الهندسة والآليات > الطاقة الريحية
كيف تعمل عنفات الرياح؟
أغلبنا لعب بالعنفات الدوارة الصغيرة في طفولته، ومعظمنا شاهد هذه الأبراج الضخمة التي تعلوها شفرات كبيرة تدور مع الرياح، لكن ما هو الهدف منها؟ وما هي آلية عملها؟
تعالوا معنا لنلقي نظرة عن كثب ونتعرف على العنفة الريحية...
العنفة الريحية هي آلة تستفيد من طاقة الرياح لتوليد الكهرباء، وبتشبيه أبسط، تعمل العنفة بشكل معاكس للمروحة فبدلاً من استخدام الكهرباء لتحريك الهواء، تستفيد العنفة الريحية من الطاقة الحركية للرياح لتحولها إلى كهرباء.
مم تتألف العنفة الريحية؟
-الشفرات: تدور عند هبوب الرياح، وتسبب دوران الجزء الدوار ومعظم العنفات لها شفرتين أو ثلاث.
-مقياس شدة الريح: مهمته قياس سرعة الرياح، ونقل معلومات السرعة إلى المتحكم.
-المكابح: توقف الجزء الدوار ميكانيكياً، كهربائياً أو هيدروليكياً في حالات الطوارئ.
-المتحكم: هو الجزء المسؤول عن بدء عمل الآلة عند سرعة رياح بين (8-16) ميل بالساعة، ويوقف الدوران عند سرعة (55) ميل في الساعة.
عندما تكون السرعة أقل من 8 ميل في الساعة تكون غير مفيدة -فهي لا تولد كهرباء كافية لتشغيل المحرك- وعندما تكون أكثر من 55 ميل قد تؤدي لتحطيم الشفرات.
-علبة السرعة: تصل بين محور السرعة المنخفضة ومحور السرعة المرتفعة، وترفع السرعة الدورانية من (30- 60) دورة في الدقيقة الى (1000-1800) دورة في الدقيقة، وهذه هي السرعة المطلوبة في معظم المولدات لإنتاج الكهرباء .
إن علبة السرعة هي الجزء الأغلى والأثقل بين أجزاء العنفة، ومن أجل المحافظة على هذا الجزء لأطول فترة ممكنة ابتكر المهندسون مولدات تعمل بالقيادة المباشرة والتي تعمل عند السرعات الزاوية المنخفضة وبدون تشغيل علبة السرعة.
-المولد: يقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية للرياح الى طاقة كهربائية وأغلب المولدات الموجودة في الأسواق هي مولدات تحريضية.
-محور السرعة المرتفعة: المسؤول عن تشغيل المولد.
-محور السرعة المنخفضة: يعمل عند سرعة دورانية حوالي (30-60) دورة في الدقيقة.
-هيكل المحرك أو القمرة: وهي الجزء الذي يضم كلاً من (المولد، محوري السرعة المنخفضة و المرتفعة، المتحكم، علبة السرعة و المكابح) وبعض الهياكل تكون كبيرةً بشكل كافٍ لهبوط طائرة هيلوكوبتر عليها.
-منظم الميل أو انحراف الشفرة: يقوم بتحريك الشفرات حسب اتجاه الرياح من أجل السيطرة على سرعة الدوار والمحافظة عليه وذلك عند التحول في سرعات الرياح التي قد تكون منخفضة جداً أو مرتفعة جداً.
-الجزء الدوار: الشفرات والمحور يشكلان الجزء الدوار.
-البرج: مصنوع من الفولاذ الأنبوبي أو المشبك، أو من الاسمنت وهو يدعم بنية العنفة؛ فكلما ازداد ارتفاع البرج تزداد
-دوارة الرياح: تحدد اتجاه الرياح وتتصل مع نظام التحكم بالتوجيه، وتوجه العنفة بالشكل الصحيح والمناسب.
-محرك نظام التحكم بالتوجيه: وهو الذي يغذي سواقة الانحراف.
فما هي إذاً آلية عمل العنفة الريحية، كيف لها أن تولد الكهرباء؟
عند هبوب الرياح تُدير الطاقة الحركية الكامنة في الرياح شفراتَ العنفة، فيدور المحور المركزي الداعم لها.
يمكننا التحكم بزاوية الشفرات وجهتها لتكون في أنسب وضعية مقابلة للرياح، مع العلم أن اتجاه الرياح هو الذي يحدد تصميم العنفة، حيث يوجد عنفات بعكس اتجاه الرياح وعنفات مع اتجاه الرياح.
ضمن القمرة تقوم علبة السرعة بتحويل السرعة الدورانية المنخفضة للشفرات الى سرعة دورانية مرتفعة وكافية لتشغيل المولد الكهربائي بكفاءة وثمّ يحول المولد الطاقة الحركية لمحور الدوران الى طاقة كهربائية .
يوفر جهاز قياس سرعة الرياح ودوارة الرياح قياسات عن سرعة واتجاه الرياح ووفقاً لهذه القياسات وعن طريق محرك نظام التحكم بالتوجيه من الممكن تدوير القسم العلوي ليواجه أكبر كمية ممكنة من الرياح فيلتقط أكبر قدر من طاقة الرياح، وعند زيادة السرعة عن الحد المسموح به ستقوم المكابح بإيقاف الدوار عن العمل لتفادي تحطمه.
ينتقل التيار الكهربائي الناتج عن عمل المولد عبر كبلات موجودة داخل البرج الى محطة التحويل، التي تقوم بتحويل الجهد الكهربائي ليتناسب مع احتياجات المستهلكين.
نترككم مع مقطع يبن آلية عمل العنفة الريحية:
ومع ازدياد الحاجة إلى مصادر متجددة للطاقة، تقوم الجهات المسؤولة بدراسة العديد من المشاريع المماثلة حاليا لتوليد طاقة نظيفة ومتجددة.
--------------------------------
المصادر:
مصادر الصور:
مصدر الإنفوغراف:
