مبدأ عمل توربينات توليد الكهرباء

تعدّ توربينات توليد الكهرباء من أسرع مصادر الطاقة الكهربائية نموًّا، حيث تقوم بتوليد الطاقة الكهربائية دون تلويث الجو بالغازات الدفيئة بعكس طرق توليد الطاقة التي تستخدم الوقود الأحفوري، وتتكوّن هده التوربينات من ثلاثة أجزاء أساسية: البرج، الشفرات التي يؤدي مرور الهواء خلالها إلى دورانها بحيث يتحول جزء من الطاقة الحركية للرياح إلى الجزء الأخير، والمولد الذي يقوم بدوره بتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية. [١]
مبدأ عمل توربينات توليد الكهرباء
يتمّ الاستفادة من توربينات توليد الكهرباء بخطوات متسلسلة تعتمد على شدّة الرياح، وذلك لتحويل طاقة الرياح لطاقة كهربائية، ويمكن تلخيص مبدأ عمل هذه التوربينات كالتالي:[٢]
أولًا: تؤدّي الرياح إلى دوران شفرات التوربين من خلال إعطائها جزء من طاقتها الحركية.
ثانيًا: في داخل غطاء التوربين تقوم ناقلات الحركة بتحويل الدوران البطيء للمحور المربوط بالشفرات إلى سرعات أعلى، وذلك للوصول إلى كفاءة في توليد الطاقة الكهربائية في المولد.
ثالثًا: يقوم المولد الموضوع مباشرة خلف ناقل الحركة بتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.
رابعًا: يقوم التوربين وبعض الأجهزة أيضًا بقياس سرعة الرياح وإتجاهها وبناءً على هذه القياسات بإمكان التوربين تحريك الجزء العلوي منه كاملًا (الغطاء والشفرات) باستخدام محرك موجود بين برج التوربين والجزء العلوي منه؛ بحيث يضرب الهواء بالتوربين بشكل مباشر لتوليد أكبر قدر من الطاقة.
خامسًا: ينتقل التيار الكهربائي بعد ذلك في أسلاك موجودة في داخل البرج إلى أسفله، حيث يوجد محول كهربائي يقوم بتحويل الكهرباء إلى فولتية أعلى بحوالي 50 مرة ليتم نقلها بكفاءة عالية إلى شبكة الكهرباء.
وكلما كانت الرياح أعتى، سينتج توليد أكبر للطاقة كهربائية، ولاستغلال الأماكن التي تصلها الرياح بكثرة، يوضع أكثر من توربين هواء بجوار بعضها في ما يسمّى مزارع الرياح، وربط أكثر من مزرعة رياح بشبكة الكهرباء.[١] ويبلغ معدل قطر شفرات توربينات الرياح 70 مترًَا، في حين يبلغ ارتفاع المولد حوالي 85 مترًا عن سطح الأرض، ويعود سبب هذا الارتفاع إلى أن سرعة الرياح تتناسب طرديًا مع الارتفاع؛ إذ أنّ مضاعفة ارتفاع التوربين سيؤدي إلى زيادة طاقة التوليد إلى الثلث.[٢]
سلبيات استخدام التوربينات لتوليد الكهرباء
من سلبيّات استخدام توربينات توليد الكهرباء هو عدم قدرتها وحدها على توليد الكهرباء لبلد كاملة؛ حيث أنه لا يمكن للتوربينات تحويل كل طاقة الرياح الحركية دون ضياع جزء كبير منها، وتبلغ أقصى كفاءة وصلت إليها التوربينات هي تحويل 47% من طاقة الرياح إلى كهرباء.[٣]، ومن سلبيات طاقة الرياح الأخرى أن الطاقة المنتجة ليست ثابتة دائمًا؛ حيث أن سرعة الرياح تتغيّر من وقت لآخر مما يؤدي إلى تذبذب الطاقة المنتجة، وبالتالي لا يمكن الاعتماد فقط على طاقة الرياح، كما يمكن أن تؤدّي التوربينات الهوائية إلى إلحاق الضرر بالطيور و الخفافيش عند اصطدامها بها، الأمر الذي يؤدّي لاختلال التوازن البيئي، وذلك ينافي سبب استخدامها في المقام الأول.[٤]