لاحظنا أنه لدى طاقة الرياح أيضاً كثافة طاقة منخفضة وثرواتها الكامنة موزعة بشكل غير متساو. لقد استُخدمت طاقة الرياح منذ قرون عدة، مبدئياً على شكل طواحين هوائية لتأمين القدرة من أجل طحن الحبوب، ولسحب الماء من الأرض المنخفضة في هولندا وأجزاء من إنجلترا، في بداية القرن العشرين قبل أن تؤدي إنارة الريف إلى توافر الكهرباء المولدة عن طريق شركات الكهرباء، استخدمت مزارع كثيرة في أميركا الشمالية طواحين هوائية صغيرة لتوليد الكهرباء محلياً. غير أن كل هذه الطواحين اختفت عندما أصبحت الكهرباء الرخيصة من محطات الطاقة الكبيرة متوافرة بشكل كبير حوالى منتصف القرن السابق وعند دخولنا القرن الحادي والعشرين، رجعت طاقة الرياح إلى الظهور، وهي حالياً المصدر الأكثر أهمية للكهرباء المولدة من مصادر متجددة (غير الطاقة المائية). وإن طواحين الهواء الجديدة (أو التوربينات الرياحية كما يفضل المصنعون تسميتها هي أكبر بكثير مما كانت عليه في الماضي، وهي الآن متوافرة بأحجام حتى 4.5 ميغا واط كهربائي كقدرة عظمى، وبوحدات حتى 5 ميغا واط هي الآن في مرحلة التطوير، ما زال هناك في أوروبا بشكل خاص تبن واسع لطاقة الرياح كمصدر للكهرباء بالنسبة إلى شركات الكهرباء الرئيسة حيث كانت ألمانيا والدنمارك سباقتين في استخدام طاقة الرياح. تمتلك ألمانيا السعة الاستطاعية الأكبر في العالم لنظم طاقة الرياح المركبة، بينما تنتج الدنمارك 20 في المئة تقريباً من إجمالي طاقتها الكهربائية طاقة من الرياح. ولا يزال هناك نمو هائل في مقدار القدرة العظمى لنظم طاقة الرياح في السنوات الأخيرة، بالأخص في أوروبا، كما يمكن أن يستنتج من الجدول 1 (جمعية طاقة الرياح الأوروبية.(2005  إلا أن كمية الطاقة المساهمة من هذا المصدر ما زالت تشكل جزءاً صغيراً جداً فقط من مجمل الطلب على الطاقة الكهربائية، بسبب معامل السعة المنخفض لطاقة الرياح. في عام 2003، مثلاً، كان إجمالي الطاقة المولدة من الرياح 0.5 في المئة فقط من إنتاج الطاقة الكهربائية العالمي.

المصدر : European Wind Energy Association .

تستفيد التوربينات الرياحية الكبيرة، التي تركب حالياً، المواد الخفيفة الحديثة لتخفيض أوزانها وكلفتها، وكذلك تستفيد أيضاً المولدات الحديثة وتصميم نظم التحكم لتحسين أدائها. تستفيد هذه التوربينات عادةً من التحكم بزاوية أجنحة الدوار (المروحة) للتوربين، بالإضافة إلى تصاميم لمولد متغير السرعة ومن دون علبة سرعة (تروس) للتكيف مع سرعات الرياح المتغيرة، يبين الشكل(1) (2005 ,Enercon)، صورة لأحد أكبر التوربينات الرياحية المتوافرة حالياً، (موديل E112 من (Enercon) الذي تم تركيبه قرب ماغديبرغ في ألمانيا، بقدرة عُظمى 4.5 ميغا واط. لدى هذه الوحدة الكبيرة جداً يساوي قطر الدوار 114 متراً، ما يعطي مساحة مسح للدوار تساوي 10207 أمتار مربعة وبارتفاع لمركز الدوار حوالى 124 متراً عن سطح الأرض. إن وجود مثل هذا الارتفاع المركز الدوار يقدم حسنة مهمة وهي أن الدوّار موضوع في الحد الأعلى من طبقة الهواء الحدية (Boundary Layer) الأرضية حيث يكون متوسط سرعة الرياح أعلى بكثير. يُبنى الدوّار من مواد الألياف الزجاجية المقوّاة بصمغ الإيبوكسي الخفيفة الوزن، ويدور بسرعة متغيرة بين 8 و 13 دورة في الدقيقة. ويصمم التوربين ليعمل بسرعة رياح دنيا 2.5 متر في الثانية، وسرعة توقف عند حوالى 30 متراً في الثانية لحماية التوربين والمولد من الضرر.

الشكل (7-4) توربين رياحي كبير 4.5 ميغا واط.

المصدر : Enercon

على الرغم من أنه تم تركيب توربينات رياحية كثيرة كدفعة تركيبات واحدة لتوضح بشكل رئيس التكنولوجيا، فإن التوجه الآن هو لبناء مزارع رياحية بتوربينات رياحية واقعة في منطقة ذات متوسط سرعة رياح عال. هذه المزارع الرياحية يمكن أن تكون محددة على الأرض، عادةً في مناطق نائية حيث يوجد تداخل قليل مع النشاطات البشرية، لكن بشكل متزايد يتم بناء مزارع رياحية في المياه على بعد من الشاطئ (Off-Shore) في قواعد البحر الضحلة المناطق الساحلية. هناك تحديات تشييد إضافية مع هذه المناطق، بالطبع، حيث يجب بناء الأساسات تحت الماء والأبراج بحيث تستطيع تحمل تلاطم الأمواج الشديدة، بالإضافة إلى سرعات الرياح العالية. وهناك فوائد كبيرة لكون سرعات الرياح أعلى بكثير عادةً في المناطق الساحلية حيث المياه المكشوفة تسمح للرياح بالتكوّن مع قليل من التداخل المحيطي. كذلك استفادت تقنيات التشييد والتصميم في مياه الشواطئ من الخبرة الكبيرة المكتسبة على مدى عقود عديدة من جراء بناء معدات استخراج النفط والغاز في المياه بعيداً عن شاطئ البحر، هناك فائدة أخرى من مواقع مياه الشواطئ وهي عادة بعيداً كثيراً عن النشاطات البشرية المهمة، وهكذا  التوربينات  تميل لتكون مقبولة أكثر للسكان المحليين يبين الشكل (2) (مزرعة ميدلغرندن الرياحية(2005 - وهي صورة لأحد أكبر المزارع الرياحية

الشكل (2) المزرعة الرياحية البحرية في ميدلغرندن،الدنمارك

المصدر: مزرعة ريح ميدلغرندن.

البحرية التي تم بناؤها حتى الآن في ميدلغرندن قرب كوبنهاغن في الدنمارك. تتألف هذه المنشأة المثيرة في قطاع أوريسوند، التي تفصل الدنمارك عن السويد من 20 توربيناً تؤمن قدرة إجمالية تساوي 40 ميغا واط، وتؤمن حوالى 4 في المئة من استهلاك الطاقة الكهربائية السنوي لكوبنهاغن.

 باعتبار أن مساهمة طاقة الرياح، كالطاقة الشمسية أو أي مصدر طاقة آخر متقطع يحتاج المرء إلى أن يكون حريصاً على عدم الخلط بين القدرة العظمى للتوربين الرياحي وكمية الطاقة المولدة تمثل القدرة العظمى للتوربين الرياحي القدرة التقديرية (بالميغا واط) التي يمكن توليدها بواسطة التوربين عند سرعة الرياح الاسمية المصمم عندها. بسبب الطبيعة المتقطعة لطاقة الرياح فإن سرعات الرياح عند، أو فوق سرعة الريح التصميمية، تظهر فقط في جزء من السنة. تقدر الطبيعة المتقطعة لمساهمة الطاقة الرياحية لتوليد الطاقة الكهربائية بواسطة «معامل السعة للتوربين. حيث يمثل معامل السعة نسبة جزء الطاقة المولدة فعلياً (بالميغا واط (ساعة) بواسطة التوربين الرياحي على مدى فترة معينة (عادةً سنة واحدة) إلى الطاقة العظمى التي يمكن توليدها نظرياً إذا جَرَت الرياح عند السرعة التصميمية، أو أعلى على مدى هذه الفترة. يتراوح عادةً هذا المُعامل بين 20 و30 في المئة بالنسبة إلى التوربينات الفردية، على الرغم من أنها تعتمد طبيعياً على الموقع المحدد بالنسبة إلى عام 2003 قدرت وكالة الطاقة الدولية (2005) أن الإنتاج الإجمالي العالمي لطاقة الرياح وصل إلى 84.7 تيرا واط ساعة، أو 0.51 في المئة من 16666 تيرا واط ساعة من الكهرباء المولدة من جميع المصادر باستخدام إجمالي قدرة الرياح المركبة، 40301 ميغا واط في عام 2003 المبينة في الجدول (1، كان إجمالي معامل السعة العالمي للتوربينات الرياحية في عام 2003، 24 في المئة. وبالمقارنة، فإن منشأة طاقة كبيرة تعمل بالوقود الأحفوري، أو محطة طاقة نووية، سوف تمتلك بشكل طبيعي معامل سعة يتراوح بين 80و 90 في المئة، ما يدل على استفادة أفضل للمنشأة على أساس سنوي. إن مُعامل السعة المنخفض للتوربينات الرياحية يبين أيضاً الحاجة إلى الاختيار بحرص لموقع المزرعة الرياحية يضمن أنها في منطقة يكون فيها جزء كبير من أيام السنة ذو رياح عالية.

تستلزم الطبيعة المتقطعة لطاقة الرياح أيضاً وجود احتياطي كبير لقدرة احتياطية أو تخزين متوافر للطاقة ليضمن مصادر كهربائية موثوقة خلال فترات النشاط الرياحي المنخفض. لن تكون هذه عادة مشكلة رئيسة عندما تشكل القدرة العظمى لنظم طاقة الرياح نسبة صغيرة من القدرة العظمى لإجمالي النظام، حيث توجد عادة قدرة عظمى زائدة وكافية لتضمن أن إجمالي الطلب على القدرة يمكن تلبيته. لكي نستبدل القدرة العظمى المستقرة لمحطات الوقود الأحفوري والوقود النووي بالتوربينات الرياحية، تحتاج القدرة العظمى المركبة إلى أن تكون أكبر بكثير من تلك التي تعود إلى محطات أخرى يُراد استبدالها بهذه التوربينات بالطبع إن إحدى المسائل مع مصادر الطاقة المتقطعة هو القلق من إمكانية عدم وجود قدرة متوافرة خلال فترات الطلب العالية بسبب غياب الرياح مثلاً. إن مناصري طاقة الرياح يحاولون برهنة أنه طالما أن منظومات طاقة الرياح المركبة متوزعة جغرافياً، من المفروض أن يوجد دائماً على الأقل، بعض الإسهامات متوافرة من التوربينات الرياحية وقد بيّنت الدراسات أن القدرة العظمى الرياحية المطلوبة لتحل محل القدرة العظمى لمحطة حرارية، من المفروض أن تتناسب مع الجذر التربيعي للقدرة العظمى لهذه المحطة، كما هو مبين في الشكل (3) . (1986 ,Grubb) مثلاً، سوف يكون مطلوباً حوالي 9 جيغا واط تقريباً قدرة عظمى لنظام رياحي لتحل محل 3 جيغا واط قدرة عُظمى لمحطات الوقود الأحفوري أو النووي. وعلى الرغم من أن الدنمارك قد حققت دخول 20 في المئة من طاقة الرياح إلى شبكتها الكهربائية، فإن هذا الأمر لم يكن ممكناً بدون الربط الكهربائي بدول الجوار: النرويج والسويد وألمانيا، حيث يمكن الاعتماد على هذه الدول للتزود بالقدرة الاحتياطية عندما تكون سرعة الرياح منخفضة.

إن التوسع الحديث السريع في طاقة الرياح عالمياً هو يعود جزئياً إلى التطورات الفنية في تصميم وبناء توربينات كبيرة متعددة الميغا واط، التي أدت إلى تخفيض كلفة الوحدة (الكيلو واط ساعة) للكهرباء المولدة رياحياً. يتم تعزيز هذا التخفيض للكلفة عندما تجمع

كل (3) إزاحة القدرة العظمى للمحطات الحرارية بزيادة دخول القدرة الرياحية.

المصدر: M. J. Grubb, "The Integration and Analysis if Intermittent Sources on Electicity supply Systems," (Ph.D. Thesis, Cambridge University, 1986).

هذه التوربينات مع بعضها البعض في مزارع رياحية، التي لديها تأثيرات إضافية، بسبب اقتصاد الحجم، في تخفيض تكاليف الكهرباء. وتم حدوث هذا التوسع أيضاً في القدرة العظمى لطاقة الرياح كنتيجة للكلفة المتزايدة للوقود الأحفوري بالأخص الغاز الطبيعي الذي يُستخدم تقليدياً لتوليد الكهرباء، بالإضافة إلى التأثيرات البيئية المترافقة مع حرق هذا الوقود إن كلفة الإنشاء الحالية لبناء مزرعة رياحية كبيرة تتراوح تقريباً بين 1000 - 2000 دولار تقريباً لكل كيلو واط مركب، الذي يعادل تكاليف بالكيلو واط المركب) محطة كهربائية تعمل على الفحم الحجري. هذه التكاليف لا يمكن أن تستخدم مباشرة لمقارنة كلفة إنتاج الطاقة، حيث إن معامل السعة المنخفض كثيراً في حالة التوربينات الرياحية يعني أن تكاليف الإنشاء لها تأثير أكبر بكثير في سعر وحدة الكهرباء النهائية. وإن كلفة الإنشاء المنخفضة بالكيلو واط ساعة المُولّدة بواسطة محطة وقود أحفوري هي فقط أحد العناصر المؤثرة في كلفة الوحدة الكهربائية، مع كون كلفة الوقود هي العامل الرئيس. وقدّرت كلفة الوحدة الحالية للكهرباء المولدة رياحياً على أنها تتراوح بين 5 سنتات أميركية و12 سنتاً بالكيلو واط ساعة، لكنها تعتمد على المكان المحدد المختار أيضاً تم تشجيع استثمار طاقة الرياح في مناطق عديدة بواسطة دعم حكومي مباشر أو غير مباشر. ففي الولايات المتحدة مثلاً، يمكن الحصول على مساعدة ضريبية فيدرالية تساوي 1.5 سنتات أميركية لكل كيلو واط ساعة من إنتاج الكهرباء المُولّدة رياحياً خلال أول عشر سنوات. عند تقديرات كلفة الوحدة الدنيا تكون طاقة الرياح الآن منافسة لمعظم الطاقة المولدة بالوقود الأحفوري، وهذا يعتبر صحيحاً، بالأخص مع الارتفاع السريع مؤخراً في سعر الغاز الطبيعي. من المحتمل أن يتم تخفيض هذه الأسعار أكثر خلال العقد القادم، وسوف تصبح طاقة الرياح عنصراً مهماً في التوليد المتنوع لدى العديد من الشركات الكهربائية.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

مستشفى الكفيل يدخل قائمة الاعتماد الدولية بجودة الخدمة وسلامة المرضى

جامعة العميد تقيم ورشة عمل تدريبية في مجال التعليم الطبي الحديث

سماحة السيد الصافي يدعو إلى الاستمرار في تحقيق تراث العلماء الأعلام وتسليط الضوء على فكرهم

شعبة الخطابة الحسينية تختتم الموسم الثامن من مشروع الدورات الصيفية في كربلاء

المزيد

الآخبار الصحية

الأطعمة الحارة.. "سر صغير" يغير صحة قلبك وعقلك

وباء صامت.. الملايين حول العالم مصابون بالسكري دون أن يعلموا !

لماذا ينصح بتناول تفاحة يوميا؟

8 فواكه طبيعية تمنحك نوما هنيئا.. وتخلصك من الأرق

المزيد

الآخبار التكنلوجية

ثلاث علامات على وجود مشاكل خطيرة في محرك السيارة ؟

ماذا نعرف عن اللقاح الروسي ضد السرطان؟

مركبة فضاء تعثر على دليل عن وجود حياة قديمة على المريخ

لتدريب الذكاء الاصطناعي.. الصين تخطط لإنشاء شبكة حوسبة موحدة

المزيد

مواضيع ذات صلة

مصادر جديدة للنفط والغاز

عمليات معالجة الفحم النظيفة

مصادر الطاقة المتجددة

طاقة الكتلة الحيوية

مفاعلات الماء الثقيل

الطلب العالمي على الطاقة

الطاقة والبيئة (الطاقة الأحفورية وتلوث الهواء: من الأثر المحلي إلى التغير المناخي العالمي)

بين التكيف والتلطيف: الاستجابات الفيزيائية لتحدي الاحترار العالمي (التكيف والتلطيف)

الاهتمامات البيئية المحلية

الطاقة الكهرومائية

الطاقة الجيوحرارية

ميزان الطاقة