة 857 ميجاوات) وموري إيست (قدرة 950 ميجاوات) وسيجرين (قدرة 1075 ميجاوات). من المقرر أن يبلغ مشروع مزرعة الرياح هورنسي بالقرب من ساحل يوركشاير الإنجليزي ما يصل إلى 6000 ميجاوات من الطاقة. بدأ الذراع الأول للمشروع، هورنسي وان، العمل في عام 2019 ويمتد على مساحة 407 كيلومتر مربع (حوالي 157 ميل مربع) ؛ تنتج حوالي 1200 ميجاوات من الطاقة. بالمقارنة، يبلغ متوسط محطة توليد الكهرباء الجديدة التي تعمل بالفحم حوالي 550 ميجاوات.
3. توربينات الرياح
تنتج توربينات الرياح الحديثة الكهرباء باستخدام الطاقة الدورانية لدفع مولد كهربائي. وهي تتكون من شفرة واحدة أو أكثر متصلة بدوار وعلبة تسمى الغلاف تحتوي على مجموعة نقل الحركة فوق برج طويل. هناك نوعان رئيسيان من توربينات الرياح: توربينات الرياح ذات المحور الأفقي الشائعة .(VAWTs) وتوربينات الرياح ذات المحور الرأسي الأكثر تجري بًا (HAWTs) شفرات اثنين أو ثلاثة، مثل مراوح الطائرة، أو HAWT يمتلك كل توربين قرص يحتوي على العديد من الشفرات (نوع متعدد الشفرات) متصلة بكل 9.5 ميجاوات من الطاقة، ويبلغ - توربين. يمكن لأكبر هذه التوربينات إنتاج 4.8 قطر الدوار أكثر من 162 مت رًا (حوالي 531 قدمًا)، ويتم توصيله بأبراج يصل ارتفاعها إلى 240 مترًا ( 787 قدمًا). التصميمات الأكثر شيوعًا (التي تنتج ما يصل إلى 1.8 ميجاوات) أصغر بكثير ؛ يبلغ طول الشفرة حوالي 40 مترًا (حوالي 130 قدمًا) ويتم توصيلها بأبراج يبلغ ارتفاعها حوالي 80 مترًا (حوالي الأصغر لتوفير الطاقة للمنازل HAWT 260 قدمًا). يمكن استخدام وحدات الفردية.
تختلف تصميمات VAWT في الشكل وطريقة تسخير طاقة الرياح. يمكن لمعظمها تسخير الرياح القادمة من أي اتجاه وعادة ما تصنع من شفرات تدور حول عمود رأسي. يعد Darrieus VAWT الذي يستخدم شفرات منحنية في تصميم قوس منحني، هو الأكثر شيوعًا في VAWT في أوائل القرن الحادي والعشرين. معظم VAWTs ليست قادرة على المنافسة الاقتصادية مع HAWTs ولكن هناك اهتمام مستمر بالبحث والتطوير في VAWTs خاصة لأنظمة الطاقة الريحية المتكاملة مع المباني.
4. التحديات و العيوب
تتضمن التحديات التي تواجه التنفيذ واسع النطاق لطاقة الرياح متطلبات تحديد المواقع مثل توفر الرياح والاهتمامات الجمالية والبيئية وتوافر الأراضي. تكون مزارع الرياح أكثر فعالية من حيث التكلفة في المناطق التي تهب فيها الرياح القوية باستمرار؛ ومع ذلك، فإن هذه المناطق ليست بالضرورة بالقرب من المراكز السكانية الكبيرة. وبالتالي، يجب أن تكون خطوط الطاقة والمكونات الأخرى لأنظمة توزيع الكهرباء قادرة على نقل هذه الكهرباء إلى المستهلكين. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الرياح مصدر طاقة متقطع وغير ثابت، فقد يكون من الضروري تخزين الطاقة.
يعد القلق الرئيسي لمزارع الرياح مرتبطًا بالآثار البيئية السلبية المرتبطة بالضوضاء والإزعاج البصري وتأثيرات الحياة البرية. هناك نوعان من الضوضاء المرتبطة بالتوربينات: الضوضاء الميكانيكية، التي ينتجها معداتها مثل علبة التروس، والضوضاء الديناميكية الهوائية، التي تنتج عن حركة الهواء فوق الشفرات. يمكن تخفيف الضوضاء الميكانيكية عن طريق تغيير المكونات الميكانيكية للتوربينات. الضوضاء الديناميكية الهوائية، التي غالبًا ما توصف بأنها صوت "صفير"، هي عامل من عوامل أنواع الشفرات وسرعة الدوران. ومع ذلك، فقد تبين أن ضوضاء توربينات الرياح بالديسيبل لا تزيد عن الضوضاء التي يتم التعرض لها عند السفر في سيارة متحركة وغالبًا ما تكون قابلة للمقارنة مع الضوضاء الخلفية الريفية الليلية. تشمل المخاوف الأخرى مناطق الوميض، حيث يمكن أن ينعكس الضوء من الشفرات الدوارة، وجيوب التداخل الكهرومغناطيسي التي تؤثر على إشارات التلفزيون والراديو بالقرب من التوربينات.
أثارت جماعات الضغط العام مخاوف بشأن الاضطرابات المحتملة التي قد تسببها مزارع الرياح على الحياة البرية والجماليات العامة. على الرغم من إلقاء اللوم على مولدات الرياح في إصابة الطيور وقتلها، إلا أن الخبراء أظهروا أن التوربينات الحديثة لها تأثير ضئيل على أعداد الطيور. تدعم جمعية أودوبون الوطنية، وهي مجموعة بيئية كبيرة مقرها الولايات المتحدة وتركز على الحفاظ على الطيور والحياة البرية الأخرى، طاقة الرياح بقوة، بشرط أن يتم تحديد مواقع مزارع الرياح بشكل مناسب لتقليل التأثيرات على الطيور المهاجرة وموائل الحياة البرية الهامة. و الجدير بالذكر أنه تم الإبلاغ عن مقتل عدد أكبر بكثير من الخفافيش عن طريق توربينات الرياح مقارنة بالطيور. وعلى الرغم من أن السبب الدقيق لتلك الوفيات غير معروف، إلا أن سلوكيات الهجرة والتزاوج لدى الخفافيش الشجرية المهاجرة يتم مناقشتها على نطاق واسع ويجري حاليًا بحثها من قبل علماء الأحياء.
