خصائص مصادر طاقة الرياح الشمسية. أنواع محطات طاقة الرياح. الحقائق والمفاهيم الخاطئة

18.05.2019

طاقة الرياح هي شكل من أشكال الطاقة الشمسية. تظهر الرياح بسبب ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي بفعل الشمس ، وعدم انتظام سطح الأرض ودوران الأرض. يختلف اتجاه تدفقات الرياح تبعًا لتضاريس سطح الأرض ووجود المسطحات المائية والغطاء النباتي.
تستخدم مولدات الرياح حركة الهواء هذه وتحولها إلى طاقة ميكانيكية ثم إلى كهرباء. ستتطرق هذه المقالة بإيجاز إلى مسألة كيفية القيام بذلك كيف تعمل توربينات الرياحوكذلك أسئلة حول مزايا وعيوب طاقة الرياح.

بدأ البشر في استخدام طاقة الرياح منذ قرون ، عندما بدا أن طواحين الهواء تضخ المياه أو تطحن الحبوب أو تؤدي وظائف أخرى. تعد توربينات الرياح اليوم نسخة متطورة للغاية من طاحونة الهواء. تحتوي معظم توربينات الرياح على ثلاث شفرات متصلة بأعلى برج فولاذي - صاري. يمكن للمولد الغربي الذي يبلغ ارتفاعه 25 مترًا توفير الكهرباء لمبنى سكني يمكن لتوربينات الرياح التي يبلغ ارتفاعها 80 مترًا أن توفر الكهرباء لمئات المنازل.

عندما تمر الرياح عبر التوربين ، تبدأ الشفرات بالدوران بسبب الطاقة الحركية للرياح. هذا يقود العمود الداخلي ، المتصل بعلبة تروس تزيد من سرعة الدوران ومتصلة بمولد يولد الكهرباء. في أغلب الأحيان ، تتكون توربينات الرياح من سارية مجوفة من الصلب ، يمكن أن يصل ارتفاعها إلى 100 متر ، ودوار توربيني ، وشفرات ، ومحور مولد ، وعلبة تروس ، ومولد ، وعاكس وبطارية. في كثير من الأحيان ، تكون توربينات الرياح مجهزة بمعدات تقييم وتوجيه أوتوماتيكي في اتجاه الريح ، ويمكنها أيضًا تغيير زاوية أو "ميل" الشفرات لتحسين استخدام الطاقة.

أنواع توربينات الرياح

تنقسم توربينات الرياح الحديثة إلى مجموعتين رئيسيتين ؛

بمحور دوران أفقي ، كما هو الحال في طواحين الهواء التقليدية المستخدمة في ضخ المياه ؛
مع محور دوران عمودي ، هذه هي تصميمات الدوار والشفرة بواسطة Darrieus.

تحتوي معظم توربينات الرياح الحديثة على محور أفقي لدوران التوربين.

تتكون عادة من:

صواريأجوف من الداخل ، مصنوعة من المعدن أو الخرسانة ؛
الجندولالذي يتم توصيله بأعلى الصاري ويحتوي على الأعمدة وعلبة التروس والمولد ووحدة التحكم والفرامل ؛
الدوار، والتي تشمل الشفرات والمحور ؛
رمح سرعة منخفضةالذي يحركه الدوار ؛
رمح عالي السرعةوهو متصل بالمولد ؛
مخفضالذي يربط ميكانيكيًا العمود منخفض السرعة وعالي السرعة ، مما يزيد من سرعة دوران الأخير ؛
مولد كهرباءالذي يولد الكهرباء
مراقبالتي تتحكم في تشغيل توربينات الرياح ؛
ريشة الطقس، الذي يحدد اتجاه الرياح ويوجه التوربين في الاتجاه المطلوب ؛
مقياس شدة الريح، والتي تحدد سرعة الرياح وتنقل البيانات إلى وحدة التحكم ؛
الفرامللإيقاف الدوار في المواقف الحرجة.

مزايا وعيوب طاقة الرياح

مصدر طاقة متجددة

طاقة الرياح هي مورد متجدد ومتوفر بشكل عام ، لذا بغض النظر عن مقدار استخدامها اليوم ، فإنها ستظل متاحة في المستقبل. تعد طاقة الرياح أيضًا مصدرًا للكهرباء النظيفة نسبيًا - حيث لا تنبعث من مزارع الرياح ملوثات الهواء أو غازات الدفيئة.

سعر

على الرغم من انخفاض تكلفة طاقة الرياح بشكل كبير خلال السنوات العشر الماضية ، إلا أن استخدامها يتطلب استثمارًا مقدمًا أعلى من شراء مولدات تعمل بالوقود الأحفوري. حوالي 80٪ من التكلفة عبارة عن معدات ، مع تجهيز الموقع وتركيبه. ومع ذلك ، عند مقارنة عمر توربينات الرياح مقابل محطة الوقود الأحفوري ، تصبح توربينات الرياح أكثر قدرة على المنافسة لأنها لا تتطلب شراء الوقود ويتم تقليل تكاليف التشغيل إلى الحد الأدنى.

تأثير على البيئة

على الرغم من أن مزارع الرياح ليس لها نفس التأثير على البيئة مثل محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري ، إلا أنها لا تزال تطرح بعض المشاكل. تخلق شفراتها ضوضاء ، ويمكن أن تفسد المناظر الطبيعية بصريًا ، وتتحطم الطيور والخفافيش حولها. تتم معالجة معظم هذه المشكلات بدرجة أو بأخرى من خلال التقنيات المختلفة ومواقع محطات الطاقة الذكية.

مشاكل أخرى مرتبطة بتوربينات الرياح

المشكلة الرئيسية المرتبطة باستخدام طاقة الرياح هي أن الرياح لا تهب دائمًا عند الحاجة إلى الكهرباء ، وفي بعض المناطق تهب الرياح بشكل ضعيف جدًا ، لذلك ليس من المربح استخدام مولدات الرياح هناك. لا يمكن تخزين الرياح مثل البنزين (على الرغم من أنه يمكن تخزين الكهرباء المتولدة من الرياح باستخدام بطاريات قابلة لإعادة الشحن). غالبًا ما تكون المناطق ذات الرياح القوية غير مناسبة جدًا للاستقرار. أخيرًا ، يمكن أن تشكل توربينات الرياح تحديات أمام طرق أخرى لاستغلال الأرض. يمكن أن تتداخل توربينات الرياح مع الرعي أو تشغل مساحة للمحاصيل.

(شوهد 11 671 | شاهد اليوم 7)

الطاقة الشمسية هي مستقبلنا
انخفضت تكلفة الألواح الشمسية 100 مرة على مدى السنوات الـ 35 الماضية محطات الطاقة النووية العالمية. توليد الطاقة النووية اعتبارًا من 2014

مع انخفاض كمية المعادن ، تحول الناس إلى أنواع أخرى من مصادر الطاقة. تستمر محطات الطاقة النووية ، على الرغم من كفاءتها العالية ، في تخويف الناس بالتلوث البيئي. ما زالت تشيرنوبيل وفوكوشيما على شفاههما. ليس من المستغرب أن تهتم البشرية بمصادر الطاقة الطبيعية - الشمس والرياح والحرارة. تتطور طاقة الرياح اليوم على قدم وساق.

يصادف المزيد والمزيد من الناس هذه المصادر ويستخدمونها في الحياة اليومية. على الرغم من أن طاقة الرياح هي تقنية جديدة ، فقد تراكمت بالفعل حولها العديد من الأساطير. ينتمي معظمهم إلى التقنيات القديمة ، ويتم توزيعهم من قبل العديد من معارضي التقدم. سنخبر أدناه المفاهيم الخاطئة الرئيسية المرتبطة بهذا الاتجاه للطاقة.

توربينات الرياح صاخبة جدًا.وفقًا لهذه الأسطورة ، لا يمكن لأي شخص البقاء بالقرب من توربينات الرياح الصاخبة لفترة طويلة. ومع ذلك ، فهي هادئة جدا. على مسافة 250-300 متر من مزرعة رياح ، لا تتجاوز الضوضاء الصادرة عن تشغيلها جهارة الثلاجة المنزلية العادية. عندما تعمل التوربينات ، يكون الصوت مشابهًا لصافرة طفيفة ، فهو أهدأ بكثير من التركيبات الحديثة الأخرى. حتى في المناطق ذات الكثافة السكانية المنخفضة والريفية ، حيث لا يمكن للضوضاء المحيطة أن تخفي تشغيل توربينات الرياح ، يكون صوت الرياح نفسه أقوى. ومع ذلك ، يجدر تذكر الاستثناء. لذا ، فإن الوحدات القديمة التي يزيد عمرها عن 20 عامًا صاخبة. والتوربينات الحديثة التي تقع على ارتفاعات لا يمكن أن تسمى "هادئة". نتيجة لذلك ، في المناطق الجبلية حيث توجد المساكن على منحدرات أو منخفضات في اتجاه الرياح من التوربينات ، يمكن للصوت أن ينتقل أكثر ويكون ملحوظًا بشكل أكبر. ومع ذلك ، لحل هذا التأثير ، من الضروري فقط مراعاة موقع المنازل المجاورة عند تصميم محطة طاقة جديدة ، والابتعاد عنها على مسافة مناسبة. تم تصميم نفس الآلات التي يتم إنتاجها اليوم في الأصل بحيث تكون المكونات الميكانيكية هادئة قدر الإمكان. يحاول المصممون الاحتفاظ بأقل ضوضاء من الرياح تلامس مع ريش الدوار.

ستكون المنازل الأقرب إلى المحطة في منطقة "وميض الظل".يشير وميض الظل إلى العملية التي تحدث عندما تدور ريش التوربينات بين الشمس والمراقب. هذا يخلق ظل متحرك. ومع ذلك ، لا يمثل الظل الخفقان مشكلة على الإطلاق للمنازل القريبة من محطة توليد الكهرباء. وحيث يكون ذلك ممكنًا من حيث المبدأ ، عادة ما يتم حل المشكلات بسهولة حتى في مرحلة تصميم محطة الطاقة. في بعض الأحيان ، يمكن للظل الخفقان أن يزعج أولئك الذين يقرؤون في الجوار أو يشاهدون التلفزيون. ولكن يمكن حساب مثل هذا التأثير بسهولة عن طريق تحديد عدد الساعات التي سيحدث فيها هذا بالضبط في السنة. سيساعدك هذا في تحديد المشكلة بسهولة. من ناحية أخرى ، تقدم الدولة عددًا من الحلول للتخفيف من عواقب التأثير. أبسط شيء هو تخطيط موقع المحطة ونقلها بعيدًا عن المنازل ، وهناك طريقة أخرى تتمثل في زراعة الأشجار.

تتداخل التوربينات مع الإشارات التلفزيونية والاتصالات الأخرى.نادرا ما تسبب التوربينات تداخلا ، وحتى مع ذلك يمكن تجنبها. لا يمكن أن تتداخل توربينات الرياح الكبيرة على الأرض مع التلفزيون أو الراديو إلا إذا كانت في نطاق الرؤية. في طاقة الرياح الحديثة ، يتم استخدام طرق مختلفة لحل هذه المشكلة. يمكنك تحسين هوائي جهاز الاستقبال أو تثبيت مكرر يرسل إشارة تتجاوز المنطقة التي توجد بها توربينات الرياح.

مظهر التوربينات قبيح نوعًا ما.الجمال مفهوم شخصي إلى حد ما. بالنسبة للكثيرين ، فإن مظهر التوربينات مهيب. يمتلك مطورو خطط مزارع الرياح أدوات نمذجة حاسوبية يمكنها إظهار نظرتها الافتراضية بصريًا من زوايا مختلفة. ونتيجة لذلك ، فإن التصميم الدقيق للمحطة عادة ما يحل مشاكل المظهر القبيح.

مزارع الرياح قليلة الفائدة للسكان المحليين ؛ فممتلكاتهم تتضاءل فقط من حيث القيمة.لا يوجد دليل على انخفاض أسعار العقارات عند وجود مزرعة رياح تجارية قريبة. في عام 2003 ، أجريت دراسة وطنية في أمريكا نظرت على وجه التحديد في أسعار العقارات الواقعة بالقرب من مزرعة الرياح. اتضح أن وجود مثل هذا الكائن لا يؤثر بأي شكل من الأشكال على تكلفة المنازل ، بل يزيدها في بعض الحالات.

مزارع الرياح تضر السياحة.لم يتم العثور على مثل هذه الأدلة الموثقة. في بعض الأحيان تجذب توربينات الرياح الضيوف إلى هذه المنطقة. ستعمل السلطات المحلية بعد ذلك مع موظفي المحطة لتركيب لوحات الإعلانات واللافتات الخاصة. يمكن للسياح عند المدخل أو على الطرق المجاورة أن يفهموا بالضبط مكان وجود هذه المحطة غير العادية. أظهرت الدراسات أنه بالنسبة لمعظم السياح ، لا يعد وجود توربينات الرياح في المنطقة سببًا لإلغاء الرحلة. على سبيل المثال ، في بالم سبرينغز ، كاليفورنيا ، تم تركيب آلاف التوربينات. لم يخيفوا السياح فحسب ، بل جذبوهم أيضًا. يقدم المرشدون هنا جولات خاصة بالحافلات لزيارة مزارع الرياح.

توربينات الرياح خطرة ، لأن الجليد يمكن أن يقطع الريش مما يشكل خطورة على حياة الإنسان.في بعض الأحيان قد يتساقط الجليد بالفعل ، لكن هذا لا يشكل أي خطر. إن إزالة مزارع الرياح من أماكن الإقامة الدائمة ، والتي عادة ما تكون موجودة لتقليل المؤثرات الصوتية ، كافية لضمان السلامة بسبب الجليد المتساقط. والجليد الكبير على الشفرات أمر مستحيل بكل بساطة. بعد كل شيء ، يؤدي إلى انخفاض في سرعة دوران الشفرات. نتيجة لذلك ، سيتم تعطيل التوربين بواسطة نظام التحكم الخاص به.

في بعض الأحيان يتم إلقاء الشفرات من التوربينات ، ويتم تدمير مزارع الرياح.توربينات الرياح آمنة للغاية اليوم. هذا يسمح لهم بوضعهم حتى بالقرب من مؤسسات الأطفال ، في المناطق الريفية والحضرية والمكتظة بالسكان. في السابق ، كان هناك بالفعل انهيار للشفرات ، لكن تصميم التوربينات اليوم قد تم بالفعل تحسينه تقنيًا. جميع محركات الرياح معتمدة وفقًا للمعايير الدولية. على سبيل المثال ، تشمل المعايير التي طورها Germanischer Lloyd و Det Norske Veritas معايير درجات متفاوتة لمقاومة الأعاصير. اليوم ، تم بالفعل تركيب الآلاف من توربينات الرياح في جميع أنحاء أوروبا وأمريكا. جميعهم يتوافقون مع أعلى معايير السلامة ، والتي تضمن تشغيلهم الموثوق.

توربينات الرياح خطرة على الطبيعة وتقتل العديد من الطيور والخفافيش.إن تأثير نمو طاقة الرياح وانتشارها إلى الطيور مبالغ فيه إلى حد كبير. إنه أقل بكثير من الأنشطة البشرية العادية الأخرى. حتى أي تطوير محتمل لطاقة الرياح لن يكون له أي تأثير على الطيور. بعد كل شيء ، فإن عدد الوفيات من منشآت من هذا النوع ليس سوى جزء صغير من الحجم الكلي "للعامل البشري". تموت الطيور من المباني الشاهقة والقطط المنزلية والطائرات والبناء والحوادث البيئية. في الوقت نفسه ، تحظى مشكلة موت الطيور بسبب مزارع الرياح باهتمام خاص. على سبيل المثال ، في أحد أقدم المواقع من هذا النوع في ألتامونت باس ، كاليفورنيا ، كان موت الطيور الجارحة مشكلة طويلة الأمد منذ الثمانينيات. يعمل موظفو هذه المحطة باستمرار مع السلطات وخبراء الحفاظ على الطبيعة لتقليل التأثير الخطير على الطيور. منذ عام 2003 ، بدأت الدراسات حول تأثيرات توربينات الرياح على الخفافيش. بعد كل شيء ، جذب موت هذه الثدييات في ولاية فرجينيا الغربية في نفس العام انتباه العلماء والجمهور. رداً على ذلك ، لا يزال المختبر الوطني للطاقة المتجددة ، جنبًا إلى جنب مع مجتمع الحفاظ على الخفافيش ، يجرون أبحاثًا حول العلاقة بين تشغيل المصنع وموت هذه الحيوانات. تم تصميم هذه الدراسات لتقليل معدل الوفيات ، ويتم نشر نتائج العمل باستمرار. على الرغم من أن تأثير طاقة الرياح على الطيور والفئران ضئيل ، إلا أن الصناعيين جادون بشأن التفاعلات المحتملة مع الكائنات الحية. بالإضافة إلى الدراسات الميدانية العامة ، يتم إجراء دراسات إضافية حول التأثيرات على الطيور قبل البناء. لقد أصبح بالفعل ممارسة مقبولة بشكل عام للتحقيق في التأثير المحتمل على البيئة في مرحلة تصميم المصنع.

تنقسم مزارع الرياح إلى أجزاء من موطن الحيوانات البرية.عادة ، يتم بناء هذه المحطات بالقرب من خطوط الكهرباء. هنا ، موائل الحيوانات مجزأة بالفعل وتغيرت ، والسبب في ذلك هو تربية الماشية والزراعة المتطورة. تتطلب المحطة نفسها أرضًا صغيرة لإيواء التوربين نفسه والطريق المؤدي إليه وخطوط الطاقة. يمكن للأرض حول هذه الأشياء الاستمرار في استخدامها كالمعتاد. غالبًا ما توجد قطع الأراضي ذات خصائص الرياح المناسبة في الأراضي غير المطورة. إذن ، يمكن أن يكون تجزئة الموائل مصدر قلق بالفعل. بعد كل شيء ، المروج والغابات لا تزال سليمة. تدعم الصناعة بقوة استكشاف هذه المواقع من أجل فهم أفضل للتأثير المحتمل عليها. من الضروري مقارنة التأثير المحتمل مع ما قد يحدث في غياب مصادر الطاقة المتجددة. بعد كل شيء ، هذا محفوف بالاحتباس الحراري وإطلاق الملوثات.

توربينات الرياح غير موثوقة ومكلفة ولا يمكن أن تكون المصدر الوحيد للطاقة.تصميم الشبكة لا يتطلب لكل ميغاواط تنتجها مزرعة الرياح لتوليد نفس الكمية من الطاقة من مصادر أخرى. لا يمكن أن تكون أي محطة موثوقة بنسبة 100٪ ، مما جعل الشبكة بها مصادر أكثر مما هو مطلوب في نفس الوقت. تم تصميم هذا النظام المعقد خصيصًا للاستجابة بشكل أفضل للانقطاعات المحتملة في تشغيل أحد المصادر أو إدراج المستهلكين الصناعيين ذوي الاستهلاك العالي. بهذه الطريقة ، هناك عدد غير قليل من المتغيرات في شبكة الطاقة التي يأخذها المشغل في الاعتبار. تعد تنوع توربينات الرياح مجرد عامل واحد في تشغيل الشبكة بأكملها. هل توجد بشكل عام مصادر موثوقة للغاية للكهرباء؟ لذلك ، تم إغلاق حتى المفاعلات النووية ومحطات الطاقة التي تعمل بالفحم مع تحذير قبل ذلك بوقت قصير ، من أجل إجراء الصيانة أو الإصلاحات الطارئة. لكن بعد كل شيء ، لا أحد يسعى إلى تكرار محطات الطاقة النووية أو الحرارية بنفس المنشآت القوية. الحقيقة هي أن طاقة الرياح يمكن الاعتماد عليها بشكل طبيعي. بعد كل شيء ، يتم بناء المحطات في المناطق التي تهب فيها الرياح ، حيث يمكن التنبؤ بنماذج الحركة الجوية الموسمية. على عكس المصانع القياسية ، لا تحتاج مزارع الرياح إلى الإغلاق الكامل في حالة التعطل أو الصيانة. إذا كان التوربين معيبًا ، فيمكن إصلاحه دون فصل باقي الوحدات عن الشبكة.

تعمل توربينات الرياح فقط لجزء بسيط من الوقت.وتبين أن مثل هذه التركيبات تنتج الكهرباء في معظم اليوم ، 65-80٪. بطبيعة الحال ، تتغير طاقة الخرج من وقت لآخر. لكن لا يمكن توفير 100٪ من سعتها باستمرار من خلال أي محطة طاقة. يتم إغلاقها جميعًا في بعض الأحيان للإصلاحات والصيانة أو لتوليد طاقة أقل بسبب نقص الطلب الحالي على الكهرباء. يتم بناء مزارع الرياح في الأماكن التي تهب فيها الرياح معظم أيام السنة. لكن التقلبات في رياحها تؤدي إلى حقيقة أنه سيتم تنفيذ 10 ٪ فقط من الوقت لإنتاج الطاقة القصوى. ونتيجة لذلك ، سيكون متوسط إنتاج الكهرباء السنوي حوالي 30٪ من السعة الاسمية. بالنسبة للمحطات على المصادر غير المتجددة ، تتراوح هذه المعلمة من 0.4 إلى 0.8. في المجموع ، بالنسبة لروسيا في عام 2005 ، كان إجمالي عامل الاستخدام لسعات جميع المحطات 0.5.

توربينات الرياح غير فعالة.على العكس تمامًا ، فإن ميزة توربينات الرياح هي كفاءتها. إن أبسط طريقة لتحديد الأداء العام لتقنية ما هي من خلال الأداء العام. يتم تقدير كمية الطاقة المستهلكة للإنتاج. اتضح أن أوقات الاسترداد لمزارع الرياح تكافئ عمليًا تلك الخاصة بالمرافق التقليدية ، بل إنها في بعض الأحيان تتجاوزها. في الآونة الأخيرة ، أجرت جامعة ويسكونسن دراسة ووجدت أن متوسط استعادة الطاقة من مزارع الرياح في الغرب الأوسط هو 17-39 مرة (اعتمادًا على سرعة الرياح الحالية) أكثر استهلاكًا للطاقة. لكن بالنسبة لمحطات الطاقة النووية ، هذه المعلمة هي 16 ، بالنسبة للفحم - 11. وبمعنى أوسع ، ينبغي أن يقال عن كفاءة توربينات الرياح. بعد كل شيء ، يولدون الكهرباء من مصادر طبيعية لا تنضب. ومع ذلك ، لا توجد آثار اجتماعية أو بيئية. لا يحتاج الوقود للتعدين ولا النقل ولا يوجد تلوث بيئي. لا توجد مشكلة في النفايات ، والتي تحتاج أيضًا إلى النقل والتخزين في مكان ما. لا تؤدي مزارع الرياح إلى تفاقم تأثير الاحتباس الحراري ، وهو أمر نموذجي بالنسبة لمحطات الطاقة الشمسية.

طاقة الرياح باهظة الثمن.توفر طاقة الرياح اليوم الكهرباء بنفس تكلفة المحطات الجديدة التي تستخدم الوقود التقليدي. إن التكاليف الرأسمالية لتوربينات الرياح أعلى بالفعل من مصادر الطاقة التقليدية مثل الغاز. ولكن في الوقت نفسه ، لا توجد تكاليف للوقود ، والتكاليف العادية الأخرى (تكلفة العمل ، الصيانة) لهذا الاتجاه للطاقة هي في نهاية المطاف تنافسية فيما يتعلق بالمصادر الأخرى. خلص المحللون إلى أن طاقة الرياح تؤدي إلى انخفاض القيمة السوقية الإجمالية للكهرباء. في الواقع ، على مدى الثلاثين عامًا الماضية في أوروبا ، نمت قدرة التوربينات من هذا النوع 300 مرة تقريبًا ، وخلال هذه الفترة انخفضت تكلفة الإنتاج بنسبة 80٪. كل 5٪ جديدة من السوق تُمنح لطاقة الرياح يمكن أن تقلل من تكلفة الكهرباء بنسبة 1٪. على مدى السنوات الخمس الماضية ، وفرت طاقة الرياح في الاتحاد الأوروبي 33 فرصة عمل يوميًا. ينمو هذا السوق باستمرار ، فقط في روسيا في عام 2013 سيصل إلى 3.1 مليار يورو ، وفي عام 2015 - 7 مليار يورو.

تتطلب طاقة الرياح إعانات ، على عكس التقليدية.قام محللون في وكالة الطاقة الدولية بتقييم دعم الطاقة في أوروبا. اتضح أنه في 15 دولة من دول المجموعة الاقتصادية الأوروبية تم تخصيص ما مجموعه 29 مليار يورو ، منها 19٪ فقط انخفضت على طاقة الرياح. يشير هذا المؤشر إلى أن هذا الاتجاه كان معادلاً ببساطة في الحقوق مع تقنيات إنتاج الطاقة التقليدية.

توربينات الرياح غير مناسبة للشبكة العامة ، وتعمل فقط في الأنظمة المستقلة الصغيرة.لكي يبدأ نظام الطاقة بأكمله في الاعتماد على الناتج غير المستقر للطاقة من محطات طاقة الرياح ، من الضروري أن تكون حصتها حوالي 20-25 ٪ من إجمالي الطاقة. على سبيل المثال ، في روسيا ، مع المؤشرات والمعدلات الحالية ، لا يمكن تحقيق هذه النسبة قبل 50 عامًا.

في ميزان الطاقة العالمي ، حصة طاقة الرياح ضئيلة.في عام 2010 بلغت كمية الطاقة التي تنتجها مصانع من هذا النوع 2.5٪ من الحجم الإجمالي. تعتبر طاقة الرياح ذات قيمة عالية ، على سبيل المثال ، في الدنمارك يتم بالفعل توليد 20٪ من الكهرباء بهذه الطريقة ، وفي ألمانيا - 8٪. تم الإعلان عن خطط التنمية لهذه المنطقة من قبل الصين والهند واليابان وفرنسا. تشير وتيرة تطوير طاقة الرياح إلى أنه بحلول عام 2020 ستكون حصة هذه الصناعة 10٪ من الإجمالي.

طاقة الرياح نفسها غير مستقرة ولا يمكن التنبؤ بها مثل الأنواع الأخرى.يتم توفير الطاقة بشكل غير مستقر ، مما يتطلب حفظها وتراكمها بشكل مستمر. هناك خيارات لحل مشاكل عدم الاستقرار هذا. اليوم ، وبدقة تصل إلى 95٪ ، يتم إجراء التنبؤات بإنتاج الطاقة لكل ساعة خلال اليوم. يعمل معدل الجدولة العالي هذا على تحسين أداء المصنع وموثوقيته. لتقييم استقرار هذا النوع من نظام المحطات ، أنشأ فريق من العلماء من جامعتي ديلاوير وستوني بروك نظامًا افتراضيًا للأشياء. كانوا موجودين على طول الساحل الشرقي للولايات المتحدة على مسافة من الساحل. اتضح أن مثل هذا النظام يمكن أن يكون بمثابة مصدر موثوق للطاقة. على الرغم من أن مزارع الرياح لديها إمكانات عالية ، إلا أن تغير الطقس لا يزال من الممكن أن يقلل من إمكاناتها. يقترح العلماء الاتحاد في شبكة واحدة لمجموعات من مولدات الرياح بعيدة عن بعضها البعض من أجل التخفيف من تقلبات الرياح في المناطق. ومع ذلك ، لم يتم إجراء حسابات دقيقة بعد. في سياق الدراسة ، تم أخذ البيانات التي تم الحصول عليها من 11 محطة أرصاد جوية آلية على مدى 5 سنوات في الاعتبار. كانت تقع على بعد 2500 كيلومتر بين فلوريدا وماين. اتضح أنه خلال هذا الوقت ، بشرط دمج المحطات في شبكة واحدة ، لن يتوقف تدفق الكهرباء تمامًا. لن تتقلب قوة النظام بأكمله بقدر تقلب قوة وحدة واحدة. إذا كان يمكن أن يتغير بنسبة 50٪ في ساعة واحدة ، فإن القفزة بالنسبة للشبكة بأكملها ، من حيث المبدأ ، لا يمكن أن تتجاوز 10٪ في الساعة. خلص المشاركون في الدراسة إلى أن مصدر الطاقة "غير المستقر" هذا يمكن الاعتماد عليه تمامًا عند التعامل معه بشكل صحيح.

مولد الرياح هو جهاز لتحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة ميكانيكية ، ثم إلى طاقة كهربائية. وبحسب كمية الكهرباء المولدة ، تنقسم هذه الأجهزة إلى كبيرة ، بسعة تزيد عن 100 كيلوواط ، وصغيرة ، بسعة أقل من 100 كيلوواط.

تستخدم المزارع الكبيرة ، التي تصل سعتها إلى عدة ميغاوات ، كعناصر مفردة لمزارع الرياح ، والتي تنقل الطاقة إلى شبكات الطاقة الرئيسية لعدد كبير من المستهلكين. تقع مزارع الرياح على شواطئ البحار ، والمسطحات المائية الكبيرة وفي المناطق الصحراوية. السمة الإلزامية لنشرها هي البنية التحتية لنقل الطاقة في خطوط الكهرباء.

وجدت بعض مولدات الرياح الصغيرة ، التي ستتم مناقشتها في هذه المقالة ، تطبيقًا لإمداد الطاقة للمنازل الخاصة والأشياء المستقلة لأغراض مختلفة - أبراج الاتصالات السلكية واللاسلكية وإضاءة الشوارع وعناصر أنظمة التحكم في حركة المرور. يتم تثبيتها بجانب الجسم وغالبًا ما يتم استكمالها إما بمولد ديزل.

مبدأ التشغيل

يتكون مولد الرياح من عدة أجهزة:

مبدأ تشغيل الجهاز هو أن رأس (ضغط) الرياح يقوم بتدوير عجلة الرياح ، والتي تنقل الدوران إلى دوار المولد. يثير دوار المولد تيارًا متناوبًا في لفات الجزء الثابت للمولد ، والذي يتم تغذيته بوحدة التحكم. تقوم وحدة التحكم بتحويل هذا التيار إلى تيار مباشر وشحن البطارية به.

يتلقى جميع المستهلكين الطاقة من البطارية من خلال عاكس (220 فولت) أو مباشرة (12 ، 24 ، 48 فولت - حسب عدد البطاريات). لا تنتقل طاقة توربينات الرياح مباشرة إلى المستهلكين ، وهو ما يرتبط بعدم استقرار معلمات التيار الذي يستقبله.

أنواع مزارع الرياح

هناك المعايير التالية لتصنيف مزارع الرياح:

عدد الشفرات.تسمى توربينات الرياح ذات الشفرات الأربع بحد أقصى ذات ريش منخفضة وعالية السرعة. مع عدد من الشفرات من 4 أو أكثر ، متعددة الشفرات وبطيئة الحركة. يرجع التقسيم وفقًا لهذا المعيار إلى حقيقة أنه كلما قل عدد الشفرات ، كلما تساوت الأشياء الأخرى ، فإن توربينات الرياح لديها عدد أكبر من الثورات.
القوة المصنفة.المعيار تعسفي إلى حد ما ، ولكن يتم تطبيق التدرج التالي: ما يصل إلى 15 كيلو واط منزلي (للمنازل الخاصة ، المحمولة) ، 15-100 كيلو واط شبه الصناعية (للمزارع الصغيرة ، والمتاجر ، ومحطات الضخ) ، 100 كيلوواط - وحدات صناعية ميجاوات - مصممة لتوليد الطاقة يستهلكها عدد كبير من المستهلكين.
اتجاه محور الدوران. يعتبر هذا المعيار أبسط ، حيث يؤثر على الخصائص الرئيسية لتوربينات الرياح:
- مع محور دوران أفقي. غالبًا ما تكون ذات شفرتين أو ثلاث شفرات عالية السرعة. تشمل مزايا هذه الأجهزة: السرعة ، مما يعني وجود مولد أبسط ؛ الاستخدام العالي لطاقة الرياح ، ونتيجة لذلك ، كفاءة أعلى ؛ بساطة التصميم. تشمل العيوب: مستوى ضوضاء مرتفع ، والحاجة إلى سارية عالية للتركيب.
- مع محور دوران عمودي. هناك العديد من أنواع التصاميم المعروفة - مولدات الرياح Savonius ، دوارات Darrieus ، الدوار الحلزوني ، مولدات الرياح متعددة الشفرات. في رأي مؤلف المقال ، فإن مزايا كل هذه الإنشاءات مشكوك فيها للغاية. تتميز هذه الأجهزة بتصميم معقد ، وتتطلب مولدًا معقدًا ، ولها معدل استخدام منخفض لطاقة الرياح (0.18-0.2 مقابل 0.42 للأفقية). تشمل المزايا مستوى ضوضاء منخفض ، والقدرة على التثبيت على ارتفاع منخفض.

مسألة اختيار

عند اختيار جهاز ما ، عليك الإجابة على الأسئلة التالية:

الطاقة المطلوبة بالكيلوواط.مطلوب لتقدير إجمالي الاستهلاك شهريًا ومن خلال هذا المعيار لاختيار محطة توليد الكهرباء ؛
معدات الشركة المصنعة.من الضروري أن تكون المنتجات معتمدة للاستخدام على أراضي الاتحاد الروسي ، ثم يمكنك التأكد من أن خصائص الجهاز تتوافق مع المعايير الوطنية للضوضاء والتداخل الكهرومغناطيسي. انتبه إلى فترة الضمان وعمر خدمة الجهاز ، حيث يجب ألا تقل عن 15 عامًا. تعرف على إصلاحات الخدمة والضمان لمعداتك. لن يكون من الضروري معرفة آراء المستخدمين الآخرين حول الشركة المصنعة والبائع.
المكان المطلوب لتركيب توربينات الرياح.انطلق من إمكانياتك الحقيقية. إذا كان من الممكن تثبيت سارية عالية بنوع أفقي من الأجهزة ، فامنحها الأفضلية. إذا لم يكن الأمر كذلك ، ففكر في تصميم محور عمودي.
سعر.ما هو أكثر تكلفة ليس دائما أفضل. هنا ، كما هو الحال في أي مكان آخر ، يمكنك دفع مبالغ زائدة مقابل علامة تجارية أو مقابل فرص غير ضرورية تمامًا بالنسبة لك. كن واضحًا بشأن متطلبات جهازك ، ولا تطلب مكونات غير ضرورية.

إذا كان من الممكن تثبيت سارية عالية بنوع أفقي من الأجهزة ، فامنحها الأفضلية

التركيب

عند التثبيت ، يجب أن نتذكر أنه لا يوجد حظر في الاتحاد الروسي على تركيب محطات طاقة الرياح بسعة أقل من 75 كيلوواط ولا تخضع للضرائب. ولكن لا يزال من المفيد التعرف على اللوائح الخاصة بتركيب واستخدام هذه الأجهزة لكل منطقة محددة.

ما يجب الانتباه إليه:

ارتفاع تركيب الصاري المسموح به ؛
وجود خطوط كهرباء بالقرب من موقع التركيب المقترح ؛
مستوى الضوضاء المسموح به بالديسيبل ؛
التدخل في الهواء من محطة طاقة عاملة.

يتم تنظيم الارتفاع المسموح به من خلال اللوائح المحلية ، ولكن لا يمكنك وضع الصاري بالقرب من خطوط الكهرباء.

بالنسبة للنقطتين الأخيرتين ، من الضروري أخذ البيانات من الخصائص التقنية لمحطة الطاقة. بالنسبة للموردين والمصنعين المعتمدين في الاتحاد الروسي ، تتوافق هذه الخصائص مع التشريعات المحلية.

إنها خطوة جيدة للحصول على موافقة للتثبيت من الجيران والمنظمة التي تخدم المنطقة ، إن وجدت. يجب الحصول على الموافقة كتابة.

بعد تسوية جميع الإجراءات الشكلية ، من الضروري تحديد الموقع المحدد لتركيب الصاري. وتجدر الإشارة إلى أن الكفاءة ستكون أعلى إذا لم تكن هناك أشجار ، ومنازل شاهقة قريبة والصاري على ارتفاع. يجب اختيار موقع التركيب بحيث لا تكون المباني والأشجار المجاورة أمام الطاحونة الهوائية. سيكون من الخطأ أيضًا وضع الصاري على تل أمام منحدر.

قم بتركيب الصاري وفقًا لتعليمات الشركة الصانعة بدقة.إذا لزم الأمر ، يجب عليك إشراك متخصصين مؤهلين ومعدات خاصة.

سعر

هناك مزارع رياح متوفرة في السوق لمنزل بسعة من 0.4 كيلو واط إلى 75 كيلو واط لمختلف الشركات المصنعة. النطاق السعري للأجهزة التي لها نفس القوة كبير جدًا.

ضع في اعتبارك الجدول:

نموذج	الطاقة ، كيلوواط	السعر ، فرك
إي دي إس جروب كوندور هوم	0,5	89600
إي دي إس جروب كوندور هوم	3	195400
إي دي إس جروب كوندور هوم	5	285000
إي دي إس جروب كوندور إير	10	770000
إي دي إس جروب كوندور إير	30	1790000
إي دي إس جروب كوندور إير	50	2850000
LLC "Energospecservice"	1	94000
بكار	1	171800
هاي 400 لتر	0,4	66430
انرجوستوك	3	98000
انرجوستوك	5	220000
انرجوستوك	10	414000
انرجوستوك	30	961000
انرجوستوك	50	3107000

ماذا جرى؟والحقيقة هي أن الشركات المصنعة تشير غالبًا إلى سعر جزء فقط من مجموعة المعدات المطلوبة. ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، توربينات رياح بقدرة 2 كيلووات تبيعها شركة Energostok. يسرد موقع الويب سعر 57600 روبل ، لكن دعنا ننتقل إلى الوصف التفصيلي للبضائع.

وهناك ثمن مجموعة كاملة من المعدات: مولد الرياح ، جهاز التحكم ، العاكس ، البطارية ، الصاري. وسيبلغ سعر المجموعة الكاملة 176800 روبل. ومن هنا جاءت النتيجة - تأكد من التحقق من سعر المجموعة بأكملها!

كان متوسط أسعار مولدات الإنتاج الروسي والصيني كالتالي: 1 كيلوواط 100-120 ألف روبل ، 3 كيلوواط - 200 ألف روبل ، 5 كيلوواط - 300 ألف روبل ، 10 كيلوواط من نصف مليون ، والأجهزة القوية التي تبلغ 20 كيلوواط أو أكثر ستكلف أكثر من مليون روبل. إذا اشتريت معدات من مصنع غربي أو من الولايات المتحدة ، فسترتفع الأسعار بنسبة 20-30٪.

مزارع الرياح DIY

إذا كنت ستصنع مولدًا للرياح ، فعليك الانتباه إلى موارد الشبكة ، والتي تتضمن طريقتين: الأول هو تجميع جميع العناصر بيديك ، والثاني يتضمن شراء مواد جاهزة عناصر.

أكبر صعوبة عند التجميع هي تصنيع مروحة.ليس من السهل تصنيع شفرات لهيكل محوري أفقي بالخصائص الديناميكية الهوائية المطلوبة. هناك طريقتان للخروج: إما الدفع مقابل إنشاء ورشة عمل بالأدوات والخبرة اللازمة ، أو النظر نحو هيكل ذي محور دوران رأسي ، حيث يمكن صنع الشفرات من برميل عادي.

يمكن شراء المولد باستخدام محرك الغسالة أو المحرك الصناعي. هناك مجموعة كبيرة من المولدات والمكونات الجاهزة لتجميعها بناءً على المغناطيسات niodimum.

يعتبر تصنيع الصاري مرحلة حاسمة للغاية ، لأن سلامة الهيكل بأكمله تعتمد عليه. تحتاج إلى معالجتها بعناية ، وإسناد حسابات قوة الهيكل إلى أخصائي.

من الأفضل شراء وحدات التحكم والمحولات والبطاريات الجاهزة.

رسم تخطيطي لجهاز مزرعة الرياح للإنتاج الذاتي

تثبيت أم لا

عند تحديد جدوى تركيب مزرعة رياح ، تحتاج إلى الحصول على البيانات الأولية التالية:

خوارزمية تقييم العائد من توربينات الرياح هي كما يلي:

بناءً على خريطة الرياح والخصائص الفنية للجهاز ، حدد الطاقة المولدة لفصلي الصيف والشتاء أو شهريًا. على سبيل المثال ، بالنسبة للجهاز 2 kW المذكور أعلاه ، ستكون الطاقة المولدة بسرعة 5 م / ث 400 وات ؛
بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها ، حددالقدرة السنوية المتولدة ؛
بتكلفة كيلو وات ساعةتحديد سعر الكهرباء المولدة ؛
اقسم تكلفة مجموعة مولدات الرياحعلى الرقم الناتج وتحصل على مردود بالسنوات.

لتعديل الحساب ، ضع في اعتبارك:

البطاريات القابلة لإعادة الشحن سوف تضطر إلى ذلكتغيير مرة واحدة على الأقل كل ثلاث سنوات ؛
خدمة الحياة الحديثةمولد الرياح 20 سنة ؛
الجهاز يحتاج إلى خدمة.يجب التحقق من التكلفة وشروط الخدمة مع بائع المعدات ؛
تزداد تكلفة الكيلووات في الساعة كل عام ،على مدى السنوات العشر الماضية ، فقد تضاعف ثلاث مرات. بالنسبة لعام 2017 ، من المخطط زيادة التعريفات بنسبة 4٪ على الأقل ، بحيث يمكن للمرء أن ينطلق من هذا الرقم المتمثل في زيادة سعر الكهرباء.

إذا كانت أرقام الاسترداد التي تم الحصول عليها غير مرضية ، ولكنك ترغب في الحصول على مصدر بديل للطاقة أو لا ترغب في الاتصال بمصدر طاقة مركزي ، فعليك التفكير في خيارات لزيادة كفاءة توربينات الرياح وتقليل تكلفة تركيبها وصيانتها.

الخيارات التالية ممكنة:

تركيب عدة أجهزة ذات طاقة أقل بدلاً من واحدة كبيرة.سيؤدي ذلك إلى تقليل تكلفة المعدات الرئيسية ، وتقليل تكاليف التركيب والصيانة ، وكذلك زيادة الإنتاجية بسبب حقيقة أن توربينات الرياح الصغيرة تكون أكثر كفاءة عند سرعات الرياح المنخفضة ؛
تركيب نظام مخصص لإدارة الطاقة قائم على الشبكة، جنبًا إلى جنب مع نظام إمداد طاقة مركزي. يمكن العثور على هذه الأجهزة للبيع اليوم.

لتزويد الطاقة لمنزل خاص كبير ، يكفي 10 كيلو واط ؛
تقييم قدرات محطة توليد الكهرباء على توليد الكهرباء في منطقتك ؛
اختر المكان المناسب لتثبيت مولد الرياح ؛
التحكم في اكتمال المعدات المشتراة ؛
استخدام طرق لزيادة معدل العائد على المعدات ؛
إذا كان الشراء مكلفًا - افعل ذلك بنفسك ، فالأمر ليس بهذه الصعوبة.

تطور طاقة الرياح حول العالم ، في السنوات الأخيرة ، سريع للغاية. القادة في الوقت الحالي هم الصين والولايات المتحدة ، ومع ذلك ، فإن بقية العالم يطور تدريجياً هذه المنطقة الواعدة من الطاقة "النظيفة" ، بناءً على مورد طبيعي لا ينضب - طاقة الرياح. كل عام يتم إنشاء المزيد والمزيد في العالم ، وهناك اتجاه نحو مزيد من نشر التكنولوجيا.

دعونا نلقي نظرة على مزايا وعيوب استخدام توربينات الرياح.

مزايا:

1. يتم استخدام مصدر طاقة متجددة بالكامل. نتيجة لتأثير الشمس ، تتحرك التيارات الهوائية باستمرار في الغلاف الجوي ، والتي لا يتطلب إنشائها استخراج أي وقود ونقله وحرقه. المصدر لا ينضب في الأساس.

2. أثناء تشغيل مزرعة الرياح ، لا توجد انبعاثات ضارة. وهذا يعني عدم وجود غازات دفيئة أو أي مخلفات صناعية بشكل عام. أي أن التكنولوجيا صديقة للبيئة.

3. مزرعة الرياح لا تستخدم المياه لعملها.

4. تقع توربينات الرياح وأجزاء العمل الرئيسية لهذه المولدات على ارتفاع كبير فوق سطح الأرض. يشغل الصاري المثبت عليه التوربينات الريحية مساحة صغيرة على الأرض ، لذلك يمكن استخدام المساحة المحيطة بنجاح لتلبية الاحتياجات المنزلية ، ويمكن وضع العديد من المباني والهياكل هناك ، على سبيل المثال ، للزراعة.

5. استخدام مولدات الرياح له ما يبرره بشكل خاص للمناطق المعزولة ، حيث لا يمكن توصيل الكهرباء بالوسائل التقليدية ، وربما يكون توفير هذه المناطق بشكل مستقل هو المخرج الوحيد.

6. بعد تشغيل مزرعة الرياح ، يتم تقليل تكلفة كل كيلو وات / ساعة من الكهرباء المولدة بهذه الطريقة بشكل كبير. على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة الأمريكية ، يتم التحقيق بشكل خاص في تشغيل المحطات المثبتة حديثًا ، وتم تحسين هذه الأنظمة ، وبالتالي من الممكن تقليل تكلفة الكهرباء للمستهلكين حتى 20 مرة من التكلفة الأصلية.

7. الصيانة أثناء التشغيل ضئيلة.

سلبيات:

1. الاعتماد على الظروف الخارجية في لحظة معينة. قد تكون الرياح قوية ، أو قد لا تكون موجودة على الإطلاق. لضمان استمرار إمداد المستهلك بالكهرباء في مثل هذه الظروف المتغيرة ، يلزم وجود نظام لتخزين الكهرباء ذات السعة الكبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البنية التحتية مطلوبة لنقل هذه الطاقة.

2. يتطلب إنشاء توربينات الرياح تكاليف مادية. في بعض الحالات ، يتم جذب الاستثمارات على نطاق إقليمي ، وهو أمر ليس من السهل دائمًا ضمانه. إنها مرحلة البداية ، بناء المشروع ذاته ، وهي مهمة مكلفة للغاية. تعتبر البنية التحتية المذكورة أعلاه جزءًا مهمًا من المشروع ، والذي يكلف أيضًا أموالًا.

في المتوسط ، تبلغ تكلفة 1 كيلوواط من السعة المركبة 1000 دولار.

3. يعتقد بعض الخبراء أن توربينات الرياح تشوه المناظر الطبيعية ، وأن مظهرها يخالف جماليات الطبيعة. لذلك ، يتعين على الشركات الكبيرة اللجوء إلى مساعدة المتخصصين في التصميم وهندسة المناظر الطبيعية.

4. تولد توربينات الرياح ضوضاء هوائية يمكن أن تسبب إزعاجًا للناس. لهذا السبب ، تبنت بعض الدول الأوروبية قانونًا ينص على ألا تقل المسافة من توربينات الرياح إلى المباني السكنية عن 300 متر ، ويجب ألا يتجاوز مستوى الضوضاء 45 ديسيبل أثناء النهار و 35 ديسيبل في الليل.

5. هناك احتمال ضئيل أن يصطدم الطائر بشفرة طاحونة هوائية ، ولكنه صغير جدًا بحيث لا يحتاج إلى دراسة جادة. لكن الخفافيش أكثر عرضة للخطر ، لأن بنية رئتيها ، على عكس بنية رئتي الطيور ، تساهم في حدوث رضح ضغطي قاتل عندما تدخل إحدى الثدييات منطقة ذات ضغط منخفض بالقرب من حافة النصل.

على الرغم من العيوب ، فإن الفوائد البيئية لتوربينات الرياح واضحة. وللتوضيح ، تجدر الإشارة إلى أن تشغيل توربينات الرياح بقدرة 1 ميجاوات يوفر حوالي 29000 طن من الفحم أو 92000 برميل من النفط على مدار 20 عامًا.

مطحنة مع سرير

تم استخدام طواحين الهواء لطحن الحبوب في بلاد فارس منذ عام 200 قبل الميلاد. NS. كانت المطاحن من هذا النوع منتشرة في العالم الإسلامي وقد جلبها الصليبيون إلى أوروبا في القرن الثالث عشر.

"طواحين الماعز ، ما يسمى بالمصانع الألمانية ، كانت موجودة حتى منتصف القرن السادس عشر. المعروف فقط. يمكن للعواصف القوية أن تقلب مثل هذه الطاحونة مع السرير. في منتصف القرن السادس عشر ، وجد Fleming طريقة جعلت هذا الانقلاب في الطاحونة مستحيلًا. في المصنع ، وضع السقف فقط متحركًا ، ومن أجل قلب الأجنحة في مهب الريح ، كان من الضروري قلب السقف فقط ، بينما كان مبنى الطاحونة نفسه ثابتًا على الأرض ".(ك. ماركس. "الآلات: تطبيق القوى الطبيعية والعلوم").

كان وزن الطاحونة العملاقة محدودًا نظرًا لضرورة قلبها يدويًا. لذلك ، كان أدائها محدودًا أيضًا. تم تسمية المطاحن المحسنة الوركين.

الأساليب الحديثة لتوليد الكهرباء من طاقة الرياح

سعات توربينات الرياح وأحجامها
معامل	1 ميغاواط	2 ميغاواط	2.3 ميغاواط
ارتفاع الصاري	50 م - 60 م	80 م	80 م
طول النصل	26 م	37 م	40 م
قطر الدوار	54 م	76 م	82.4 م
وزن الدوار على المحور	25 ر	52 ر	52 ر
الوزن الإجمالي لغرفة المحرك	40 ر	82 ر	82.5 طن
المصدر: معلمات تشغيل توربينات الرياح. بوري ، فنلندا

الأكثر انتشارًا في العالم هو تصميم مولد رياح بثلاث شفرات ومحور دوران أفقي ، على الرغم من وجود شفرات ثنائية الشفرات في بعض الأماكن. مولدات الرياح مع محور دوران عمودي ، ما يسمى ب. نوع دوار أو دائري. الآن يتحول المزيد والمزيد من الشركات المصنعة إلى إنتاج مثل هذه التركيبات ، حيث لا يعيش جميع المستهلكين على السواحل ، وعادة ما تتراوح سرعة الرياح القارية من 3 إلى 12 م / ث. في وضع الرياح هذا ، تكون كفاءة التركيب الرأسي أعلى بكثير. وتجدر الإشارة إلى أن توربينات الرياح الرأسية لها مزايا عديدة أكثر أهمية: فهي صامتة عمليًا ولا تتطلب أي صيانة على الإطلاق ، مع عمر خدمة يزيد عن 20 عامًا. تضمن أنظمة الكبح التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة تشغيلًا مستقرًا حتى مع هبوب رياح عاصفة تصل سرعتها إلى 60 م / ث.

تعتبر المناطق الساحلية من أكثر الأماكن الواعدة لتوليد طاقة الرياح. لكن تكلفة الاستثمار مقارنة بالأرض أعلى بمقدار 1.5 - 2 مرة. يتم بناء مزارع الرياح البحرية في البحر ، على مسافة 10-12 كم من الساحل (وأحيانًا أبعد من ذلك). أبراج توربينات الرياح مثبتة على أساسات مصنوعة من ركائز تصل إلى عمق 30 مترًا.

يمكن استخدام أنواع أخرى من الأساسات تحت الماء وكذلك الأساسات العائمة. تم بناء أول نموذج أولي لتوربينات الرياح العائمة بواسطة H Technologies BV في ديسمبر 2007. تم تركيب توربينات الرياح بقدرة 80 كيلو وات على منصة عائمة على بعد 10.6 ميلًا بحريًا قبالة سواحل جنوب إيطاليا على عمق 108 أمتار في البحر.

في 5 يونيو 2009 ، أعلنت شركة Siemens AG و Statoil النرويجية عن تركيب أول توربين رياح عائم تجاري في العالم ، 2.3 ميجاوات ، من تصنيع شركة Siemens Renewable Energy.

إحصاءات استخدام طاقة الرياح

اعتبارًا من يونيو 2012 ، بلغ إجمالي القدرة المركبة لجميع توربينات الرياح في العالم 254 جيجاوات. متوسط الزيادة في مجموع قدرات جميع توربينات الرياح في العالم ، منذ عام 2009 ، هو 38-40 جيجاوات في السنة ويرجع ذلك إلى التطور السريع لطاقة الرياح في الولايات المتحدة الأمريكية والهند والصين وألمانيا. ستقترب السعة المقدرة لطاقة الرياح بحلول نهاية عام 2012 ، وفقًا لجمعية طاقة الرياح العالمية ، من 273 جيجاوات.

في عام 2010 ، تركزت 44٪ من مزارع الرياح المركبة في أوروبا ، و 31٪ في آسيا و 22٪ في أمريكا الشمالية.

الجدول: إجمالي السعات المركبة ، ميجاوات ، حسب دول العالم 2005-2011بيانات من الاتحاد الأوروبي لطاقة الرياح و GWEC.

دولة	2005 ميغاواط.	2006 ميغاواط.	2007 ، ميغاواط.	2008 ميغاواط.	2009 ميغاواط.	2010 ميغاواط.	2011 MWT.
الصين	1260	2405	6050	12210	25104	41800	62733
الولايات المتحدة الأمريكية	9149	11603	16818	25170	35159	40200	46919
ألمانيا	18428	20622	22247	23903	25777	27214	29060
إسبانيا	10028	11615	15145	16754	19149	20676	21674
الهند	4430	6270	7580	9645	10833	13064	16084
فرنسا	757	1567	2454	3404	4492	5660	6800
إيطاليا	1718	2123	2726	3736	4850	5797	6737
المملكة المتحدة	1353	1962	2389	3241	4051	5203	6540
كندا	683	1451	1846	2369	3319	4008	5265
البرتغال	1022	1716	2150	2862	3535	3702	4083
الدنمارك	3122	3136	3125	3180	3482	3752	3871
السويد	510	571	788	1021	1560	2163	2907
اليابان	1040	1394	1538	1880	2056	2304	2501
هولندا	1224	1558	1746	2225	2229	2237	2328
أستراليا	579	817	817,3	1306	1668	2020	2224
ديك رومى	20,1	50	146	433	801	1329	1799
أيرلندا	496	746	805	1002	1260	1748	1631
اليونان	573	746	871	985	1087	1208	1629
بولندا	73	153	276	472	725	1107	1616
البرازيل	29	237	247,1	341	606	932	1509
النمسا	819	965	982	995	995	1011	1084
بلجيكا	167,4	194	287	384	563	911	1078
بلغاريا	14	36	70	120	177	375	612
النرويج	270	325	333	428	431	441	520
هنغاريا	17,5	61	65	127	201	329	329
التشيكية	29,5	54	116	150	192	215	217
فنلندا	82	86	110	140	146	197	197
إستونيا	33	32	58	78	142	149	184
ليتوانيا	7	48	50	54	91	154	179
أوكرانيا	77,3	86	89	90	94	87	151
روسيا	14	15,5	16,5	16,5	14	15,4

الجدول: إجمالي السعات المركبة ، ميجاوات وفقًا لبيانات WWEA.

1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011
7475	9663	13696	18039	24320	31164	39290	47686	59004	73904	93849	120791	157000	196630	237227

في الوقت نفسه ، وفقًا لجمعية طاقة الرياح الأوروبية ، بلغ إجمالي القدرة المولدة لطاقة الرياح في روسيا في عام 2010 9 ميجاوات ، وهو ما يتوافق تقريبًا مع مؤشرات فيتنام (31 ميجاوات) وأوروغواي (30.5 ميجاوات) وجامايكا (29.7 ميجاوات) ميغاواط) ، جوادلوب (20.5 ميغاواط) ، كولومبيا (20 ميغاواط) ، جويانا (13.5 ميغاواط) وكوبا (11.7 ميغاواط).

في عام 2011 ، تم توليد 28٪ من الكهرباء في الدنمارك من طاقة الرياح.

في عام 2009 ، شكلت مزارع الرياح في الصين حوالي 1.3٪ من إجمالي توليد الكهرباء في البلاد. منذ عام 2006 ، كان لدى جمهورية الصين الشعبية قانون بشأن مصادر الطاقة المتجددة. من المفترض أنه بحلول عام 2020 ستصل قدرة طاقة الرياح إلى 80-100 جيجاوات.

أنتجت البرتغال وإسبانيا في بعض الأيام في عام 2007 من طاقة الرياح حوالي 20 ٪ من الكهرباء. في 22 مارس 2008 ، تم توليد 40.8٪ من كهرباء البلاد من طاقة الرياح في إسبانيا.

طاقة الرياح في روسيا

تقدر الإمكانات التقنية لطاقة الرياح في روسيا بأكثر من 50000 مليار كيلوواط ساعة/عام. الإمكانات الاقتصادية حوالي 260 مليار كيلوواط ساعة/ سنويًا ، أي حوالي 30 بالمائة من إنتاج الكهرباء بواسطة جميع محطات الطاقة في روسيا.

تقع مناطق طاقة الرياح في روسيا بشكل أساسي على ساحل وجزر المحيط المتجمد الشمالي من شبه جزيرة كولا إلى كامتشاتكا ، في مناطق الفولغا السفلى والوسطى ودون ، وساحل بحر قزوين ، وأوكوتسك ، وبارنتس ، والبلطيق ، والأسود و. بحار آزوف. توجد مناطق رياح منفصلة في كاريليا وألتاي وتوفا وبايكال.

يحدث الحد الأقصى لمتوسط سرعة الرياح في هذه المناطق في فترة الخريف والشتاء - وهي فترة الطلب الأكبر على الكهرباء والحرارة. يتركز حوالي 30٪ من الإمكانات الاقتصادية لطاقة الرياح في الشرق الأقصى ، و 14٪ - في المنطقة الاقتصادية الشمالية ، وحوالي 16٪ - في غرب وشرق سيبيريا.

إجمالي القدرة المركبة لمحطات طاقة الرياح في الدولة في عام 2009 هو 17-18 ميجاوات.

تقع أكبر محطة لطاقة الرياح في روسيا (5.1 ميجاوات) في منطقة قرية كوليكوفو ، منطقة زيلينوجرادسكي ، منطقة كالينينغراد. يتكون توربين الرياح Zelenogradskaya من 21 وحدة من الشركة الدنماركية SEAS Energi Service A.S.

توجد مشاريع في مراحل مختلفة من تطوير مزرعة رياح لينينغرادسكايا 75 ميغاواط منطقة لينينغراد ، مزرعة رياح ييسك 72 ميغاواط منطقة كراسنودار ، مزرعة رياح كالينينغراد البحرية 50 ميغاواط ، مزرعة رياح بحرية 30 ميغاواط كاريليا ، بريمورسكايا مزرعة رياح 30 ميغاواط بريمورسكي كراي ، رياح ماجادان مزرعة 30 ميغاواط منطقة ماجادان ، مزرعة رياح تشوي 24 ميغاواط جمهورية ألتاي ، أوست كامتشاتكايا VDES 16 ميغاواط كامتشاتكا أوبلاست ، نوفيكوفسكايا VDES 10 ميغاواط كومي ريبابليك ، داغستان مزرعة رياح 6 ميغاواط داغستان ، مزرعة رياح أنابسكايا 5 ميغاواط إقليم كراسنودار ، مزرعة رياح نوفوروسيسك 5 ميغاواط إقليم كراسنودار ومزرعة رياح فالعام 4 ميجاوات كاريليا.

مضخة رياح "روماشكا" صنعت في الاتحاد السوفياتي

كمثال على إدراك إمكانات أراضي بحر آزوف ، يمكن للمرء أن يشير إلى مزرعة الرياح نوفوازوفسك التي تعمل في عام 2010 بسعة 21.8 ميجاوات ، والمثبتة على الساحل الأوكراني لخليج تاجانروج.

جرت محاولات للإنتاج المتسلسل لمحطات طاقة الرياح للمستهلكين الأفراد ، على سبيل المثال ، وحدة رفع المياه في روماشكا.

في السنوات الأخيرة ، ترجع الزيادة في السعة بشكل أساسي إلى أنظمة الطاقة الفردية منخفضة الطاقة ، والتي يبلغ حجم تنفيذها 250 محطة لتوليد الطاقة من الرياح (بسعة 1 كيلوواط إلى 5 كيلو واط).

توقعات - وجهات نظر

تزيد احتياطيات طاقة الرياح بأكثر من مائة مرة عن احتياطيات الطاقة الكهرومائية لجميع الأنهار على هذا الكوكب.

في عام 2008 ، حدد الاتحاد الأوروبي هدفًا: بحلول عام 2010 لتثبيت توربينات الرياح بسعة 40 ألف ميجاوات ، وبحلول عام 2020 - 180 ألف ميجاوات. وفقًا لخطط الاتحاد الأوروبي ، سيكون إجمالي كمية الكهرباء المولدة من محطات طاقة الرياح 494.7 تيراواط ساعة. ...

تخطط فنزويلا لبناء محطات طاقة الرياح 1500 ميجاوات في 5 سنوات من 2010. ...

تخطط فرنسا لبناء 25000 ميغاواط من مزارع الرياح بحلول عام 2020 ، منها 6000 ميغاواط في البحر.

الجوانب الاقتصادية لطاقة الرياح

ريش توربينات الرياح في موقع البناء.

يتم تحديد الجزء الرئيسي من تكلفة طاقة الرياح من خلال التكاليف الأولية لبناء هياكل توربينات الرياح (تكلفة 1 كيلوواط من قدرة توربينات الرياح المركبة ~ 1000 دولار).

اقتصاد الوقود

لا تستهلك مولدات الرياح الوقود الأحفوري أثناء التشغيل. تشغيل توربينات الرياح بقدرة 1 ميغاواط خلال 20 سنة يوفر حوالي 29 ألف طن من الفحم أو 92 ألف برميل من النفط.

تكلفة الكهرباء

تعتمد تكلفة الكهرباء المولدة بواسطة توربينات الرياح على سرعة الرياح.

للمقارنة: تكلفة الكهرباء التي تولدها محطات الطاقة التي تعمل بالفحم في الولايات المتحدة هي 4.5 - 6 سنتات / كيلوواط ساعة. يبلغ متوسط تكلفة الكهرباء في الصين 4 سنتات / كيلوواط ساعة.

مع مضاعفة السعة المركبة لتوليد الرياح ، تنخفض تكلفة الكهرباء المنتجة بنسبة 15٪. من المتوقع أن تنخفض تكلفة الإنتاج بنسبة 35-40٪ بحلول نهاية العام ، وفي أوائل الثمانينيات ، كانت تكلفة طاقة الرياح في الولايات المتحدة 0.38 دولار.

يقدر المجلس العالمي لطاقة الرياح أنه بحلول عام 2050 ستخفض صناعة طاقة الرياح العالمية انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السنوية بمقدار 1.5 مليار طن.

التأثير على المناخ

تزيل توربينات الرياح جزءًا من الطاقة الحركية للكتل الهوائية المتحركة ، مما يؤدي إلى انخفاض سرعتها. مع الاستخدام المكثف لتوربينات الرياح (على سبيل المثال ، في أوروبا) ، يمكن أن يكون لهذا التباطؤ من الناحية النظرية تأثير ملحوظ على الظروف المناخية المحلية (وحتى العالمية) في المنطقة. على وجه الخصوص ، يمكن أن يؤدي الانخفاض في متوسط سرعة الرياح إلى جعل مناخ المنطقة قاريًا إلى حد ما نظرًا لحقيقة أن الكتل الهوائية التي تتحرك ببطء لديها وقت لتسخن بقوة أكبر في الصيف وتبرد في الشتاء. أيضًا ، يمكن أن يساهم اختيار الطاقة من الرياح في تغيير نظام الرطوبة في المنطقة المجاورة. ومع ذلك ، لا يزال العلماء يوسعون البحث في هذا المجال فقط ، والأعمال العلمية التي تحلل هذه الجوانب لا تحدد تأثير طاقة الرياح على نطاق واسع على المناخ ، ولكنها تسمح لنا باستنتاج أنه قد لا يكون مهملاً كما كان يعتقد سابقًا.

تهوية المدن

في المدن الحديثة ، ينبعث عدد كبير من المواد الضارة ، بما في ذلك من المنشآت الصناعية والسيارات. تحدث التهوية الطبيعية للمدن بمساعدة الرياح. في الوقت نفسه ، يمكن أن يؤدي الانخفاض الموصوف أعلاه في سرعة الرياح بسبب الاستخدام المكثف لتوربينات الرياح إلى تقليل تهوية المدن. يمكن أن يتسبب هذا في عواقب غير سارة بشكل خاص في المناطق الحضرية الكبيرة: الضباب الدخاني ، وزيادة تركيز المواد الضارة في الهواء ، ونتيجة لذلك ، زيادة عدد السكان. في هذا الصدد ، فإن تركيب توربينات الرياح بالقرب من المدن الكبيرة أمر غير مرغوب فيه.

ضوضاء

تنتج توربينات الرياح نوعين من الضوضاء:

ضوضاء ميكانيكية - ضوضاء من تشغيل المكونات الميكانيكية والكهربائية (غائبة عمليا عن توربينات الرياح الحديثة ، لكنها مهمة في توربينات الرياح القديمة)
الضوضاء الديناميكية الهوائية - الضوضاء الناتجة عن تفاعل تدفق الرياح مع ريش التركيب (يتم تضخيمها عندما تمر الشفرة بواسطة برج التوربينات الهوائية)

حاليًا ، عند تحديد مستوى الضوضاء من توربينات الرياح ، يتم استخدام طرق الحساب فقط. لا توفر طريقة القياسات المباشرة لمستوى الضوضاء معلومات عن مستوى ضوضاء توربينات الرياح ، حيث أنه من المستحيل حاليًا الفصل بشكل فعال بين ضوضاء توربينات الرياح وضوضاء الرياح.

في المنطقة المجاورة مباشرة لتوربينات الرياح عند محور عجلة الرياح ، يمكن أن يتجاوز مستوى ضوضاء توربينات الرياح الكبيرة بدرجة كافية 100 ديسيبل.

مثال على مثل هذه الحسابات الخاطئة في التصميم هو توربينات الرياح Grovian. بسبب ارتفاع مستوى الضجيج ، عملت الوحدة حوالي 100 ساعة وتم تفكيكها.

كقاعدة عامة ، تقع المباني السكنية على مسافة 300 متر على الأقل من توربينات الرياح. عند هذه المسافة ، لم يعد من الممكن فصل مساهمة توربينات الرياح في التذبذبات فوق الصوتية عن اهتزازات الخلفية.

الجليد بليد

أثناء تشغيل توربينات الرياح في الشتاء عند رطوبة الهواء العالية ، يمكن تكوين تراكمات جليدية على الشفرات. عند بدء تشغيل توربينات الرياح ، قد ينتشر الجليد على مسافة كبيرة. كقاعدة عامة ، يتم تثبيت علامات التحذير على مسافة 150 مترًا من توربينات الرياح في المنطقة التي توجد فيها حالات محتملة لتجمد الريش.

بالإضافة إلى ذلك ، في حالة التثليج الطفيف للشفرات ، لوحظت حالات تحسن في الخصائص الديناميكية الهوائية للجناح.

التأثير البصري

التأثير البصري لتوربينات الرياح عامل شخصي. لتحسين المظهر الجمالي لتوربينات الرياح ، توظف العديد من الشركات الكبيرة مصممين محترفين. يتم استخدام مهندسي المناظر الطبيعية لتبرير المشاريع الجديدة بصريًا.

قدرت دراسة استقصائية أجرتها شركة AKF الدنماركية تكلفة الضوضاء والتأثير البصري من توربينات الرياح بأقل من 0.0012 يورو لكل كيلوواط ساعة. استند الاستطلاع إلى مقابلات مع 342 شخصًا يعيشون بالقرب من مزارع الرياح. سُئل السكان عن المبلغ الذي سيدفعونه للتخلص من توربينات الرياح في الحي.

استخدام الأراضي

تشغل التوربينات 1٪ فقط من مساحة مزرعة الرياح بأكملها. في 99٪ من مساحة المزرعة ، من الممكن الانخراط في الزراعة أو الأنشطة الأخرى ، والتي تحدث في بلدان ذات كثافة سكانية عالية مثل الدنمارك وهولندا وألمانيا. عادة ما يكون أساس التوربينات الريحية ، التي يبلغ قطرها حوالي 10 أمتار ، تحت الأرض بالكامل ، مما يسمح بالاستخدام الزراعي للأرض ليتمدد تقريبًا إلى قاعدة البرج ذاتها. الأرض مستأجرة ، مما يسمح للمزارعين بتوليد دخل إضافي. في الولايات المتحدة ، تبلغ تكلفة استئجار الأرض تحت توربين واحد 3000 دولار - 5000 دولار في السنة.

الجدول: الحاجة المحددة لمساحة الأرض لإنتاج مليون كيلو وات ساعة من الكهرباء

ضرر على الحيوانات والطيور

الجدول: ضرر على الحيوانات والطيور. بيانات AWEA .

تعد مجموعات الخفافيش التي تعيش بالقرب من WPPs أكثر عرضة للخطر من مجموعات الطيور. تتشكل منطقة ذات ضغط منخفض بالقرب من نهايات ريش توربينات الرياح ، ويتلقى الثدييات التي يتم صيدها فيها رضح ضغطي. أكثر من 90٪ من الخفافيش الموجودة بالقرب من طواحين الهواء تظهر عليها علامات نزيف داخلي. وبحسب تفسيرات العلماء فإن للطيور بنية مختلفة للرئتين ، وبالتالي فهي أقل عرضة للتغيرات المفاجئة في الضغط ولا تعاني إلا من الاصطدام المباشر بشفرات توربينات الرياح.

استخدام الموارد المائية

على عكس محطات الطاقة الحرارية التقليدية ، لا تستخدم مزارع الرياح المياه ، مما قد يقلل بشكل كبير من الضغط على موارد المياه.

التداخل الراديوي

يمكن أن تتسبب الهياكل المعدنية لتوربينات الرياح ، وخاصة العناصر الموجودة في الشفرات ، في حدوث تداخل كبير في استقبال إشارة الراديو. كلما زاد حجم توربينات الرياح ، زاد التداخل الذي يمكن أن يحدثه. في بعض الحالات ، لحل المشكلة ، يجب عليك تثبيت مكررات إضافية.