الفهرس
مقدمة
يشهد القرن الواحد والعشرون تزايداً في الاهتمام بالمصادر البديلة والمستدامة لتلبية احتياجات الطاقة العالمية، ويعكس هذا التحول التوجه نحو الاعتماد على الطاقة المتجددة بشكل أكبر. ويشمل ذلك استخدام طاقة الرياح كواحدة من أبرز وسائل توليد الكهرباء من مصادر متجددة.
يستعرض هذا المقال تفصيلاً شاملًا لعنفات الرياح العمودية، فما هي عنفات الرياح العمودية؟ ما الفرق بين أنواعها؟ وما هي مزاياها؟ وأبرز عيوبها؟
ما هي عنفات الرياح العمودية وبماذا تختلف عن العنفات التقليدية؟
عنفات الرياح العمودية هي نوع من أنواع العنفات التي يكون محور دورانها الرئيسي عمودياً على الأرض وعلى اتجاه الرياح. على عكس عنفات الرياح الأفقية التقليدية أو الأكثر شهرة والتي تحتوي على شفرات تدور حول محور أفقي.
تتميز عنفات الرياح العمودية بعدم حاجتها إلى أدوات أو أجزاء لتوجيه الحركة مثل تلك الموجودة في العنفات الأفقية، مما يجعل حركتها أسهل وأسرع وحتى أن استجابتها لحركة الهواء أسرع.
يمكن استخدام هذا النوع من العنفات في العديد من التطبيقات البسيطة مثل:
- يمكن تثبيتها في الشوارع واستخدامها لتأمين الكهرباء لأعمدة الإنارة.
- تزويد الإشارات المرورية بالطاقة.
- شحن الهواتف والأجهزة الكهربائية البسيطة.
- تستخدم في القوارب واليخوت والمنازل المتنقلة.
- مضخات المياه.
ما هي مزايا وعيوب عنفات الرياح العمودية؟
تتفوق عنفات الرياح العمودية على عنفات الرياح الأفقية بعدة ميزات وهي:
- قدرتها على التقاط الرياح في أي اتجاه دون الحاجة إلى ضبطها أو توجيهها نحو اتجاه الرياح.
- قدرتها على العمل في سرعات رياح منخفضة أو سرعة الرياح المضطربة مما يجعلها مناسبة للبيئات الحضرية والبحرية.
- تصدر ضوضاء أقل بالمقارنة مع العنفات الأفقية كما تضفي طابعاً جمالياً فريداً.
- تصميمها أبسط ويمكن تركيبها بالقرب من الأرض على عكس العنفات الأفقية، مما يقلل من تكاليف المواد والتركيب ويسهل من عملية الصيانة.
تتمثل عيوب عنفات الرياح العمودية بما يلي:
- كفاءتها وإنتاجها للطاقة أقل من عنفات الرياح الأفقية،لأنه العنفات الأفقية بإمكانها إنتاج المزيد من الطاقة لكل وحدة مساحة مجتازة مقارنة بالعنفات العمودية. (المساحة المجتازة هي المساحة الدائرية التي تشكلها العنفات أثناء حركتها بالهواء.)
- قابلية التوسع محدودة، وجودها في الأماكن الحضرية والآهلة يقلل من إمكانية التوسع في حجم المحطة مقارنة بالعنفات الأفقية.
- تعرض عنفاتها للاضطراب بشكل أكبر نظراً لطريقة توجيهها مما يقلل من عمرها ويزيد من الحاجة إلى صيانتها.
- التكلفة العالية، قد تقف التكلفة العالية للمشاريع الكبيرة منها عائقاً أمام انتشارها واستخدامها.
ما هي أنواع عنفات الرياح العمودية وما الفرق بينها؟
عنافات «سافونيوس – Savonius»: العنفات العاملة بالجر
تتكون عنفات سافونيوس من شفرتين أو ثلاث مثبتة على عمود رأسي، وكل شفرة فيه تكون على شكل إسطوانة مزاحة عن المحور مما يجعلها تشبه شكل الحمض النووي كما هو موضح بالصورة. تعتمد هذه العنفات في عملية إنتاج الطاقة على مقاومة تدفق الهواء لتشغيلها، إذ يؤدي ضغط الرياح على سطح الشفرات أو قعر الأخرى على تحركي العنفة.
تتميز هذه العنفات بأنها سهلة البناء والتشغيل، ولكنها تتمتع بكفاءة وإنتاج طاقة منخفضين بسبب بطء دوران شفراتها والتي يستحيل أن تزيد سرعتها عن سرعة الرياح.
عنفات «داريوس – Darrieus»: العنفات العاملة بالرفع
تتكون هذه العنفات من شفرتين أو ثلاث مثبتة أيضاً على عمود رأسي باتجاه الأرض مما يجعل شكلها يشبه شكل خفاق البيض الكهربائي كما هو موضح بالصورة، لكنها تعتمد على قوة رفع الهواء لتحريك الشفرات وإنتاج الطاقة. عادة شفراتها تكون مستقيمة أو ملتوية.
مقارنة بين نوعي عنفات الرياح العمودية:
يوضح الجدول التالي مقارنة بين أنواع عنفات الرياح العمودية:
| الفرق | العنفات العاملة بالجر | العنفات العاملة بالرفع |
| شكل الشفرة | على شكل حرف S | على شكل حرف C أو O |
| الكفاءة | كفاءة أقل من الرفعي | كفاءة أعلى من السحبي |
| مبدأ العمل | تستخدم مقاومة الرياح للحركة | تستخدم قوة الرفع للرياح |
| الصيانة والتركيب | سهل | سهل |
| التشغيل والضوضاء | سهلة التشغيل وشبه معدومة الضوضاء | سهلة التشغيل وشبه معدومة الضوضاء |
| سرعة الرياح | تعمل عند السرعات المنخفضة | تعمل عند السرعات المنخفضة |
عنفات الرياح العمودية البحرية
تحدثنا في مقال سابق عن عنفات الرياح البحرية، التي يتم تركيبها في المسطحات المائية لإنتاج الطاقة الكهربائية، وذكرنا بعض التحديات التي تواجه هذا النوع.
وتمثلت بعض هذه التحديات بالحاجة إلى مسافات كبيرة لتركيبها أضف إلى ذلك ثقل الجزء المسؤول عن توجيه عنفات الرياح البحرية الأفقية والذي يتم تركيبه في الأعلى، بالإضافة إلى ارتفاع تكلفتها بسبب ارتفاع معداتها وصيانتها وتركيبها.
فقامت عدة شركات باختيار عنفات الرياح العمودية لتطبيقها على المسطحات المائية بدلاً من الأفقية، بالتالي تلغي المشاكل التي تواجه عنفات الرياح البحرية مثل تقليل المساحة المستغلة، وتركيب عنفة الرياح يكون أسهل مما يجعل صيانتها أسهل حتى أنه يمكنها أن تستغل مساحات مائية أقل من تلك الأفقية.
كما يسهل استخدام الطاقة الناتجة من عنفات الرياح العمودية البحرية في التطبيقات الموجودة فوق الماء أو تحته.
خلاصة
تمثل طاقة الرياح واحدة من أهم وأبرز طرق إنتاج الطاقة عديمة الانبعاثات بجانب الطاقة الشمسية، وقد ازداد الاهتمام مؤخراً بهذا النوع من الطاقة، سواء في الشرق الأوسط أو الغرب ومثال على أكبر مشاريع طاقة الرياح التي تم تشييدها في الشرق الأوسط مشروع طاقة الرياح في دومة الجندل، السعودية وسعته الإنتاجية 400 ميجاواط، وقريباً مشروع بسعة أكبر يوازي المشاريع العالمية في مصر. أما خارج الشرق الأوسط فإن مشروع «جاينت جولدويند – Giant Goldwind» في الصين وأكبرها وسعته الإنتاجية 16 جيجاواط.
تشكل طاقة الرياح العمودية حلاً مناسباً لاستغلال كل منطقة وكل فراغ لإنتاج الطاقة وذلك بسبب إمكانية استخدامها في المناطق الحضرية، على الرغم من وجود عيوب لهذه الطريقة إلا أنها كغيرها من التقنيات والحلول والتي من الممكن التغلب على المشاكل التي تواجهها بهدف تحقيق أكبر استفادة منها.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد عن الطاقة المتجددة..
نتمنى لكم نهارًا مشمسًا..
المصادر: Arbor Wind, Wind Cycle
