دروس جافاسكريبت بالعربي _ الحلقة ١

توليد الكهرباء من الرياح

مستقبل جديد للطاقة    

مزرعة انتاج الكهرباء من الرياح Wind Farm

مقدمة - ما هى طاقة الرياح؟

طاقة الرياح هي طاقة متجددة تتمثل في استخدام الرياح لتوليد الكهرباء أو لتوفير الطاقة الحرارية. وتعتمد طاقة الرياح على استخدام الطواحين الهوائية التي تقوم بتحويل حركة الرياح إلى طاقة ميكانيكية، تستخدم لتوليد الكهرباء. وتعتبر طاقة الرياح من أشهر مصادر الطاقة المتجددة في العالم، وتتميز بكونها نظيفة وغير ملوثة، وتساهم في تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة والحفاظ على البيئة.

 

وتتوفر مصادر الرياح في الأماكن التي تتميز بتيارات هوائية قوية، مثل المناطق الساحلية والمرتفعات الجبلية، وتختلف كفاءة استخدام طاقة الرياح باختلاف درجة سرعة الرياح ونوعية الأجهزة المستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية.

 الأجهزة المستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية من الرياح:

الطواحين الهوائية أو الأجهزة العاملة بالرياح (Wind Turbines) هي الأجهزة التي تستخدم لتحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية. تتكون الطواحين الهوائية من مجموعة من الشفرات الطويلة المرتبطة بمحور يدور حوله الجسم الميكانيكي، وبمجرد أن يتعرض الهواء لهذه الشفرات فإنه يدفعها باتجاه دوران المحور، وتتحول هذه الحركة إلى طاقة ميكانيكية تستخدم لتوليد الكهرباء. وتختلف حجم وقوة الطواحين الهوائية، حيث تتراوح بين طواحين صغيرة للاستخدام المنزلي وحتى طواحين كبيرة تستخدم في محطات توليد الكهرباء.

 

وتتميز الطواحين الهوائية بأنها تعتبر من الأجهزة النظيفة والصديقة للبيئة، حيث لا تنتج أي انبعاثات ضارة بالبيئة، وتعد من أنواع الطاقة المتجددة التي يمكن الاعتماد عليها بشكل كبير في تلبية احتياجات الكهرباء في المستقبل.

قدرات التربينات الهوائية

توربينة هوائية

تختلف قدرات التوربينات الحديثة المستخدمة في توليد الكهرباء من الرياح بشكل كبير، وتتوقف على عدة عوامل من بينها حجم الطواحين الهوائية وعدد الشفرات وسرعة الرياح وارتفاع البرج الذي يحمل الطواحين الهوائية.

 

وتتراوح قدرة الطواحين الهوائية المستخدمة في المناطق الصناعية ومحطات توليد الطاقة الكهربائية بين 1.5 ميجاوات و5 ميجاوات، أما الطواحين الهوائية الصغيرة المستخدمة لتوليد الكهرباء في المنازل والمزارع فتتراوح قدرتها بين 100 و10 كيلوواط.

 

ومن المهم الإشارة إلى أن قدرات التوربينات الحديثة تزداد بشكل مستمر، مع تطور التكنولوجيا والابتكارات الهندسية، ومن المتوقع أن تتزايد قدرة الطواحين الهوائية في المستقبل لتلبية الاحتياجات المتزايدة للكهرباء.

تكلفة إنتاج الكهرباء من الرياح

تعد تكلفة إنتاج الكهرباء من خلال طاقة الرياح أقل من تكلفة الكثير من مصادر الطاقة الأخرى مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي، وذلك بسبب اعتماد طاقة الرياح على مصدر طبيعي ومتجدد، ولأن تكلفة توليد الكهرباء من خلال طاقة الرياح تتضمن تكاليف التشييد والصيانة والتشغيل وتكاليف الوقود اللازم لتشغيل الطواحين الهوائية، وهي تكاليف أقل بكثير من تكاليف إنتاج الكهرباء من مصادر الطاقة الأخرى.

 

ومع ذلك، فإن تكلفة إنتاج الكهرباء من خلال طاقة الرياح تختلف من مشروع إلى آخر وتعتمد على عدة عوامل، مثل حجم المشروع ومكانه وتكلفة تصنيع وتركيب الطواحين الهوائية، وتكلفة الصيانة والتشغيل والإدارة. ومع تطور التكنولوجيا وزيادة حجم الإنتاج، تتوقع أن تنخفض تكلفة إنتاج الكهرباء من خلال طاقة الرياح بشكل أكبر في المستقبل.

العوامل التي تؤثر على تكلفة إنتاج الكهرباء من طاقة الرياح

توجد العديد من العوامل التي تؤثر على تكلفة إنتاج الكهرباء من طاقة الرياح، ومن بين هذه العوامل:

1.  حجم المشروع: كلما كان حجم المشروع أكبر، كلما كانت التكاليف الإجمالية للإنتاج أقل، وذلك نظرًا لتحقيق اقتصاديات الحجم.
2.  مكان المشروع: يؤثر موقع المشروع على تكلفته، حيث أن بعض المناطق أكثر انخفاضًا في تكلفة الإنتاج من غيرها نظرًا لوجود تيارات هوائية أكثر قوة.
3.  تكلفة تصنيع وتركيب الطواحين الهوائية: تعتبر تكلفة تصنيع وتركيب الطواحين الهوائية أحد أهم العوامل التي تؤثر على تكلفة إنتاج الكهرباء من طاقة الرياح.
4.  تكاليف الصيانة والتشغيل: تحتاج الطواحين الهوائية إلى صيانة دورية وتشغيل مستمر، وهذا يتطلب تكاليف إضافية تؤثر على تكلفة إنتاج الكهرباء من طاقة الرياح.
5. تكاليف الإدارة: تشمل تكاليف الإدارة عدة عوامل مثل التخطيط والتنظيم والإشراف والرقابة، وهذه العوامل يمكن أن تؤثر على تكلفة إنتاج الكهرباء من طاقة الرياح.

ومع تقدم التكنولوجيا وزيادة حجم الإنتاج، يتوقع أن تنخفض تكلفة إنتاج الكهرباء من طاقة الرياح بشكل أكبر في المستقبل.

نسبة مشاركة طاقة الرياح في الطاقة المتجدد

تعد طاقة الرياح واحدة من أهم مصادر الطاقة المتجددة في العالم، حيث تتزايد نسبة مساهمتها في إنتاج الكهرباء بشكل مستمر. وفقًا لتقرير صادر عن منظمة الطاقة الدولية لعام 2020، فإن حوالي 7٪ من إجمالي الكهرباء المولدة في العالم تأتي من طاقة الرياح.

 

وتختلف نسبة مشاركة طاقة الرياح في الطاقة المتجددة من بلد إلى آخر، حيث يتم تطوير بعض البلدان بنية تحتية قوية لتوليد الكهرباء من خلال طاقة الرياح، في حين تعاني البلدان الأخرى من قدرات أقل في هذا المجال. وتعد الصين والولايات المتحدة وألمانيا والهند وإسبانيا من أكبر الدول في العالم في إنتاج الكهرباء من خلال طاقة الرياح.

 

ومن المتوقع أن تتزايد نسبة مشاركة طاقة الرياح في الطاقة المتجددة في المستقبل، نظرًا لزيادة الاهتمام بتطوير هذه التقنية وتحسين كفاءتها وتقليل تكلفتها، وكذلك نظرًا للتزام العديد من الدول بتحقيق أهداف التنمية المستدامة التي تتضمن زيادة الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة.

طاقة الرياح في الوطن العربي

تمتلك الدول العربية العديد من المواقع الجيدة لتوليد الكهرباء من خلال طاقة الرياح، حيث تتميز بعض المناطق في الوطن العربي بتيارات هوائية قوية وثابتة طوال العام. ومن بين الدول العربية التي تستثمر في توليد الكهرباء من طاقة الرياح الإمارات العربية المتحدة ومصر والمغرب وتونس والجزائر وعمان والسعودية والأردن والكويت وقطر والبحرين.

 

وتعمل هذه الدول على تطوير بنية تحتية قوية لتوليد الكهرباء من خلال طاقة الرياح، وتنفيذ مشاريع كبرى لإنتاج الكهرباء باستخدام هذه التقنية. وتشهد بعض هذه المشاريع تعاوناً دولياً مع شركات عالمية متخصصة في توليد الكهرباء من طاقة الرياح، مما يسهم في تحقيق الأهداف المشتركة في مجال توليد الطاقة النظيفة والمحافظة على البيئة.

 

وتعتبر الطاقة الهوائية من بين الخيارات الواعدة لتلبية الاحتياجات المتزايدة للكهرباء في الوطن العربي، حيث تعتبر مصدر طاقة متجدد ونظيف ومتوفر بشكل كبير في بعض المناطق، مما يسهم في تحقيق الأمن الطاقوي وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري والتقليل من انبعاثات الكربون.

تسعى الدول العربية إلى تطوير الطاقة المتجددة بشكل عام وطاقة الرياح بشكل خاص، وذلك لتحقيق الاستدامة البيئية وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري وتحقيق الأمن الطاقوي وتوفير فرص عمل جديدة.

 

وقد تم إنشاء العديد من مشاريع توليد الكهرباء من طاقة الرياح في الوطن العربي، مثل مشروع "Jbel Sendouq" لتوليد الكهرباء من طاقة الرياح في المغرب، ومشروع "الكرنك" لتوليد الكهرباء من طاقة الرياح في مصر، ومشروع "الحمراء" لتوليد الكهرباء من طاقة الرياح في الأردن، ومشروع "الزرقاء" لتوليد الكهرباء من طاقة الرياح في الأردن أيضاً.

 

وتعتبر الطاقة الهوائية في الوطن العربي مصدراً مهماً لتلبية الاحتياجات الكهربائية المتزايدة، حيث تتميز بعض المناطق بتيارات هوائية قوية ومناسبة لتوليد الكهرباء من خلال طاقة الرياح. ويتم تطوير التكنولوجيا المستخدمة في مشاريع توليد الكهرباء من طاقة الرياح بشكل مستمر، مما يساعد في تحسين كفاءة هذه المشاريع وتقليل تكلفتها.

 

وتتمتع الطاقة الهوائية بالعديد من المزايا، حيث تعتبر مصدراً للطاقة النظيفة والمتجددة والمتوفرة بشكل كبير في بعض المناطق، وتساهم في تقليل الانبعاثات الضارة للغازات الدفيئة والحد من التلوث البيئي. كما أنها تعتبر مصدراً آمناً ومستقراً لتوليد الكهرباء، حيث لا يتأثر إنتاجها بتقلبات سعر الوقود أو الأحداث السياسية والاقتصادية المحلية أو الدولية.

متطلبات تشغيل محطات الرياح

تحتاج محطات توليد الكهرباء من طاقة الرياح إلى العديد من المتطلبات لتشغيلها بشكل فعال، ومن بين هذه المتطلبات:

 

1.  موقع مناسب: يجب أن يتم اختيار موقع مناسب وذو تيارات هوائية قوية وثابتة طوال العام لتحقيق أعلى كفاءة ممكنة في توليد الكهرباء من طاقة الرياح.
2.  تركيب مكونات عالية الجودة: يتطلب تشغيل محطات توليد الكهرباء من طاقة الرياح تركيب طواحين هوائية ومولدات كهربائية ونظام تحكم عالية الجودة والأداء لتحقيق أعلى كفاءة وأمان ممكنين.
3.  صيانة دورية: يجب القيام بصيانة دورية للمكونات والمعدات المستخدمة في توليد الكهرباء من طاقة الرياح، وذلك للحفاظ على كفاءتها وسلامتها.
4.  تحليل البيانات والمراقبة: تتطلب محطات توليد الكهرباء من طاقة الرياح تحليل البيانات والمراقبة المستمرة للتأكد من أن المكونات والمعدات تعمل بشكل جيد وتحقيق أعلى كفاءة ممكنة.
5.  توافر الشبكة الكهربائية: يجب أن تكون الشبكة الكهربائية المرتبطة بمحطات توليد الكهرباء من طاقة الرياح قوية ومتينة وقادرة على تحمل الأحمال الكهربائية العالية لتحقيق توزيع الكهرباء بشكل فعال.
6.  الرخص والتصاريح: يتطلب تشغيل محطات توليد الكهرباء من طاقة الرياح الحصول على الرخص والتصاريح اللازمة من الجهات المعنية في الدولة، وذلك لضمان تشغيل المحطات بشكل قانوني وآمن ومستدام.

السرعة المناسبة للرياح

تعتمد السرعة المناسبة للرياح في توليد الكهرباء عن طريق طاقة الرياح على نوعية الطاحونة الهوائية وحجمها، إلا أنه يتم تحديد السرعة المناسبة للرياح بشكل عام بين 12 إلى 25 كيلومتراً في الساعة.

 

في المناطق التي تتميز بنسبة عالية من الرياح، يمكن تحقيق كفاءة عالية في توليد الكهرباء من طاقة الرياح عند سرعة الرياح بين 12 إلى 15 كيلومتراً في الساعة، وتتزايد الكفاءة مع زيادة سرعة الرياح حتى تصل إلى الحد الأقصى المسموح به للطاحونة الهوائية.

 

ويتم قياس سرعة الرياح باستخدام جهاز الأنيموميتر، ويتم تركيب هذا الجهاز في الطاحونة الهوائية لقياس سرعة الرياح وتحديد متوسطها خلال فترة زمنية محددة.

 

ويجب الانتباه إلى أن تعداد الطاحونات الهوائية وتوزيعها في الموقع الصحيح يعد أمراً حاسماً في إنتاج الكهرباء بكفاءة عالية، حيث يعتمد ذلك على العديد من العوامل مثل اتجاه الرياح وسرعتها وشكل التضاريس ونوع الطاحونة الهوائية المستخدمة.

 تحديد الأماكن المناسبة لتركيب الطاحونات الهوائية

مزرعة رياح عائمة

تحديد المناطق المناسبة لتركيب الطاحونات الهوائية يتطلب دراسة دقيقة لعدد من العوامل المختلفة. ومن بين العوامل التي يجب أخذها بعين الاعتبار:

 

1. سرعة الرياح: يجب أن تكون سرعة الرياح في الموقع المختار بمستوى كافٍ لتشغيل الطاحونة الهوائية وتوليد الكهرباء بكفاءة عالية.
2.  شكل التضاريس: يمكن أن يؤثر شكل التضاريس في سرعة واتجاه الرياح، وبالتالي يجب دراسة شكل التضاريس في الموقع المختار.
3. الاعتدال المناخي: يمكن أن يؤثر الاعتدال المناخي على كفاءة الطاحونة الهوائية والمعدات المستخدمة في توليد الكهرباء، وبالتالي يجب دراسة المناخ في الموقع المختار.
4.  الاعتدال الجيوغرافي: يجب أن يتم اختيار موقع لتركيب الطاحونة الهوائية بحيث يكون بعيداً عن المناطق المعرضة للزلازل والفيضانات والأعاصير والكوارث الطبيعية الأخرى.
5.  البنية التحتية: يجب دراسة البنية التحتية في الموقع المختار، وتحديد مدى توفر الطرق والشبكات الكهربائية والاتصالات والمرافق الأخرى اللازمة لتشغيل الطاحونة الهوائية ونقل الكهرباء المولدة إلى المستهلكين.
6. الأمن والسلامة: يجب أن يتم اختيار موقع لتركيب الطاحونة الهوائية بحيث يكون آمناً ولا يشكل أي خطر على السكان المحيطين أو البيئة.

 

يتم إجراء دراسات دقيقة لتحديد المواقع المناسبة لتركيب الطاحونات الهوائية، ويتم تقييم كل من العوامل المذكورة أعلاه وأي عوامل أخرى ذات صلة، وذلك للحصول على أعلى كفاءة ممكنة في توليد الكهرباء من طاقة الرياح.

طرق تحديد المواقع المناسبة لتركيب الطاحونات الهوائية بدقة عالية:

يمكن تحديد المواقع المناسبة لتركيب الطاحونات الهوائية بدقة عالية باستخدام تقنيات مختلفة. ومن بين هذه التقنيات:

1.  الاستشعار عن بعد: يمكن استخدام الأقمار الصناعية والطائرات بدون طيار لجمع البيانات والصور الجوية وتحليلها لتحديد المواقع المناسبة لتركيب الطاحونات الهوائية.
2.  نظم المعلومات الجغرافية: تقنية تسمح بجمع وتحليل وتخزين البيانات الجغرافية والتي يمكن استخدامها في تحديد المواقع المناسبة لتركيب الطاحونات الهوائية.
3.  النمذجة الرياضية: يمكن استخدام النمذجة الرياضية لتحليل بيانات الرياح وشكل التضاريس وتوفير توقعات دقيقة لأفضل المواقع لتركيب الطاحونات الهوائية.
4.  الاستشعار بالأرض: يمكن استخدام أجهزة الاستشعار بالأرض لقياس سرعة الرياح ودرجة حرارة الهواء والرطوبة، ويمكن استخدام هذه البيانات لتحديد المواقع المناسبة لتركيب الطاحونات الهوائية.

يمكن استخدام هذه التقنيات وغيرها لتحديد المواقع المناسبة لتركيب الطاحونات الهوائية بدقة عالية، وذلك لتحقيق أعلى كفاءة ممكنة في توليد الكهرباء من طاقة الرياح.

 الأنظمة الآلية التي تستخدم للتحكم في توليد الكهرباء من الرياح

تربينة هوائية مثبت عليها أنظمة التحكم

تستخدم العديد من الأنظمة الآلية للتحكم في توليد الكهرباء من محطات الرياح، ومن بين هذه الأنظمة:

1.  أنظمة التحكم في السرعة: تستخدم هذه الأنظمة للحفاظ على سرعة الرياح ثابتة، وبالتالي تحافظ على توليد كمية معينة من الكهرباء. وتتضمن هذه الأنظمة استخدام محركات السيطرة على السرعة ومولدات الكهرباء المتزامنة.
2.  أنظمة التحكم في الزاوية: تستخدم هذه الأنظمة لضبط زاوية شفرات المروحة، وبالتالي تحكم في كمية الطاقة التي يمكن توليدها. وتتضمن هذه الأنظمة استخدام محركات السيطرة على الزاوية ومستشعرات الزوايا.
3.  أنظمة التحكم في الجهد: تستخدم هذه الأنظمة للحفاظ على جهد الكهرباء الناتج ثابتًا، وبالتالي تحافظ على توزيع الكهرباء بشكل مستقر. وتتضمن هذه الأنظمة استخدام محولات الجهد ومحركات التحكم في الجهد.
4.  أنظمة التحكم في التردد: تستخدم هذه الأنظمة للحفاظ على تردد الكهرباء الناتج ثابتًا، وبالتالي تحافظ على توزيع الكهرباء بشكل مستقر. وتتضمن هذه الأنظمة استخدام محولات التردد ومحركات التحكم في التردد.
5.  أنظمة التحكم في الأداء: تستخدم هذه الأنظمة لرصد أداء محطة توليد الكهرباء من الرياح وتحسينه، وتتضمن استخدام أجهزة الاستشعار والنظم الإلكترونية الأخرى.

وتعتمد الأنظمة المستخدمة على حجم ونوعية محطة توليد الكهرباء من الرياح، ويتم تصميمها بشكل مخصص لتلبية احتياجات المحطة وضمان توليد الكهرباء بكفاءة واستدامة.

مستقبل توليد الكهرباء من طاقة الرياح

يتوقع أن يستمر تطور توليد الكهرباء من طاقة الرياح في المستقبل، حيث أنها تعد واحدة من أسرع أشكال الطاقة المتجددة في النمو حول العالم. ومع ذلك، يتوقف حجم النمو على عدة عوامل، بما في ذلك الدعم الحكومي، وتكلفة توليد الكهرباء من الرياح بالمقارنة مع الوقود الأحفوري، وتوفر المواقع الجيدة لتركيب محطات الرياح.

من الجدير بالذكر أن تقنيات توليد الكهرباء من الرياح تتطور باستمرار، مما يؤدي إلى زيادة كفاءتها وتقليل تكلفتها. وبالتالي، يتوقع أن يزيد الاعتماد على توليد الكهرباء من الرياح في المستقبل، خاصة مع تزايد الطلب على الكهرباء وزيادة الضغط على الدول لتقليل انبعاثات الكربون والتحول إلى مصادر الطاقة المتجددة.