18.2: طاقة الرياح

Last updated

Oct 31, 2022
Page ID
169304
Save as PDF
- 18.1: تاريخ الطاقة المتجددة والاستهلاك
- 19.3: طاقة شمسية

Melissa Ha and Rachel Schleiger
Yuba College & Butte College via ASCCC Open Educational Resources Initiative

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

تنشأ طاقة الرياح من حركة الهواء. يتم تشغيله بالطاقة الشمسية (الاختلافات في درجة حرارة الهواء تسبب تيارات هوائية). تقوم الرياح بتحويل التوربين الذي يعمل على تشغيل المولد (الشكل $\PageIndex{a}$ ). تعمل الشفرات الدوارة لتوربينات الرياح مثل جناح الطائرة أو شفرة دوار المروحية. عندما تتدفق الرياح عبر النصل، ينخفض ضغط الهواء على أحد جانبي النصل، مما يؤدي إلى دوران الدوار. يتصل الدوار بالمولد، إما بشكل مباشر أو من خلال سلسلة من التروس التي تسرع الدوران وتسمح بمولد أصغر حجمًا. على غرار توليد الكهرباء من الفحم أو الغاز الطبيعي أو الطاقة النووية، تتسبب الحركة الدورانية في دوران المغناطيس داخل لفائف الأسلاك لإنتاج الكهرباء. وفقًا لجمعية طاقة الرياح الأمريكية، كانت 39٪ من جميع قدرات توليد الكهرباء الجديدة في الولايات المتحدة في عام 2019 بسبب الرياح.

رسم تخطيطي للجزء الداخلي من توربين الرياح، يُظهر شفرات دوار الدوران التي تعمل بالرياح، والتي تعمل على تشغيل المولد — الشكل $\PageIndex{a}$ : (1) عندما تهب الرياح فوق شفرات توربينات الرياح، فإنها تتسبب في رفع الشفرات وتدويرها. (2) تقوم الشفرات الدوارة بتدوير عمود متصل بمولد. (3) ينتج المولد الكهرباء أثناء دورانه. الصورة والتعليق (تم تعديلهما) من EPA (المجال العام).

عنصر تفاعلي

انقر هنا للحصول على رسم متحرك تفاعلي يوضح كيفية عمل توربينات الرياح.

مزايا طاقة الرياح

تعتبر الرياح من بين أقل مصادر الطاقة المتجددة تكلفة، ويؤدي توسعها إلى خلق فرص عمل (الشكل $\PageIndex{b}$ ). مثل العديد من مصادر الطاقة المتجددة، لا تطلق توربينات الرياح ملوثات الهواء أو تساهم في تغير المناخ، ولا تتطلب الماء للتبريد. نظرًا لأن توربينات الرياح لها بصمة مادية صغيرة مقارنة بكمية الكهرباء التي تنتجها، فإن العديد من مزارع الرياح تقع على أراضي المحاصيل والمراعي. فهي تساهم في الاستدامة الاقتصادية من خلال توفير دخل إضافي للمزارعين ومربي الماشية، مما يسمح لهم بالبقاء في الأعمال التجارية والحفاظ على ممتلكاتهم من التطوير لاستخدامات أخرى. على سبيل المثال، يمكن إنتاج الطاقة عن طريق تركيب توربينات الرياح في جبال الأبلاش بالولايات المتحدة بدلاً من الانخراط في إزالة قمم الجبال لتعدين الفحم. قد يكون لتوربينات الرياح البحرية على البحيرات أو المحيط تأثيرات بيئية أقل من التوربينات على الأرض، والرياح أقوى بنسبة تصل إلى 50٪ وأكثر ثباتًا في عرض البحر منها على الأرض (الشكل $\PageIndex{c}$ ).

تفاصيل حول كيفية استخدام Samsø للطاقة المتجددة بنسبة 100٪ — الشكل $\PageIndex{b}$ : كانت جزيرة سامسو الدنماركية أول منطقة في البلاد تنتقل إلى الطاقة المتجددة بنسبة 100٪، بالاعتماد على الرياح البحرية والرياح البرية والقش (الوقود الحيوي) والطاقة الشمسية. النص الموجود في الصورة هو «Samsø: جزيرة الاكتفاء الذاتي للطاقة. أول جزيرة تحقق الاكتفاء الذاتي الكامل للطاقة منذ 10 سنوات. سامسو: حقائق عن الجزيرة - المساحة: 114 كم ²، عدد السكان: 4,000، الاستثمار: 368 مليون كرونة دانمركية. 11 توربينة رياح برية - توربين واحد يولد ما يكفي من الكهرباء لتشغيل 630 منزلًا. تنقل التوربينات الكهرباء إلى البر الرئيسي عندما يتم توليد كهرباء أكثر مما يمكن أن تستهلكه الجزيرة. توربينات الرياح البحرية - تنتج 10 توربينات رياح بحرية بارتفاع 103 أمتار تم إنشاؤها في عام 2003 طاقة أكثر مما تستخدمه الجزيرة في النقل. 11 توربينة رياح برية بقدرة 1 ميجاوات تولد 28,000 ميجاوات. وهذا يعني زيادة الكهرباء عن إجمالي استهلاك الجزيرة وما يعادل 690,000 جالون من النفط. تعمل ثلاث محطات تعمل بالقش - ترانيبيرغ - على تسخين 263 منزلًا، وبالين/بروندي - تسخن 232 منزلًا، وتسخن Onsbjerg 76 منزلًا. محطة الطاقة الشمسية - تتلقى إحدى محطات التدفئة الحرارة من 2500 م ² من الألواح الشمسية. يتم دمج هذا مع غلاية تعمل بشرائح الخشب بقدرة 900 كيلو وات. الطاقة الزائدة - يتم استثمار الكهرباء الزائدة المنتجة من مزارع الرياح البحرية في مشاريع الطاقة الجديدة. الصور من قبل GDS Infographics (CC-BY) والوكالة الوطنية للاستخبارات الجغرافية المكانية (المجال العام).

توربينات رياح بيضاء طويلة، تحتوي كل منها على ثلاث شفرات تطل على المناظر الطبيعية الصحراوية — الشكل $\PageIndex{b}$ : قد تكون توربينات الرياح على الأرض (على الشاطئ، اليسار) أو في المحيط (في الخارج، اليمين). الصورة اليسرى بواسطة جوشوا وينشل/USFWS (المجال العام). الصورة اليمنى من CGP Grey (CC-BY).

صف من توربينات الرياح البيضاء الطويلة، كل منها بثلاث شفرات، تطفو في البحر. المراكب الشراعية صغيرة بالمقارنة. — الشكل $\PageIndex{b}$ : قد تكون توربينات الرياح على الأرض (على الشاطئ، اليسار) أو في المحيط (في الخارج، اليمين). الصورة اليسرى بواسطة جوشوا وينشل/USFWS (المجال العام). الصورة اليمنى من CGP Grey (CC-BY).

عيوب طاقة الرياح

تواجه طاقة الرياح بعض التحديات. توربينات الرياح فعالة فقط في المناطق ذات الرياح القوية بما يكفي لتوليد الكهرباء الكافية. حتى في المناطق ذات الرياح القوية، يكون توافر الرياح متقطعًا. يمكن تخفيف ذلك من خلال استخدام البطاريات لتخزين الطاقة، ولكن سعة البطارية، على الرغم من التقدم التكنولوجي المستمر، لا تزال محدودة. هناك مخاوف جمالية لبعض الأشخاص عندما يرونها على المناظر الطبيعية، وبعض الناس لا يحبون الصوت الذي تصدره شفرات توربينات الرياح. اشتعلت النيران في عدد قليل من توربينات الرياح، بينما تسرب بعضها سوائل تشحيم، على الرغم من أن هذا نادر نسبيًا. لقد وجد أن التوربينات تسبب وفيات الطيور والخفافيش خاصة إذا كانت موجودة على طول مسار الهجرة، على الرغم من أن أبراج الاتصالات والقطط المنزلية تشكل تهديدات أكبر. هناك بعض الآثار الصغيرة من بناء مشاريع الرياح أو المزارع، مثل بناء طرق الخدمة، وإنتاج التوربينات نفسها، والخرسانة للأساسات.

الإسناد

تم تعديله بواسطة Melissa Ha من المصادر التالية:

الطاقة المتجددة وتحديات وتأثيرات استخدام الطاقة من البيولوجيا البيئية من تأليف ماثيو آر فيشر (مرخص بموجب CC-BY)
قوة الرياح. مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة. وزارة الطاقة الأمريكية. تم الوصول إليه في 01-17-2021 (المجال العام).