الإثراء والتوسع: طاقة الرياح

توربينات الرياح: من هواء متحرك إلى كهرباء

بُنيت مشاريع عدّة لتوليد الطاقة الكهربائية في سياق التوجيهات الملكية السامية للحكومات المتعاقبة بتبنّي مشاريع الطاقة البديلة لتخفيف حجم الفاتورة النفطية.

• صورة بداية الوحدة توضّح إحدى مزارع الرياح في الأردن لتوليد الطاقة الكهربائية.
• توربينات (مراوح) الرياح تولّد طاقة كهربائية بتحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية باستعمال مولّدات كهربائية.
• فمثلًا، مزرعة رياح الطفيلة تولّد طاقة كهربائية بمعدل $117\ \text{MW}$ تقريبًا.

فكيف نحسب الطاقة التي تولّدها توربينات الرياح؟

كم هواءً تلتقط الشفرات في الثانية؟

• شفرة التوربين التي طولها $l$ تمسح عند دورانها دائرة نصف قطرها $l$.
• مساحة الدائرة التي تمسحها الشفرة:

• عند هبوب الرياح عموديًا على شفرات التوربين، يساوي حجم الهواء المارّ عبر مستواها حجم أسطوانة مساحة مقطعها العرضي $A = \pi l^2$.
• سرعة الرياح $v$ تساوي طول أسطوانة الهواء في الثانية الواحدة.
• إذ المسافة التي تتحرّك فيها جزيئات الهواء في الثانية الواحدة تساوي سرعة الرياح ($\text{m/s}$).
• حجم الهواء $V$ الذي يمرّ عبر مستوى الشفرات في الثانية الواحدة:

كم طاقة تحملها الرياح؟ وكم منها يصير كهرباء؟

• الطاقة الحركية للرياح التي تمرّ عبر هذا التوربين كل ثانية تُحسب كما يأتي:
• $KE = \frac{1}{2} mv^2$
• $= \frac{1}{2} (\rho V) v^2$
• $= \frac{1}{2} \rho (Av) v^2$
• $= \frac{1}{2} \rho Av^3$

• $\rho$ تُمثّل كثافة الهواء.
• لا تُحوَّل كامل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية.
• يُفقد جزء من طاقة الرياح على هيئة حرارة وصوت وشغل للتغلّب على قوى الاحتكاك في التوربين، وغيرها.

• تتراوح كفاءة هذه التوربينات في تحويل الطاقة بين $40\%$ و $50\%$ تقريبًا.