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.
أنزل الله لنا الرياح لتكون مصدر فائدة لنا، ووهبنا العقل السليم لكي نعمل لصالح البشرية، ويعتبر استغلال الرياح من أهم الأمور التي يمكن أن تحل محل الاعتماد على الوقود الأحفوري وتستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية والميكانيكية من خلال التوربينات، كما أنها تعتبر طاقة رخيصة لا تحتاج إلى الكثير من النفقات لاستخراجها واستغلالها، وفي نفس الوقت، فإن الاعتماد على طاقة الرياح يساعد في حل العديد من الأزمات، بالإضافة إلى أن العديد من الدول تعتمد عليها بشكل كامل.
طاقة الرياح
تُعد طاقة الرياح واحدة من مصادر الطاقة المتجددة، حيث تقوم التوربينات بتحويل الطاقة الحركية للرياح إلى الطاقة الديناميكية أو الطاقة الكهربائية، ويمكن استخدامها لتوفير الطاقة اللازمة في العديد من المجالات المختلفة، مثل الصناعة والزراعة وغيرها.
تُعَدُّ الطاقة التي يتم تخزينها في الرياح ويمكن تحويلها باستخدام طواحين الهواء، التي تعمل على طحن الحبوب، والتي تم استخدامها في السابق في نقل المياه وتحريك السفن.
مزارع الرياح
تتكون مزارع الرياح من مجموعة كبيرة من التوربينات التي تولد الكهرباء أو الطاقة الديناميكية، ويمكن أن يصل عددها إلى مئات التوربينات، وتنقسم مزارع الرياح إلى نوعين، الأول هو المزارع البرية، والثاني هو المزارع البحرية، والفرق بينهما هو موقعهما، إذ تتواجد المزارع البرية على اليابسة، بينما تتواجد المزارع البحرية في البحر، والأخير أفضل في إنتاج الكهرباء نظراً لأن الرياح في البحر أقوى، ولكن تكون تكاليف بناء وصيانة المزارع البحرية أعلى بكثير.
يمكن عرض العديد من أمثلة مزارع الرياح البرية حول العالم، ويمكن ذكر بعضها كما يلي:
- مزرعة جاي سالمر في الهند.
- مزرعة ألتا في الولايات المتحدة الأمريكيّة.
- تقع مزرعة رياح قانسو في الصين، وتُعدُّ الأكثر إنتاجًا للطاقة في العالم
هناك العديد من أمثلة مزارع الرياح البحرية في جميع أنحاء العالم، ويمكن الإطلاع عليها فيما يلي:
- مزرعة آنهولت، وهي تابعة لألمانيا.
- مزرعة غابارد الكبرى، وهي تابعة للمملكة المتحدة.
- مزرعة لندن أري الموجودة في المملكة المتحدة.
التوربينات
يتم تصميم التوربينات لتحويل الطاقة الحركية الناتجة عن الرياح إلى طاقة كهربية يمكن تخزينها واستخدامها، حيث يمكن استخدام التوربينات الصغيرة لشحن البطاريات، بينما يمكن استخدام التوربينات الكبيرة لتلبية احتياجات المنازل اليومية من الكهرباء. وعند تجمع عدد من التوربينات للعمل في وقت واحد، يتم تسميتها بمزرعة رياح، حيث تعمل على توليد طاقة متزايدة للحد من استخدام الوقود الحفري الذي يؤدي إلى تلوث البيئة. وتتكون التوربينات من عدة أجزاء، ويمكن توضيحها كما يلي:
- العمود الطويل: يختلف طول العمود بناءً على نوع التوربين المستخدم، حيث يزداد قدرة التوربين على توليد الكهرباء كلما زاد ارتفاعه بسبب زيادة سرعة الرياح.
- الشفرات: تختلف تصاميم التوربينات من نوع إلى آخر، فقد يكون شكلها أفقيًا ومشابهًا لشكل المروحة ولكن بحجم أكبر، أو قد يكون شكلها مشابهًا لمضرب البيض العملاق.
- مولد الكهرباء: يحول الطاقة الميكانيكية في الشفرات إلى طاقة كهربائية.
- البطاريات: يتم تخزين الطاقة التي تحولت من حركة الرياح.
طريقة توليد الكهرباء في طاقة الرياح
كما سبق الذكر، تعتبر التوربينات الأداة التي تستخدم لتحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية، وذلك عندما تدور شفرات التوربينات التي تشبه المروحة العملاقة في اتجاه محدد، وتقوم بتشغيل المولد الذي يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.
- تعمل التوربينات على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية باستخدام الطاقة الديناميكية الهوائية التي يتم إنتاجها من الريش أو الشفرات، وتتحرك في نفس اتجاه الطائرات المروحية أو المروحة.
- عندما تصل الرياح إلى الشفرة المتصلة بالمولد الكهربائي، سواء بطريقة مباشرة أو غير مباشرة عن طريق العمود أو علبة التروس.
- أثناء التشغيل، يتم توصيل ريشة بالمولد، وتكون قوة الرفع أقوى من قوة السحب، مما يؤدي إلى دوران الريشة. تكون التوربينات المستخدمة إما توربينات رأسية أو توربينات أفقية.
العوامل التي تعتمد عليها طاقة الرياح
توجد ثلاثة عوامل رئيسية يتم الاعتماد عليها بشكل كبير في توليد الطاقة، ويمكن توضيحها كالتالي:
- سرعة الرياح: تتأثر كمية الكهرباء التي يمكن إنتاجها من التوربينات بسرعة الرياح، حيث تنتج التوربينات كمية أكبر من الطاقة عندما تكون سرعة الرياح عالية، وذلك لأن الرياح القوية تساعد الريش في التوربينات على الدوران بسرعة أكبر، ويؤدي الدوران السريع إلى إنتاج المزيد من الطاقة الكهربائية والميكانيكية.
- كثافة الهواء: يمكن توليد الكهرباء من خلال استخدام كثافة الهواء، حيث يتأثر ذلك بشكل كبير بالارتفاع والضغط ودرجة الحرارة، ويتعرض الهواء الكثيف إلى ضغط كبير على التوربينات، وهذا يسمح بإنتاج طاقة أعلى.
- حجم ريش التوربينات: كلما زاد حجم ريش التوربينات، زادت فرص حصول التوربين على المزيد من طاقة الرياح التي يتم تحريكها لإنتاج الطاقة الكهربائية والميكانيكية.
استخدامات طاقة الرياح
يوجد العديد من الاستخدامات لطاقة الرياح، ومنها ما يلي:
- توليد الطاقة الكهربية: تعتبر طاقة الرياح واحدة من مصادر الطاقة المتجددة التي يتم استخدامها للحد من استخدام الوقود الأحفوري، حيث يتم إنتاج الطاقة الكهربائية والميكانيكية من خلال تحريك التوربينات بفعل الرياح في اتجاه معين، وتخزين الطاقة في البطاريات للاستخدام فيما بعد.
- المساعدة في الإبحار: تستخدم بعض شركات النقل البحري طاقة الرياح كوسيلة للنقل، ويتم ذلك عبر استخدام السفن في الشحن وصيد الأسماك، وتهدف هذه الشركات إلى تقليل استهلاك الوقود في الرحلات الطويلة وتقليل التكاليف المالية الخاصة بالوقود.
- ممارسة الرياضة: هناك العديد من الأنشطة التي تعتمد بشكل كامل على طاقة الرياح، مثل رياضة الإبحار الأرضي وركوب 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
تمتلك طاقة الرياح العديد من المزايا، فهي تعد من مصادر الطاقة البديلة والمتجددة المتوفرة باستمرار، كما أنها تعتبر الأسرع في النمو، وتستخدم في العديد من المجالات لمواجهة العديد من العقبات، ويمكن عرض مميزات طاقة الرياح على النحو التالي:
- مصدر وقود نظيف: تُعَدُّ الطاقة النظيفة التي نُنتجها من التوربينات من صنع الله عز وجل، حيث لا تعتمد على احتراق الوقود، سواء كان ذلك فحمًا أو غازًا طبيعيًا أو نفطًا، الأمر الذي يتسبب في إطلاق العديد من الجسيمات والأكاسيد النيتروجينية وثاني أكسيد الكبريت الذي يسبب العديد من المشكلات الصحية، وبالإضافة إلى ذلك، فإن التوربينات لا تسبب أي تلوث.
- طاقة الرياح فعالة من حيث التكلفة: يُعَدُّ إنتاج الكهرباء من الرياح من أقل المصادر التكلفة المتاحة، حيث تتكلف بمعدل 1 إلى 2 سنت لكل كيلوواط / ساعة بعد خصم الضرائب، وذلك لأن الكهرباء التي يتم إنتاجها من الرياح تكون بسعر موحد على فترة زمنية معينة، كما أن الوقود مجاني.
- يمكن بناء توربينات الرياح في المزارع: يعتبر هذا الأمر مهمًا جدًا ويمكن استخدامه بشكل كبير في المناطق الريفية، حيث يمكن للمزارعين الاستمرار في العمل في الأرض وعدم تركها، حيث يتم استخدام التوربينات في جزء صغير فقط من الأرض.
- طاقة الرياح مستدامة: الرياح هي شكل من أشكال الطاقة الشمسية المتجددة، ويمكن إنتاجها عن طريق تسخين الغلاف الجوي من قبل الشمس وعدم انتظام سطح الأرض ودورانها، وهذا يشير إلى وجود الرياح طالما توجد الشمس.
- تكاليف تشغيل منخفضة: تكلفة التوربيات التي يتم تشغيلها على البر أقل من تكلفة التوربينات التي يتم تشغيلها في البحر، ولكنها تتمتع بكفاءة أعلى.
عيوب طاقة الرياح
على الرغم من وجود العديد من المزايا التي لا تحصى من طاقة الرياح، إلا أن هناك بعض العيوب والسلبيات التي يمكن أن تظهر، ومن بينها:
- المصدر غير موثوق به، حيث قد لا تهب الرياح في بعض الأوقات، وتعرض بعض التوربينات للتلف عند حدوث البرق أو العواصف الشديدة.
- يشكل تهديدًا للحياة البرية حيث يمكن لمعظم الحيوانات الطائرة في الجو أن تتأثر بالريش الموجودة في التوربينات.
- قد تسبب ضوضاء وتلوث بصري
- تزيد تكلفتها في بعض الأحيان وتتطلب صيانة دورية.
- تستهلك محطات طاقة الرياح العديد من الأراضي التي يمكن استخدامها بطرق أخرى، وتحقق هذه الأراضي أرباحًا أفضل من نتائج محطات الطاقة الريحية.
خاتمة بحث طاقة الرياح
يجب استغلال طاقة الرياح بشكل كبير لمزاياها العديدة، حيث تُعد طاقة متجددة ويمكن استخدام التوربينات لتحويلها إلى طاقة قابلة للاستخدام في التحديات المختلفة، وتوليد الكهرباء بدلاً من الاعتماد على الوقود الأحفوري. كما أن طاقة الرياح نظيفة ولا تسبب تلوثًا للجو أو البيئة بشكل عام، لذلك يجب استغلالها بشكل واسع.
