مزارع الرياح (مزارع الرياح) - أجهزة ذات تصميم خاص يتم فيها تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية. كل يوم يصبحون أكثر شعبية. باستخدام مصادر الطاقة الطبيعية ، والأهم من ذلك ، تعد محطات توليد الطاقة المريحة والبسيطة ، وطواحين الهواء المريحة ، بديلاً ممتازًا لمحطات الطاقة التقليدية ، وخاصة في المنازل الخاصة.
باستخدام طاقة الرياح
طواحين الهواء ، أو بالأحرى مبدأ عملها ، نسيها بشكل غير مستحق في العشرينات من القرن الماضي. ومع ذلك ، لم تستخدم طاقة الرياح حتى ذلك الحين للحصول على الطاقة الكهربائية. كانت تعمل بحجر الرحى ، وكانت تستخدم كمحرك للسفن الشراعية ، وأطلقت لاحقًا مضخات لضخ المياه في خزانات ، أي تحولت إلى طاقة ميكانيكية.
بدأت طاقة الرياح في التطور بسرعة في أواخر الستينيات من القرن العشرين الماضي. في ذلك الوقت ، أصبحت شركات الطاقة التقليدية تفتقر بشدة ، بالإضافة إلى ذلك ، ارتفعت بشكل حاد في الأسعار ، وأصبحت المشاكل البيئية المرتبطة باستخدامها أكثر حدة.
لقد شجع على استخدام مصادر بديلة للكهرباء ، بما في ذلك طاقة الرياح والتقدم التكنولوجي. ظهرت مواد جديدة عالية القوة وخفيفة الوزن إلى حد ما ، مما يسمح ببناء أبراج يصل ارتفاعها إلى 120 متر شفرات ضخمة.
تستطيع الرياح التي تهب في مناطق كثيرة من الكوكب تدوير توربينات محطة توليد الكهرباء بسرعة كافية لتوفير الطاقة للمنازل الخاصة أو المزارع الصغيرة أو المدارس في المناطق الريفية.
ولكن في أي برميل من العسل هناك ذبابة واحدة على الأقل في المرهم. لا يمكن هدوء الرياح ؛ فهي لا تهب دائمًا ، خاصة في نفس الاتجاه وبنفس السرعة. التقدم التكنولوجي لا يقف ساكنا. إذا لم تعد مزارع الرياح اليوم لمنزل خاص ، والتي تولد مئات كيلووات من الكهرباء ، نادرة ، فغدًا ، ربما يصبح عشرات ميجاوات روتينًا يوميًا. في أي حال ، هناك بالفعل مزارع الرياح بطاقة 5 ميجاوات أو أكثر.
مزايا وعيوب مزارع الرياح
بالإضافة إلى استخدام طاقة الرياح المجانية والاستقلال عن المصادر الخارجية للكهرباء ، تتمتع محطات طاقة الرياح بالعديد من المزايا المهمة. لا توجد مشكلة بيئية في تخزين النفايات والتخلص منها ، وطريقة إنتاج الطاقة هي واحدة من أكثر الطرق الصديقة للبيئة. ناهيك عن مظهر التوربينات الريحية من الناحية الجمالية ضد السماء ، يمكن اعتبار أن ميزة التثبيت ثابتة ومتحركة.
بالإضافة إلى ذلك ، أصبح من الممكن بالفعل اليوم اختيار مزرعة للرياح من طراز مناسب وقدرة أو استخدام مصنع يجمع بين استخدام العديد من مصادر الطاقة التقليدية والبديلة. يمكن أن يكون ديزل أو محطة طاقة الرياح الشمسية
مزارع الرياح لديها أيضا عيوب. أولاً ، أنها صاخبة لدرجة أن المنشآت الكبيرة يجب إيقاف تشغيلها في الليل. ثانياً ، غالباً ما تتداخل مع الحركة الجوية أو موجات الراديو. ثالثًا ، يجب وضعها في مناطق ضخمة حقًا. وهناك عيب كبير آخر في الهياكل المفصصة - يجب إيقافها أثناء رحلات الطيور الموسمية الجماعية.
أنواع مزارع الرياح
وفقًا لوظيفة محطة توليد الكهرباء ، يمكن تقسيم مزارع الرياح إلى ثابتة أو متنقلة أو متنقلة.تتطلب التركيبات الثابتة القوية مجموعة كاملة من الأعمال التحضيرية ، لكنها قادرة على تجميع كمية كافية من الكهرباء لاستخدامها في الطقس الهادئ في البطاريات القابلة لإعادة الشحن.
محطات توليد الطاقة المتنقلة هي أبسط في التصميم ، متواضع ، سهل التركيب وسهل التشغيل. وعادة ما تستخدم لتشغيل الأجهزة الكهربائية أو عند السفر.
يميز التصميم بين مزارع الرياح الدوارة.
في مكان تركيب مزرعة الرياح هناك:
- الأرض. يتم تثبيتها على أرض مرتفعة وهي الأكثر شيوعًا اليوم ؛
- الساحلية. يتم بناؤها في المنطقة الساحلية للبحار والمحيطات ، حيث تهب الرياح باستمرار بسبب التسخين غير المتكافئ للأرض والمياه ؛
- بعيدا عن الشاطئ. يتم بناؤها في البحر على بعد 10-15 كم من الساحل ، حيث تهب رياح البحر باستمرار ؛
- العائمة. كما أنها تقع على بعد نفس المسافة من الساحل مثل الشاطئ ، ولكن على منصة عائمة.
عن طريق محطة توليد الكهرباء ، توربينات الرياح الصناعية والمحلية.
مزرعة الرياح المجنحة
أصبحت مزارع ريح الريح ، والتي تعتبر رائدة في سوق طاقة الرياح ، مألوفة. في الحلم العالي ، يتم تثبيت آلية الشفرة بمحور أفقي للدوران ، بشكل رئيسي ثلاثي الشفرة ، وتعتمد قوتها على حجم الشفرات. يصل هذا التجميع إلى الحد الأقصى لسرعة الدوران عندما تكون الشفرات متعامدة مع تدفق الرياح ؛ وبالتالي ، يوفر تصميمه للجهاز تدوير محور الدوران تلقائيًا في شكل جناح مثبت على أنظمة التحكم في الانحراف الصغيرة والإلكترونية في محطات أكثر قوة.
تختلف مزارع ريشة الريح بشكل أساسي بعدد الشفرات. يمكن أن تكون متعددة الشفرات ، ذات نصلتين ، حتى مع وجود شفرة واحدة وثقل موازن.
مزارع الرياح الدوارة
لمحطات الطاقة الدوارة ، أو الدوارة ، محور دوران رأسي وهي مستقلة عن اتجاه الريح. هذه ميزة هامة عند استخدام التيارات الهوائية السطحية المتثاقلة. عيب مزرعة الرياح من هذا التصميم هو استخدام مولدات متعددة الأقطاب تعمل بسرعات منخفضة وليست منتشرة على نطاق واسع.
هذه المنشآت بطيئة الحركة ، ونتيجة لذلك ، لا تخلق الكثير من الضوضاء. بالإضافة إلى ذلك ، تتمثل ميزتها في بساطة الدوائر الكهربائية ، التي لا تنتهكها الرياح العاتية المفاجئة.
يعتقد الخبراء أن مزارع الرياح الدوارة هي الأكثر واعدة لطاقة الرياح الكبيرة. صحيح ، من أجل تعزيز مثل هذا التثبيت ، يجب استخدام الطاقة الخارجية عليه. فقط عندما تصل إلى أداء ديناميكي معين ، فإنها تدخل في وضع المولد من وضع المحرك.
الجمع بين نظام الرياح الديزل
إن عيوب التوربينات الريحية - الإمداد غير المتساوي للكهرباء - في الشبكات الكبيرة يقابلها عدد كبير من المنشآت.
يمكنك أيضًا تعويض هذا العيب باستخدام الأنظمة المدمجة التي توجد بها أجهزة خاصة تقوم بتوزيع الحمل بين محطة طاقة الرياح (توربينات الرياح) ومحرك الديزل. لذلك ، يمكن أن تعمل الشبكات المستقلة ذات القدرة المنخفضة من 0.5 إلى 4 ميجاوات المقترنة بمحرك ديزل بشكل موثوق ومتساوي.
تتيح لك المعدات الحديثة ، التي توفر حوالي 65٪ من الوقود السائل سنويًا ، توصيل محرك ديزل أو إيقاف تشغيله في بضع ثوانٍ إذا لزم الأمر.
مزارع الرياح المنزلية والصناعية
محطات توليد طاقة الرياح المنزلية لديها طاقة من 250 واط إلى 15 كيلو واط ، ويمكن أن تعمل جنبا إلى جنب مع الألواح الشمسية ، مع أو بدون بطارية.
إن الكهرباء المولدة من مزارع الرياح المنزلية غالية الثمن ، لكن غالبًا ما يحدث عدم وجود مصادر أخرى.
يتم تصنيع مزارع الرياح المحلية في روسيا باستخدام مولد تيار مباشر يشحن بطاريات تصل إلى 800 Ah. يمكن لجميع الأجهزة المنزلية العمل من هذه البطاريات في المنزل: جهاز تلفزيون ، وغلاية كهربائية ، إلخ.
يمكن أن تكون عملية شحن البطاريات بعد فصل الحمل طويلة جدًا ، اعتمادًا على قوة الرياح وقوة المولد.
هناك أيضا مزارع رياح محلية في السوق الروسية ، وهي غالية الثمن ، لكنها عادة ما تعطي أقل من نصف القوة المقدرة.
تتميز مزارع الرياح الصناعية بقوة أكبر بكثير وعادة ما يتم دمجها في شبكات واحدة.
تبلغ قدرة الرياح الخاصة في المزارع الخاصة 3 إلى 5 ، أقل من 10 كيلوواط في كثير من الأحيان. إذا وصل متوسط سرعة الرياح السنوية في المنطقة إلى 3-4 م / ث ، فإن مزرعة الرياح هذه يمكنها توفير الكهرباء لمنزل ريفي متوسط أو محطة خدمة أو مقهى صغير.
الخصائص الرئيسية لمزرعة الرياح
الطاقة المقدرة هي المؤشر الرئيسي الذي يميز جميع محطات الطاقة ، وتوربينات الرياح ليست استثناء. يتم تحديده بواسطة الطاقة المولدة من قبل المولد بمعدل سرعة الرياح 12 م / ث ، ويعتمد على نوع المحطة.
المؤشر المهم التالي هو الجهد الاسمي لمزرعة الرياح التي يولدها المولد. يمكن أن يكون 220 فولت أو 12 فولت و 24 فولت.
تعتمد الطاقة الكهربائية للمولد على قوة التوربينات. نظرًا لأن قوة التوربين أعلى ، فكلما زاد قطرها ، وبالتالي كان أقوى الصاري ، يعد هذا المؤشر مهمًا عند اختيار تصميم الصاري وحسابه.
توربينات الرياح لديها العديد من الخصائص. أدائها مهم - هذا هو مقدار الكهرباء التي يولدها الجهاز سنويًا. عند اختيار توربينات الرياح ، من الضروري معرفة الحد الأقصى لسرعة الرياح التي يمكن أن يتحملها التوربين ، وسرعته الدنيا (التي تبدأ عنده) في التدوير. عند اختيار تردد دوران التوربينات وعدد من ريش تلعب دورا.
مبدأ التشغيل وترتيب مزرعة الرياح
في مزرعة للرياح ، يدور تيار الهواء عجلة ذات شفرات ، ينتقل منها عزم الدوران إلى آليات أخرى. كلما زادت أبعاد العجلة ، زاد تدفق الهواء الذي تلتقطه ، وبالتالي يدور بشكل أسرع.
في لغة الفيزياء ، يتم تحويل سرعة الرياح الخطية إلى السرعة الزاوية لتناوب محور المولد ، والذي بدوره يحول الحركة الدورانية إلى طاقة كهربائية ، ونقلها عبر وحدة التحكم إلى البطاريات. عند الخروج من الجهاز ، الكهرباء مناسبة بالفعل للاستخدام المنزلي.
أي أن مزرعة الرياح الصغيرة تتكون من التوربينات ، الشفرات ، الذيل (آلية دوارة) ، الصاري بكابلات التمديد ، البطاريات ، جهاز التحكم بالشحن والعاكس الذي يحول 12 فولت إلى 220 فولت.
بالإضافة إلى هذه الأجهزة ، تحتوي مزرعة الرياح الصناعية أيضًا على أنظمة تتبع لاتجاه الرياح وسرعتها وحالة مولد الرياح والحماية من تصريف البرق. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتعامل الصاري مع الأحمال على نطاق أوسع ، ويتم استبداله ببرج ، حيث توجد جميع المعدات الإضافية.
تصميم مزرعة الرياح
المؤشر الرئيسي الذي يسمح لك باتخاذ قرار بشأن استخدام مزرعة الرياح هو متوسط سرعة الرياح السنوية ، والتي يجب أن تكون على الأقل 5 م / ث. صحيح ، اليوم توجد بالفعل مزارع رياح قابلة للتشتت مصممة بسهولة لتزويد الأسر الخاصة بالطاقة ، والتي تبدأ في العمل مع سرعة هواء لا تقل عن 3.5 م / ث.
لتحديد هذا المؤشر ، يتم استخدام مخططات الرياح الخاصة.
في مختلف المناطق المناخية في روسيا تم إجراء قياسات سرعة الرياح لتحديد مدى كفاءة مزارع الرياح. تعمل توربينات الرياح ومحطاتها بالفعل في منطقة كالينينغراد ، في جزر كوماندر ، في مورمانسك ، جمهورية ساخا (ياكوتيا) ، وباشكورتوستان.
عند تحديد ما إذا كنت تريد تثبيت محطة طاقة رياح أو مزرعة رياح خاصة ، يجدر بنا أن نبدأ بالمتخصصين لإجراء البحوث حول اتجاه الريح وقوتها باستخدام أجهزة قياس شدة الريح ووضع خرائط لتوافر طاقتها.بناءً على هذه البيانات أو تصميم توربينات الرياح أو تصميم العديد من المصانع ، يتم حساب وتطوير المعلمات التقنية والهندسية.
من المستحيل بناء مزرعة للرياح الصناعية ذات قدرة كافية دون المستثمرين ، والحسابات التي يتم تنفيذها بشكل جيد والمشروع المنجز سيساعد في تحديد فترة الاسترداد للمشروع وجذب تمويل إضافي.
مزارع الرياح الخاصة
وفقًا للإحصاءات التي تم التقليل من شأنها إلى حد كبير ، والتي لا تأخذ في الاعتبار المباني والهياكل البعيدة المنفصلة ، فإن حوالي 30٪ من الأسر الخاصة في المناطق الريفية ، حيث من المستحيل وضع شبكات كهربائية لأسباب اقتصادية ، لا تتوفر فيها الكهرباء. ليس في كل مكان حتى مولدات للوقود السائل. وهذا في القرن الحادي والعشرين!
أظهرت الدراسات أنه يمكن تركيب محطات طاقة الرياح ذات السعات المختلفة في العديد من المناطق في الشمال والشمال الأقصى ، في سخالين وكامشاتكا ، في منطقة الفولغا السفلى وسيبيريا وكاريليا وشمال القوقاز.
يتأثر اختيار التثبيت باحتياجات العملاء. إذا لزم الأمر لضمان تشغيل الآلات الزراعية ، فإن مولد طاقة منخفضة الطاقة سوف يتعامل مع هذه المهمة. إذا كنت بحاجة إلى كهربة المبنى بالكامل ، وإنشاء إضاءة الشوارع ، وتوفير التدفئة للمنزل ، فأنت بحاجة إلى تنفيذ مشروع محطة طاقة الرياح.
بالإضافة إلى متوسط سرعة الرياح الشهرية واتجاهها ، من الضروري حساب متوسط الاستهلاك الشهري وحمل الذروة للكهرباء. مثل هذه الحسابات ، إذا رغبت في ذلك ، من السهل القيام بها بشكل مستقل.
هناك مؤشر آخر يؤثر على تكلفة المعدات وتركيب توربينات الرياح. هذا هو ارتفاع الصاري. كلما كان الهيكل أعلى ، زادت سرعة الرياح وأكثر تكلفة. ووفقًا للخبراء ، فإن الارتفاع الأمثل هو 10 صاري أكبر من أطول شجرة أو مبنى داخل دائرة نصف قطرها 100 متر.
مزرعة الرياح DIY
لتشغيل المضخة الكهربائية أو التلفزيون أو الإضاءة أو غيرها من الأجهزة الكهربائية منخفضة الطاقة في كوخ صيفي ، يمكن إجراء تركيب طاقة الرياح بيد واحدة ، إذا كان هناك بعض المعرفة بالهندسة الكهربائية.
هناك بيانات مرجعية وتوصيات لاختيار قوة مولد الرياح ، وحجم عدد الشفرات وعددها ، وإرشادات مفصلة تمامًا حول كيفية إنشاء محطة طاقة الرياح بأيديك ، من المواد والمكونات.
اليوم ، الاستثمارات في بناء مزارع الرياح الكبيرة تنمو في أوروبا. يقلل البناء الشامل من تكلفة كيلوواط واحد ويقربه من سعر الكهرباء المستلمة من المصادر التقليدية.
يجري باستمرار تحسين تصميم مزارع الرياح ، وتحسين المؤشرات الديناميكية الهوائية والكهربائية ، وتقليل الخسائر.
يُقدر الاقتصاديون مزارع الرياح المنزلية بأنها أكثر مشاريع الطاقة فعالية من حيث التكلفة. في المستقبل ، يعدون بالاستقلال عن الاتجاهات السلبية في هذا السوق.
