1 مقدمة :طاقة الرياح Wind Energy هي شكل من أشكال الطاقة الشمسية وتمثل 1% إلى 2% من كل الطاقة الشمسية التي تصل الأرض ( تقدر هذه بحوالي 10 14 كيلو واط ساعة ) وهذه الطاقة هي اكبر بحوالي من 50 إلى 100 مرة من الطاقة التي تتحول إلى الكتلة الحيوية في جميع النبات على الأرض .من المعروف أن درجة حرارة المناطق المحيطة بخط الاستواء أعلى من درجة الحرارة لبقية المناطق لذلك يسخن الهواء في هذه المناطق وبما ان الهواء الساخن اخف من الهواء البارد كثافته اقل فانه يرتفع إلى الأعلى ليصل إلى ارتفاع 10 كيلو متر وبعدها ينتشر إلى المناطق الشمالية والجنوبية، ولو كانت الأرض ثابتة غير متحركة فان هذا الهواء يهبط ويعود إلى منطقة الاستواء وبسبب حركة دوران الأرض فان أي حركة باتجاه النصف الشمالي تنحرف إلى اليمين بسبب قوة انحناء تسمى قوة كارليوس Carioles Force سميت نسبة إلى الرياضي الفرنسي غوستاف جاسبار كارليوس (1792-1843 Gustar Gapard Carioles) وبسبب ذلك فان الرياح في النصف الشمالي من الكرة الأرضية تتجه إلى الدوران بعكس عقارب الساعة كما ترى من الأعلى كلما اقتربت من منطقة الضغط المنخفض وفي النصف الجنوبي فان الرياح تدور مع عقارب الساعة حول منطقة الضغط المنخفض2 مصادر طاقة الرياح :تعتبر طاقة الرياح أحد الأشكال غير المباشرة لاستغلال الطاقة الشمسية حيث أن الشمس هي مصدر طاقة الرياح وقد قدر بعض الخبراء أن 2% من الطاقة الشمسية السّاقطة على الأرض تتحول إلى طاقة الرياح.أما السبب في حركة الرياح فيرجع إلى ظاهرتين هما :1- حركة الرياح الناتجة من اختلاف درجة الحرارة للهواء فوق المحيطات عنها على اليابسة .2- حركة الرياح الكونية الناتجة عن حركة الهواء البارد من القطبين في الاتجاه المداري والاستوائي ليحل محل الهواء الساخن الأقل كثافة والذي يتصاعد إلى أعلى ويتحرك في اتجاه القطبين .وتتأثر الرياح السطحية بالتغيرات الطبيعية لسطح الأرض حيث تتغير سرعة الرياح في المكان الواحد وفقا لتغير طبيعة الأرض من ارتفاع أو انخفاض لسطح الأرض أو بتغير الحلة الجوية السائدة أو بتوزيع الضغط الجوي وسرعة الرياح تختلف لذلك من مكان إلى آخر ففي بعض الأحيان تكون الرياح على هيئة نسيم وفي بعضها الآخر تزداد سرعتها زيادة كبيرة قد تصل إلى الإعصار .3 أنواع التوربينات الريحيه: التوربينات الريحية أو محولات طاقة الرياح الكهربائية هي أنظمة لتحويل طاقة الحركة للرياح إلى طاقة ميكانيكية على هيئة حركة دورا نية يتم عن طريقها تشغيل مولدات كهربائية للحصول على طاقة كهربائية يمكن استخدمها في إغراض مختلفة.أنواع التوربينات الريحية :
تصنف التوربينات الريحية عادة حسب نوعية محور الدوران:· توربينات ذات المحور الرأسي والتي يكون فيها محور الدوران عمودي على سطح الأرض. · توربينات ذات المحور الأفقي ويكون فيها محور الدوران أفقي موازيا لسطح الأرض. ويصنف كل منها إلى :· توربينات تعمل بالدفع.· توربينات تعمل بالرفع.التوربينات الريحية ذات المحور الأفقي (العاملة بالرفع).يمثل هذا النوع من التوربينات الريحية الغالبية العظمى المستخدمة في العالم، ويتفاوت عدد الريش في هذا النوع من التوربينات من ريشة واحدة إلى ثلاث ريش.كما أن المقطع العرضي للريشة يكون على هيئة جناح ولهذا فهي تحتاج إلى تقنيات عالية في عمليات التصنيع. ويتميز هذا النوع بسرعة دوران عالية مقارنة بالتوربينات متعددة الريش المستخدمة في عمليات ضخ المياه بالنظام الميكانيكي وغالبا ما يستخدم صندوق تروس ذا نسبة تحويل معينة للحصول على السرعات العالية التي يحتاج إليها المولد، ويصل معامل القدرة لها إلى 0.4 عندما تكون سرعة الدوران عند طرف الريشة من 4 إلى 6 أضعاف سرعة الرياح المتدفقة على التوربينة كما تتميز بخفة الوزن وخصوصا بعد إدخال الألياف الزجاجية في عمليات تصنيع الريش بدلا من المعادن والأخشاب. وتصنف التوربينات الريحية حسب أحجامها والطاقة المولدة منها إلى:· توربينات صغيرة الحجم ذات سعة أقل من 5 ك.وات.· توربينات متوسطة الحجم ذات سعة من 50 إلى 500 ك.وات.توربينات كبيرة الحجم ذات سعة أكبر من 500 ك.وات وتستخدم معظم مزارع الرياح في العالم اليوم الأحجام من 500 إلى 1000 ك.وات حيث أثبتت جدوى استخداماتها فنياً و اقتصاديا. وقريباً فإنه من المتوقع أن يصبح الحجم الشائع الاستعمال في المزارع الريحية هو 1000 ك.وات أو أكبر.
هذا وتوجد توربينات كبيرة الحجم لا تزال في دور التجربة ذات سعة 3 ميجاوات و تربينات عملاقة تصل قدرتها إلى 4 ميجاوات وهى لا تزال في مرحلة البحث و التطوير .
4 المواقع المفضلة لإنتاج طاقة الرياح :
لخص الباحث ميروني المواقع المفضلة في ملاءمتها لإنتاج طاقة الرياح كما يلي :
السلاسل الجبلية التي يتقاطع محورها مع الاتجاه الأساسي للرياح السائدة، إن السلاسل الجبلية تفضل على التلال المخروطية التي تماثلها في الانحدار.
التلال ذات الانحدار المعتدل 1:3- 1:4 والقمم غير المنبسطة كثيرا وانحداراتها وتمتد وتستمر بين حتى القمة مع عدم وجود قمم حادة .
قمم التلال أو في المناطق ذات التضاريس الخالية من المصدات التي تعترض طريق الرياح السائدة .
التلال ذات السفوح الأقل خشونة غطاء نباتي بسيط وليس أشجارا.
المواقع البعيدة عن مصدات الرياح ومعوقات حركتها كالمباني والأشجار العالية .
استعملت بعض المعايير القياسية لاختيار المواقع ذات الإنتاجية العالية من طاقة الرياح من قبل مختبر شمال غرب الباسفيك Pcitic Northwest Laboratory لسلسلة من الأطالس الخاصة بمصدر طاقة الرياح التي تم إعدادها من قبل مختلف مقاولي قسم الطاقة الأميركية وتحت إشرافهم وفي معاييرهم هذه تم تحديد المواصفات التي تعطي أعلى متوسط بسرعة الرياح وكما يلي :
المضائق والممرات الجبلية ذات الفرو قات العالية في الضغط الجوي .
الوديان الطويلة المنحدرة بين السلاسل الجبلية .
الأرض المنبسطة والوديان التي لها انحدار قوي من مؤخرها غير المواجه للرياح مع فرق عال في الضغط الجوي بين المقدم والمؤخر .
الأرض المنبسطة والسهول ذات الارتفاع العالي.
السلاسل وقمم الجبال العادية الخالية من العوائق في المناطق ذات الرياح العليا القوية والفرق العالي في الضغط ودرجة الحرارة .
5 برامج إدارة طاقة الرياح :
استخدامات مركزية
يتم فيها توصيل مجموعة من التوربينات الريحية على شكل مزارع ريحية بالشبكة العامة للكهرباء .وقد اثبت هذا الإستخدام جدوه الإقتصادية حيث إنه منافساً لسعر الكهرباء المنتجة من محطات الفحم في مواقع عديدة من العالم .
هذا الشكل يوضح توزيع المراوح في مزرعة رياح .
استخدامات الغير مركزية
في هذا النوع من الاستخدام يتم تركيب منظومات صغيرة الحجم في مناطق معزولة عن الشبكة مع استخدام وسيلة لتخزين الطاقة الكهربائية (نضائد)أو مع مولد كهربائي مساعد يعمل بالديازل و تقوم بتزويد المستهلك مباشرة باحتياجاته الطاقاوية .
هذا الشكل يوضح تربينة ريحية في نظام معزول عن الشبكة مع نضائد لتخزين الطاقة الكهربائية حيث يحول التيار المتردد إلى تيار مستمر عبر محول لتخزينه في نضائد ثم يحول التيار المستمر المأخوذ من النضائد إلى تيار متردد يستخدم لتغذية الأحمال أو لتشغيل معدات كهربائية في الأغراض التالية:
ضخ المياه.
التدفئة.
التبريد.
تسخين المياه.
تحلية المياه.
3-6 العوامل المؤثرة على إنتاج الطاقة من الرياح :
تتأثر عمليات تصاميم وتشغيل وأداء محطات إنتاج الطاقة من الرياح بالعديد من العوامل ومن بين أهمها ما يلي :
متوسط سرعة الرياح وتغيره اليومي و الفصلي والسنوي.
كيفية توزيع سرعة الرياح أفقيا وعموديا تغير سرعة الرياح مع الارتفاع عموديا وتغيرها أفقيا .
تغير اتجاه الرياح مع الزمن وتغيره مع الارتفاع .
مدى المنطقة التي تغطيها الرياح ومقدار السرعة والاتجاه.
تغير الاتجاه عموديا وأفقيا واحتمالية انحرافات كبيرة مفاجئة في اتجاه الرياح.
تتغير الفصلي واليومي في كثافة الهواء في الموقع الواحد وتغير الكثافة مع الارتفاع ومن موقع إلى أخر.
طبيعة سلوك فترات الرياح وفترات السكون وتتابعهما .
مقدار التجاوب بين سحب المحركات وحركة الجزء الدوار بفعل الرياح للوحدات المختلفة المنصوبة في المحطة.
آثار اختلاف وتنوع الرياح فوق المناطق الواسعة مما يؤثر على حسابات القدرة المتوفرة في كل منطقة .
تردد حدوث أوضاع الرياح القاسية كالعواصف .
وهناك عوامل معينة على تصميم وأداء محطة الطاقة من الرياح تبرز أثناء حالات الخطر الخاصة أمثال ظروف تساقط الثلوج والعواصف الرملية والرطوبة العالية وانتشار الأملاح قرب سواحل البحار والمحيطات.
