بحث حول طاقة الرياح
مقدمة بحث حول طاقة الرياح
قال الله تعالى: وهو الذي يرسل الرياح بشرا بين يدي رحمته. حتى إذا أقلت سحابا ثقالا سقناه لبلد ميت فأنزلنا به الماء فأخرجنا به من كل الثمرات. كذلك نخرج الموتى لعلكم تذكرون” (سورة الاعراف: 7).
قد منحنا الله الرياح لتكون في مصلحتنا، ومنحنا العقل السليم لنعمل من أجل البشرية، واستغلال الرياح هو واحد من أهم الأشياء التي يمكن أن تحل محل الوقود الأحفوري وتساهم في إنتاج الطاقة الكهربائية والميكانيكية من التوربينات، وهي طاقة رخيصة لا تحتاج إلى الكثير من المال لاستخراجها واستغلالها، وفي نفس الوقت، الاعتماد على طاقة الرياح يساهم في حل العديد من الأزمات، بالإضافة إلى أن العديد من الدول تعتمد عليها بشكل كامل.
طاقة الرياح
تعتبر طاقة الرياح إحدى مصادر الطاقة المتجددة، حيث تعمل التوربينات على تحويل طاقة حركة الرياح إلى طاقة ديناميكية أو كهربائية، ويمكن استخدامها لتلبية الاحتياجات في العديد من المجالات المختلفة مثل الصناعة والزراعة وغيرها.
وتعتبر الطاقة المخزنة في الرياح، التي يمكن تحويلها باستخدام طواحين الهواء، والتي تقوم بطحن الحبوب، والتي كانت تستخدم في السابق لنقل الماء وتحريك السفن.
مزارع الرياح
تتكون مزارع الرياح من مجموعة من التوربينات التي تولد الكهرباء أو الطاقة الديناميكية، وعددها يكون ضخما قد يصل إلى مئات التوربينات؛ كما يوجد نوعان من مزارع الرياح، النوع الأول هو المزرعة البرية، والنوع الثاني هو المزرعة البحرية، والفارق بين النوعين هو تواجدهما على اليابسة أو في البحر؛ ويذكر أن البحر أكثر قوة من اليابسة، كما أنه الأفضل في إنتاج الكهرباء، ولكن تكلفته مرتفعة جدا من حيث البناء والصيانة الدورية.
هناك العديد من الأمثلة على مزارع الرياح البرية حول العالم ويمكن عرضها فيما يلي:
- مزرعة جاي سالمر في الهند.
- مزرعة ألتا في الولايات المتحدة الأمريكيّة.
- مزرعة رياح قانسو في الصين، وهي تعتبر الأعلى في إنتاج الطاقة حول العالم
هناك العديد من مزارع الرياح البحرية حول العالم، ويمكن عرض بعضها فيما يلي:
- مزرعة آنهولت، وهي تابعة لألمانيا.
- مزرعة غابارد الكبر، وهي جزء من المملكة المتحدة.
- مزرعة لندن آري، وهي تابعة للمملكة المتحدة.
التوربينات
تم تصميم التوربينات لتحويل الطاقة الحركية التي تنتجها الرياح إلى طاقة كهربائية يمكن تخزينها واستخدامها، يمكن استخدام التوربينات الصغيرة لشحن البطاريات بينما يتم استخدام الأنواع الكبيرة منها لتلبية احتياجات المنازل اليومية من الكهرباء. عندما يتم تجميع عدد من التوربينات للعمل في وقت واحد، يطلق عليها اسم مزرعة رياح، وتعمل هذه المزارع على توليد طاقة كبيرة للحد من استخدام الوقود الحفري الذي يلوث البيئة. تتكون التوربينات من عدة أجزاء، ويمكن توضيحها على النحو التالي:
- العمود الطويل: يختلف طول العمود حسب نوع التوربين، حيث يزداد قدرته على توليد الكهرباء كلما زاد ارتفاع التوربين، نظرا لزيادة سرعة الرياح.
- الشفرات: تختلف أيضا من توربينة إلى أخرى، يمكن أن تكون بشكل أفقي وتشبه المروحة ولكن بحجم أكبر، أو تشبه مضرب البيض العملاق.
- مولد الكهرباء: هو الذي يحول الطاقة الميكانيكية في الشفرات إلى طاقة كهربائية.
- البطاريات: يتم تخزين الطاقة التي تحولت من حركة الرياح.
طريقة توليد الكهرباء في طاقة الرياح
كما ذكرنا سابقا، فإن التوربينات هي الأداة التي تقوم بتحريك الرياح لتحويلها إلى طاقة كهربية. وعندما تتحرك شفرات التوربينات، التي تشبه المروحة العملاقة، وتدور في اتجاه معين، تعمل على تشغيل المولد الذي يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية.
- تعمل التوربينات عن طريق تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية باستخدام الطاقة الديناميكية الهوائية المنتجة من الريش أو الشفرات، حيث تعمل في نفس اتجاه الطائرات المروحية أو المروحة.
- عند وصول الرياح إلى الشفرة التي يتم توصيلها بالمولد الكهربائي، سواء بشكل مباشر أو غير مباشر عبر العمود أو صندوق التروس.
- أثناء التشغيل، قوة الرفع أقوى من قوة السحب، وهذا يسبب دوران الريشة التي ترتبط بالمولد، وتكون هذه التوربينات إما رأسية أو أفقية.
العوامل التي تعتمد عليها طاقة الرياح
هناك ثلاثة عوامل رئيسية تؤثر بشكل كبير على إنتاج الطاقة، يمكن توضيحها كما يلي:
- سرعة الرياح: تحدد سرعة الرياح كمية الكهرباء التي يمكن إنتاجها من التوربينات، حيث تنتج التوربينات طاقة أكبر في الرياح العالية، حيث تساعد الرياح القوية في دوران الريش بشكل أسرع، ويؤدي الدوران السريع إلى توليد المزيد من الطاقة الكهربائية والميكانيكية.
- كثافة الهواء: يمكن الاعتماد على إنتاج الكهرباء من خلال كثافة الهواء، حيث تتأثر الكثافة بشكل كبير بالارتفاع والضغط ودرجة الحرارة، ويرتفع الهواء الكثيف بضغط عال على التوربينات، وهذا يسمح بإنتاج طاقة أعلى.
- حجم ريش التوربينات: كلما زاد حجم الريش على التوربينات، زادت فرصة التوربين في الحصول على مزيد من طاقة الرياح التي يتم استخدامها لتوليد الطاقة الكهربائية والميكانيكية.
استخدامات طاقة الرياح
يوجد العديد من الاستخدامات لطاقة الرياح، ومنها ما يلي:
- توليد الطاقة الكهربية: تعد طاقة الرياح من مصادر الطاقة البديلة التي يتم استخدامها للتخفيف من الاعتماد على الوقود الأحفوري، حيث تنتج الطاقة الكهربائية والميكانيكية عن طريق تحريك التوربينات بفعل الرياح في اتجاه محدد، ومن ثم يتم تخزين الطاقة في البطاريات للاستخدام.
- المساعدة في الإبحار: تستخدم بعض شركات النقل البحري الطاقة الهوائية كوسيلة للنقل، وتشمل ذلك السفن التجارية وسفن الصيد، بالإضافة إلى تقليل استهلاك الوقود في الرحلات الطويلة وتقليل التكاليف المرتبطة بالوقود.
- ممارسة الرياضة: هناك العديد من الأنشطة التي تعتمد بشكل كامل على طاقة الرياح ومنها أمثلتها: رياضة الإبحار الأرضي، أو ركوب الأمواج Kite Surfing.
- ضخ الماء: يمكن الاعتماد على طواحين الرياح في توليد الطاقة كي تضخ مياه البرك والآبار، حتى تستفيد منها في الري والشرب، تعتمد الطواحين في تشغيلها على عدة عوامل وهي:
- سرعة الرياح، حيث يجب أن يتراوح متوسط سرعة الرياح بين (12-18) كم/ ساعة حتى تعمل الطواحين بصورة جيدة.
- عمق منسوب مياه الآبار والبرك.
- نوع الطاحونة الهوائية.
مميزات طاقة الرياح
للطاقة الرياح العديد من المزايا كونها مصدرا بديلا ومتجددا باستمرار، وهي تنمو بأسرع وتستخدم في العديد من الأشياء لمواجهة التحديات، ويمكن عرض فوائد طاقة الرياح كما يلي:
- مصدر وقود نظيف: الطاقة النظيفة هي هبة من الله عز وجل، حيث لا تعتمد على احتراق الوقود مثل الفحم أو الغاز الطبيعي أو النفط الذي يسبب العديد من الجسيمات والأكاسيد النيتروجينية وثاني أكسيد الكبريت الضارة للصحة، وبالإضافة إلى ذلك، التوربينات لا تسبب أي تلوث.
- طاقة الرياح فعالة من حيث التكلفة: تعد طاقة الرياح من أرخص وأقل مصادر الطاقة التي تكون متاحة، حيث تبلغ تكلفتها من 1 إلى 2 سنت لكل كيلوواط / ساعة بعد الاستفادة من الخصم الضريبي للإنتاج. وذلك لأن الكهرباء التي تنتجها الرياح لها سعر ثابت على فترة زمنية محددة، والوقود مجاني.
- يمكن بناء توربينات الرياح في المزارع: هذا الأمر مهم جدا ويمكن الاستفادة منه في المناطق الريفية، حيث يمكن للمزارعين الاستمرار في العمل في الأرض بفضل استخدام التوربينات التي تحتل مساحة صغيرة من الأرض.
- طاقة الرياح مستدامة: الرياح هي إحدى أشكال الطاقة الشمسية المتجددة، يمكن الحصول عليها من خلال تسخين الهواء الجوي بواسطة الشمس وعدم انتظام سطح الأرض ودورانها، وهذا يشير إلى وجود الرياح طالما توجد الشمس.
- تكاليف تشغيل منخفضة: التوربيات المستخدمة على اليابسة تكلفة أقل من تلك المستخدمة في البحر، ولكنها تعمل بكفاءة أعلى.
عيوب طاقة الرياح
على الرغم من فوائد الطاقة الرياحية العديدة، إلا أنها تحمل بعض السلبيات والعيوب المحتملة
- مصدر غير موثوق، حيث قد لا تهب الرياح في بعض الأوقات، وهناك أضرار محتملة للتوربينات عند حدوث البرق أو العواصف الشديدة.
- تهديد البيئة البرية، حيث يمكن أن تتأثر معظم الطيور في الجو بالريش الموجود في التوربينات.
- قد تسبب ضوضاء وتلوث بصري
- تكون تكلفتها مرتفعة في بعض الأحيان وتحتاج لصيانة.
- تستهلك محطات طاقة الرياح الكثير من الأراضي التي يمكن استخدامها بطرق أخرى، وتعمل بأرباح أفضل من إيرادات هذه المحطات.
خاتمة بحث طاقة الرياح
في النهاية، يجب أن نستفيد من طاقة الرياح بشكل كبير، نظرا للعديد من المزايا التي تتمتع بها، فهي طاقة متجددة يمكن استغلالها بسهولة من خلال استخدام التوربينات وتحويلها إلى أشكال أخرى تساعدنا في التغلب على العقبات المتعددة، واستخدامها في إنتاج الطاقة الكهربائية بدلا من الاعتماد على الوقود الأحفوري، وخاصة أن طاقة الرياح نظيفة ولا تلوث البيئة بشكل عام.