تصميم توربينات الرياح

بالعربي/ يختلف تصميم توربينات الرياح تبعًا للموقع الذي ستقع فيه ، والميزانية المخصصة لبناءه ، والمواد المتاحة ، والعديد من العوامل الأخرى. يسمح التصميم المثالي لتوربينات الرياح بالتقاط أكبر قدر ممكن من الطاقة من الرياح .

ثلاثة أنواع من توربينات الرياح

وفقًا لتقرير يمكن تنزيله من جامعة إلينوي في أوبانا تشامبلين ، هناك ثلاثة أنواع أساسية من توربينات الرياح قيد الاستخدام اليوم ، ولكل منها تصميم مختلف ومزايا وعيوب مختلفة . ومع ذلك ، فإن الأنواع الثلاثة جميعها تشترك في بعض الأشياء:

• إنها مرتفعة على عمود طويل أو “برج”. هذا يسمح لهم بالوصول إلى التيارات الهوائية التي تسافر بسرعات أعلى.
• لديهم نوع من أجهزة الدوران ، مثل الشفرات ، لالتقاط طاقة الرياح.
• لديهم مولدات كهربائية ، والتي تحول الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية.
• معظمها مصنوع من الفولاذ.

توربينات الرياح ذات المحور الأفقي

معظم توربينات الرياح التي تراها في مزارع الرياح والإعدادات الفردية هي توربينات الرياح ذات المحور الأفقي (HAWT). هذه التوربينات تشبه المراوح العملاقة وعادة ما يكون لها ثلاث شفرات. تدير الشفرات عمودًا دوارًا متصلًا بمولد كهربائي. يقوم المولد بتحويل طاقة الرياح إلى كهرباء.

تحتوي HAWTs على بعض ميزات التصميم الفريدة:

• يوجد المولد الكهربائي أعلى البرج ، وعادة ما يكون مصحوبًا بصندوق تروس. يزيد صندوق التروس من سرعة المولد. يمكن أن يؤدي موقع هذه العناصر الميكانيكية إلى صعوبة صيانة هذا النوع من التوربينات.
• تحتوي هذه التوربينات على نوع من الأجهزة التي تحول الريش إلى مهب الريح. في النماذج ذات التقنية المنخفضة أو الطرازات الأقدم ، قد يكون هذا ريشة رياح بسيطة. في النماذج الحديثة ، من المحتمل أن يكون جهاز كمبيوتر.
• يبلغ طول أبراج هذه التوربينات عادة ضعفين أو ثلاثة أضعاف طول الشفرات وغالبًا ما يصل ارتفاعها إلى 300 قدم. الأبراج مصنوعة من الفولاذ الأنبوبي ويمكن نقلها من المصنع إلى الموقع في قطع متعددة.
• تعمل HAWTs الأكثر كفاءة بسرعات متغيرة ، مما يسمح لها بجمع المزيد من الطاقة في أيام الرياح بشكل خاص.
• الشفرات مدببة وعادة ما يكون لونها رمادي فاتح. غالبًا ما يصل طولها إلى 130 قدمًا. يمكن إمالة الشفرات بزاوية داخل أو خارج الريح لإيقاف الدوران والمساعدة في حماية التوربين أثناء العواصف.
• تتميز معظم HAWTs أيضًا بنظام فرملة لإيقاف الدوران إذا أصبحت قوة الرياح كبيرة جدًا.
• عادة ، تأخذ الشاحنات مكونات HAWTs إلى الموقع حيث ستعمل. ثم يقوم العمال ببناء التوربينات في الموقع. في بعض الحالات ، خاصة في المناطق الجبلية أو في أوروبا ، يكون ارتفاع التوربين مقيدًا بالطرق التي يجب أن تسير بها الشاحنة ذات الشفرات الطويلة.

توربينات الرياح ذات المحور الرأسي – تصميم داريوس

في توربين الرياح Darrieus ، ينحني اثنان أو أكثر من الشفرات الفولاذية من الأسفل ويلتقيان مرة أخرى في الجزء العلوي من العمود المركزي. سميت هذه على اسم جورج داريوس ، المخترع الفرنسي. إنها تشبه جزءًا من حلزون أو مضرب بيض. وفقًا لمجلة Scientific American ، فإن هذا التصميم أقل كفاءة من HAWT.

يتميز Darrieus VAWT بميزات التصميم التالية:

• تتمثل إحدى ميزات توربينات الرياح ذات المحور الرأسي Darrieus (VAWT) في قدرتها على استيعاب سرعات واتجاهات الرياح المتغيرة. لا تحتاج إلى أن تتحول إلى مهب ، مثل توربينات الرياح ذات المحور الأفقي. وهذا يجعلها مثالية للمواقع ذات أنماط الطقس غير المتوقعة.
• عادةً ما يوجد صندوق التروس والمولد الكهربائي لهذه التوربينات على الأرض أو بالقرب منها. هذا يجعلها أسهل بكثير في الخدمة من HAWTs.
• نظرًا لتصميمها ، فإن هذه التوربينات تخضع لقوة أكبر من الرياح من HAWTs. هذا يعني أن المكونات يجب أن تكون أكثر ثباتًا وتكون عادةً أكثر تكلفة. بالإضافة إلى ذلك ، تقلل هذه القوة أيضًا من موثوقية هذه النماذج.
• هذا النوع من التصميم مثالي للسطح ، لأن التوربين مرتفع بالفعل ويتطلب برجًا أقصر.
• يتم دعم العديد من أجهزة Darrieus VAWT الأقدم بواسطة أسلاك الشد ، ولكن قد تحتوي الطرز الأحدث على هيكل دعم فولاذي.
• غالبًا ما تتطلب هذه التوربينات مصدر طاقة منفصل لبدء الدوران.
• يتم تصنيع Darrieus VAWTs أيضًا على شكل قطع ثم يتم بناؤها في الموقع من قبل الفنيين.

توربينات الرياح ذات المحور الرأسي – تصميم سافونيوس

يحتوي Savonius VAWT على ميزات التصميم التالية:

يشبه Savonius VAWT من نواح كثيرة إلى Darrieus VAWT ، ويتميز بعمود دوار مركزي ، والذي عادة ما يحتوي على عدد من المراوح الهوائية. اخترع المخترع الفنلندي سيجورد يوهانس سافونيوس Savonius VAWT ، وهو أكثر موثوقية من Darrieus VAWT.

• لا يلزم توجيه Savonius VAWTs في اتجاه الريح ، لذا فهي مثالية للمواقع ذات اتجاه الرياح المتغير.
• على عكس Darrieus VAWT ، يمكن أن يبدأ Savonius VAWT من تلقاء نفسه ، لذلك لا يتطلب محرك بدء منفصل.
• عادة ما يتم تصنيع Savonius VAWTs من الفولاذ ، ولكن قد تكون مصنوعة من مواد أخرى.
• يتم تصنيع معظم Savonius VAWTs على شكل قطع ثم يتم بناؤها في الموقع. قد تكون النماذج الأصغر مبنية بالكامل في المصنع.

عوامل يجب مراعاتها في تصميم توربين الرياح

إذا كنت تفكر في استخدام توربينات الرياح لموقع ما ، فمن المهم مراعاة بعض العوامل عند اختيار أفضل تصميم:

• ما مقدار التباين في اتجاه الريح؟ إذا كانت الرياح تأتي من اتجاه واحد معظم الوقت أو تغيرت من حين لآخر ، فقد يكون HAWT هو الخيار الأكثر كفاءة. إذا كانت الرياح غير متوقعة ، فقد يكون أحد VAWT أفضل.
• ما مدى عاصف الموقع؟ إذا تعرض الموقع لرياح شديدة على ارتفاعات منخفضة ، فقد يكون VAWT مثاليًا ، طالما أن سرعة الرياح لم تتجاوز توصيات الشركة المصنعة. إذا كانت الرياح ثابتة ولكنها ليست قوية ، فقد يتمكن HAWT الأطول من التقاط المزيد من طاقته.
• إلى أي ارتفاع يمكنك أن تبني؟ كلما صعدت في المرتفعات ، زادت قوة الرياح. ومع ذلك ، فإن هذا أيضًا يخلق ضغطًا أكبر على البرج ويتطلب أن يكون البرج أكثر سمكًا لدعم الشفرات ضد قوة الرياح. قد تكون هناك لوائح محلية للنظر فيها.
• ما هي ميزانيتك؟ نظرًا لأنها تتطلب تقنية تغيير الاتجاه ، يمكن أن تكون HAWT الكبيرة باهظة الثمن. قد يكون VAWT الأصغر أفضل للتطبيقات الفردية. يفحص هذا التقرير الصادر عن المختبر الوطني للطاقة المتجددة كيف يمكن لتغييرات التصميم أن تؤثر على تكلفة توربينات الرياح.

يقدم موقع Otherpower.com مزيدًا من النصائح لاختيار تصميم توربينات الرياح المناسب لموقفك.

المواقع والأنماط

الآن بعد أن أصبحت لديك فكرة عامة عن التصميمات المختلفة لتوربينات الرياح ، يمكنك الاطلاع على الأنماط والمخططات التصميمية لبناء بنفسك. حتى إذا كنت تفضل شراء توربين من شركة ما ، يمكن أن تقدم هذه الأنماط نظرة ثاقبة إضافية حول كيفية إنشاء آلات الرياح هذه:

• ريح صغيرة
• مركز التكنولوجيا البديلة
• جميع مشروعات Science Fair

آلات رائعة ومدهشة

سواء كنت تفكر في بناء توربينات الرياح الخاصة بك أو تريد ببساطة معرفة المزيد عن طريقة عمل هذه الآلات المدهشة ، فإن التعرف على الأنواع والتصاميم المختلفة يمكن أن يكون ممتعًا للغاية. تعمل شركات توربينات الرياح باستمرار على إنتاج تقنية جديدة ، لذلك هناك دائمًا المزيد للبحث حول هذا الموضوع الرائع.

المصدر/ lovetoknow.comالمترجم/barabic.com