كفاءة طاقة الرياح

بالعربي/ طاقة الرياح ، المعروفة أيضًا باسم طاقة الرياح ، هي وسيلة لتسخير الرياح وتحويلها إلى كهرباء. يتراوح متوسط ​​كفاءة الرياح للتوربينات بين 35-45٪ .

انتاج طاقة الرياح

تنتج الرياح في الغلاف الجوي للأرض نتيجة اختلاف درجات حرارة الأرض محليًا أو على نطاق إقليمي وعالمي. عندما يسخن ترتفع درجة الحرارة تاركة المكان بضغط هواء منخفض ؛ يتحرك الهواء القادم من المناطق الأكثر برودة ذات الضغط العالي للهواء لموازنة ضغط الهواء.

تستفيد طواحين الهواء والتوربينات من الطاقة الحركية أو “الطاقة الحركية” التي تنقل الهواء أو الرياح من مكان إلى آخر وتحولها إلى كهرباء. يتم نصب توربينات الرياح في أماكن عاصفة ، حتى تتمكن الرياح من تحريك شفرات التوربينات. تقوم هذه الشفرات بتدوير المحرك ، وتزيد التروس الدورات بما يكفي لإنتاج الكهرباء. التصميمات المختلفة للتوربينات مناسبة لظروف مختلفة.

عامل كفاءة الرياح وسعة الرياح

تختلف كفاءة الرياح عن عامل قدرة الرياح ، وهو ما تتم مناقشته عندما يفكر الناس في كفاءة الطاقة. يشرح Wind Watch الفرق بين الظاهرتين.

كفاءة الرياح وحدودها

كفاءة الرياح هي كمية الطاقة الحركية في الرياح التي يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية وكهرباء. تقول قوانين الفيزياء التي وصفها بيتز ليمت أن الحد الأقصى النظري هو 59.6٪. تتطلب الرياح بقية الطاقة لتتخطى الشفرات. هذا في الحقيقة جيد إذا احتجزت التوربينات 100٪ من الطاقة ، ستتوقف الرياح عن النفخ ولن تتمكن ريش التوربين من الدوران لإنتاج الكهرباء.

ومع ذلك ، لا يمكن لأي آلة في الوقت الحالي تحويل جميع المحاصرين 59.6٪ من الطاقة الحركية من الرياح إلى كهرباء. هناك حدود بسبب طريقة صنع المولدات وهندستها ، مما يقلل من كمية الطاقة التي يتم تحويلها أخيرًا إلى طاقة. المتوسط ​​في الوقت الحاضر هو 35-45٪ ، كما هو مذكور أعلاه. يمكن أن يصل الحد الأقصى في ذروة الأداء إلى 50٪ وفقًا لـ Wind Watch. كما وافقت وثيقة حكومية أسترالية (NSW) على أن 50٪ هي الحد الأقصى لكفاءة الرياح التي يمكن الحصول عليها (صفحة 3).

لا تختلف كفاءة الطاقة بقدر ما يتغير عامل قدرة الرياح الذي يعتمد إلى حد كبير على الموقع والظروف الجوية.

عامل قدرة الرياح

عامل سعة الرياح هو مقدار الطاقة التي ينتجها المولد مقابل ما يمكن أن ينتج إذا كان يعمل طوال الوقت بأقصى سعة ، وفقًا لـ Green Tech Media . يميل عامل سعة الرياح إلى التباين من مكان إلى آخر وفي أوقات مختلفة من العام ، حتى مع نفس التوربينات ، حيث يعتمد ذلك على سرعة الرياح وكثافتها ومنطقة الانجراف التي تعتمد على حجم المولد الذي يشير إلى Open EI . يمكن تحسين عامل سعة الرياح عن طريق اختيار الأماكن التي تسود فيها ظروف الرياح المثالية طوال الجزء بأكمله أو الجزء الأكبر من العام. لذلك من المهم مراعاة عامل سعة الرياح والظروف التي تؤثر عليه لزيادة إنتاج الطاقة.

• تنتج سرعة الرياح التي تقل عن 30 ميلاً في الساعة طاقة قليلة وفقًا لـ Wind Watch. حتى الزيادات الصغيرة في السرعة يمكن أن تترجم إلى زيادة كبيرة في الطاقة المولدة وفقًا لـ Open EI. الكهرباء المولدة هي مكعب سرعة الرياح يفسر Wind EIS .
• تكون كثافة الهواء أكثر في المناطق الأكثر برودة وعند مستوى سطح البحر عنها في الجبال. لذلك فإن الأماكن المثالية ذات كثافة الرياح العالية هي البحار ذات درجات الحرارة المنخفضة وفقًا لـ Open EI. هذا هو أحد أسباب التوسع الكبير في توليد الرياح البحرية.
• يمكن أن تستفيد التوربينات الأكبر والأطول ارتفاعًا من ارتفاع الرياح فوق سطح الأرض وزيادة امتداد ريشها. لذلك تصبح الاعتبارات الاقتصادية مهمة هنا.

يتم زيادة عامل السعة باستمرار مع تحسين التكنولوجيا. بلغت توربينات الرياح التي تم بناؤها في عام 2014 عامل قدرة بنسبة 41.2٪ مقارنة بـ 31.2٪ للتوربينات التي تم بناؤها بين عامي 2004-2011 ، وفقًا لشركة Green Tech Media. ومع ذلك ، فإن عامل قدرة الرياح لا يتأثر بالتكنولوجيا فحسب ، بل يتأثر أيضًا بتوافر الرياح نفسها. وبالتالي ، في عام 2015 ، كان عامل قدرة التوربينات أقل من متوسط ​​السنوات السابقة بسبب “جفاف الرياح” كما يوضح Green Tech Media.

مقارنة مع مصادر الطاقة الأخرى

كفاءة طاقة الرياح أفضل من كفاءة طاقة الفحم. يتم تحويل 29-37٪ فقط من الطاقة في الفحم إلى كهرباء ، كما أن الغاز له نفس كفاءة الرياح تقريبًا حيث يمكن تحويل 32-50٪ من الطاقة في الغاز إلى كهرباء.

ومع ذلك ، من حيث عوامل السعة ، كان أداء الوقود الأحفوري أفضل من الرياح في الولايات المتحدة في عام 2016 وفقًا لإدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA) .

• تعمل مصانع الفحم في الولايات المتحدة بنسبة 52.7٪ من طاقتها.
• كان عامل القدرة لمحطات الغاز 56٪ في الولايات المتحدة.
• الطاقة النووية لديها عامل قدرة 92.5٪ ، وفقا لأرقام إدارة معلومات الطاقة للوقود غير الأحفوري .
• كان عامل قدرة الطاقة المائية 38٪.
• كان عامل قدرة طاقة الرياح 34.7٪.

عند مقارنة خرج الطاقة من مصادر مختلفة للطاقة ، من الأفضل ألا تأخذ في الاعتبار عامل السعة فحسب ، بل أيضًا كفاءتها في استخدام الطاقة. هذا ما يجعل زيادة توليد الطاقة من الرياح منافسة وممكنة مقارنة بالوقود الأحفوري الذي يسبب مشاكل التلوث التي تسببه.

يؤثر التقطع على ناتج طاقة الرياح

تعاني طاقة الرياح من التقطع حيث أن الرياح ليست متاحة دائمًا ، ويمكن أن تهب بسرعات متفاوتة ، مما يعني أن الطاقة تتولد عند مستويات غير متسقة. تقطع الطاقة هو ظاهرة لا تتوفر فيها الطاقة بشكل مستمر بسبب العديد من العوامل التي لا يستطيع الناس التحكم فيها. لذلك هناك اختلاف في العرض.

حلول للتقطع

نظرًا لأن توليد الطاقة من توربينات الرياح يتقلب من ساعة إلى أخرى ، أو حتى من الثانية إلى الثانية ، فإن موردي الطاقة يحتاجون إلى احتياطيات أكبر من الطاقة لتلبية مستويات ثابتة من إمدادات الطاقة والحفاظ عليها . التقطع لا يعني فقط النواقص ولكن أيضا فترات التجاوزات ؛ ثم يوفر هذا حلاً ممكنًا أيضًا. يوضح العالم الأمريكي أنه مع زيادة عدد مصادر طاقة الرياح ، يمكن للاختلاف المحلي في ظروف الطقس والرياح أن يوازن أوجه القصور والتجاوزات.

كما أن تنبؤات الطقس المحسنة والنمذجة تجعل من السهل أيضًا التعامل مع التغييرات قصيرة المدى في طاقة الرياح. مزيج من المصادر ضروري أيضًا حتى للاختلافات اليومية أو الموسمية في توليد طاقة الرياح.

بغض النظر عن التقطع ، ساعدت مزارع الرياح الجديدة المنتشرة في جميع أنحاء الولايات المتحدة في الواقع على استقرار إمدادات الطاقة ، خاصة أثناء الطقس القاسي في تكساس وفقًا لـ Clean Technica .

كلف

في عام 2017 ، أعلنت صحيفة إندبندنت أن إنتاج الطاقة من الرياح كان أرخص من إنتاج الوقود الأحفوري. كلفت 50 دولارًا لإنتاج ميغاواط في الساعة (MWh) في عام 2017. مع تحسن التكنولوجيا ، استمرت التكاليف في الانخفاض ، مما يجعلها أكثر جاذبية من مصادر الطاقة التقليدية الملوثة. تأمل الولايات المتحدة في تحفيز هذه الحركة من خلال تقديم الحوافز الحكومية ، لزيادة حصة طاقة الرياح التي وفرت 6٪ من الكهرباء في عام 2016 وفقًا لإدارة معلومات الطاقة .

تشير Wind EIS إلى أن 80٪ من التكاليف عبارة عن تكاليف رأسمالية مرتبطة بتركيب التوربينات ، و 20٪ قيد التشغيل. ومع ذلك ، نظرًا لعدم وجود تكاليف للوقود ، وبالنظر إلى الطاقة المولدة في دورة حياتها الكاملة ، فإن طاقة الرياح تنافسية.

طاقة خالية من الكربون

طاقة الرياح هي أحد البدائل الأكثر كفاءة لطاقة الوقود الأحفوري. من المتوقع أنه بحلول عام 2050 ، يمكن أن تستخدم 139 دولة حاليًا 99٪ من طاقة العالم بنسبة 100٪ من الطاقة المتجددة. يمكن أن توفر طاقة الرياح والطاقة الشمسية معًا ما يصل إلى 97٪ من هذه الطاقة ، وفقًا لتقرير المنتدى العالمي لعام 2017 . يمكن أن يساعد هذا في احتواء ارتفاع الاحتباس الحراري إلى أقل من 1.5 درجة مئوية. سواء كانت مزرعة رياح على سفح تل أو على طول الساحل ، فإن تكنولوجيا توربينات الرياح توفر طريقة أكثر فاعلية لتوليد الكهرباء القابلة للاستخدام من المصادر التقليدية غير المتجددة.

المصدر/ lovetoknow.comالمترجم/barabic.com