5 تصاميم غير عادية من مولدات الرياح

تتطور طاقة الرياح بنشاط في جميع أنحاء العالم ، ولا يخفى على أحد أن هذه واحدة من أكثر المجالات الواعدة للطاقة البديلة في الوقت الحالي. بحلول منتصف عام 2014 ، بلغت السعة الإجمالية لجميع مولدات الرياح المركبة في العالم 336 جيجاوات ، وتم تركيب وإطلاق أكبر مولد رياح Vestas-164 للرياح العمودية الثلاثة وأعلى قوة في أوائل عام 2014 في الدنمارك. تصل قوتها إلى 8 ميجاوات ، ويبلغ امتداد الشفرات 164 متر.

على الرغم من التكنولوجيا الطويلة الأمد لتصنيع التوربينات الريحية وطواحين الهواء بشكل عام ، يسعى العديد من المتحمسين إلى تحسين التكنولوجيا وزيادة كفاءتها وتقليل العوامل السلبية.

كما هو معروف ، فإن معامل الاستفادة من طاقة تدفق الرياح مولدات الرياح التقليدية في أفضل الحالات ، تصل إلى 30٪ ، فهي صاخبة جدًا وتزعزع توازن الحرارة الطبيعي في المناطق المجاورة ، مما يزيد من درجة حرارة طبقة الهواء السطحي في الليل. كما أنها خطيرة للغاية بالنسبة للطيور وتحتل مساحات واسعة.

ما هي البدائل الموجودة؟ في الواقع ، فإن عمل المخترعين الحديثين لا يعرف حدودًا ، وقد تم اختراع العديد من البدائل المختلفة.

دعونا نلقي نظرة على التصاميم الخمسة الأكثر غرابة من بين أكثر التصميمات البديلة شهرة في هذا المجال لتوربينات الرياح.

منذ عام 2010 ، تقوم شركة Altaeros Energies الأمريكية ، ومقرها معهد ماساتشوستس للأبحاث ، بتطوير جيل جديد من مولدات الرياح. تم تصميم نوع جديد من مولدات الرياح للعمل على ارتفاعات تصل إلى 600 متر ، حيث لا تستطيع مولدات الرياح العادية الحصول عليها. على ارتفاعات عالية ، تهب أقوى الرياح باستمرار ، والتي تكون أقوى من الرياح بمقدار 5-8 مرات بالقرب من سطح الأرض.

المولد عبارة عن هيكل قابل للنفخ ، يشبه المنطاد المنفوخ بالهيليوم ، حيث يتم تثبيت التوربينات ثلاثية الشفرات على المحور الأفقي. تم إطلاق مولد الرياح هذا في عام 2014 في ألاسكا على ارتفاع حوالي 300 متر للاختبار لمدة 18 شهرًا.

يدعي المطورون أن هذه التكنولوجيا ستنتج الكهرباء بقيمة 18 سنتًا لكل كيلو واط / ساعة ، وهو ما يمثل نصف سعر التكلفة المعتادة لطاقة الرياح في ألاسكا. في المستقبل ، قد تكون هذه المولدات قادرة على استبدال محطات توليد الطاقة بالديزل ، وكذلك العثور على التطبيق في المناطق التي توجد بها مشكلات.

في المستقبل ، لن يكون هذا الجهاز مولدًا للطاقة الكهربائية فحسب ، بل سيكون أيضًا جزءًا من محطة الطقس ووسيلة ملائمة لتوفير الإنترنت في المناطق البعيدة عن البنية التحتية المقابلة.

بعد التثبيت ، لا يتطلب هذا النظام وجود أفراد ، ولا يشغل مساحة كبيرة ، وصامت تقريبًا. يمكن التحكم فيه عن بُعد ، ولا يتطلب صيانة إلا مرة واحدة كل عام إلى 1.5 سنة.

يجري تنفيذ قرار آخر مثير للاهتمام لإنشاء تصميم غير عادي لمزرعة الرياح في دولة الإمارات العربية المتحدة. ليس بعيدًا عن أبو ظبي ، يتم بناء مدينة مدسر ، والتي يخططون فيها لبناء مزرعة رياح غير عادية ، يطلق عليها مطورو "Windstalk".

قال مؤسس Atelier DNA ، وهي شركة تصميم مقرها نيويورك تقوم بتطوير التصميم لهذا المشروع ، إن الفكرة الرئيسية كانت العثور على نموذج حركي في الطبيعة يمكن أن يعمل على توليد الكهرباء ، وتم العثور على مثل هذا النموذج. سيتم تركيب 1203 ساق من ألياف الكربون ، ارتفاع كل منها حوالي 55 مترًا ، مع قواعد خرسانية بعرض 20 مترًا ، على بعد 10 أمتار.

سيتم تقوية السيقان بالمطاط ، ويبلغ عرضها حوالي 30 سم عند القاعدة ، وتصل مدتها إلى 5 سم في الأعلى.سيحتوي كل جذع على طبقات متناوبة من الأقطاب الكهربائية والأقراص الخزفية المصنوعة من مادة كهرضغطية تولد تيارًا كهربائيًا عند تعرضها للضغط.

عندما تتأرجح السيقان في مهب الريح ، تتقلص الأقراص وتولد تيار كهربائي. لا ضوضاء من ريش توربينات الرياح ، لا ضحايا بين الطيور ، ولا شيء سوى الريح.

جاءت الفكرة من خلال مراقبة القصب يتمايل في المستنقع.

فاز مشروع Atelier DNA’s Windstalk بالمركز الثاني في مسابقة Land Art Generator التي ترعاها Madsar لاختيار أفضل عمل فني عالمي لتوليد الطاقة من مصادر متجددة.

ستغطي المنطقة التي تشغلها محطة الرياح غير العادية هذه 2.6 هكتار ، ومن ناحية الطاقة ، فإنها تتوافق مع مولد الرياح التقليدي ، وتحتل مساحة مماثلة. النظام فعال بسبب عدم وجود خسائر الاحتكاك الكامنة في النظم الميكانيكية التقليدية.

عند قاعدة كل ساق ، سيكون هناك مولد يحول عزم الدوران من الساق باستخدام نظام لامتصاص الصدمات واسطوانة ، على غرار نظام ليفانت باور المطوّر في كامبريدج ، ماساتشوستس.

نظرًا لأن الريح ليست ثابتة ، سيتم تطبيق نظام تخزين الطاقة بحيث يمكن إنفاق الطاقة المتراكمة حتى في حالة عدم وجود رياح ، وشرح الموظفين العاملين في المشروع.

في الجزء العلوي من كل ساق ، سيتم تثبيت مصباح LED ، يعتمد سطوعه بشكل مباشر على قوة الرياح وكمية الكهرباء المولدة حاليًا.

ستعمل Windstalk على عملية تذبذب فوضوية ، مما يسمح لك بوضع العناصر أقرب إلى بعضها البعض مما هو ممكن مع توربينات الرياح التقليدية من النوع النصل.

يجري تطوير مشروع Wavestalk مماثل لتحويل طاقة التيارات والأمواج في المحيطات ، حيث سيكون هناك نظام مماثل رأسا على عقب تحت الماء.

المشروع ، الذي طورته شركة Saphon Energy من تونس ، وكذلك Windstalk ، هو مولد للرياح الخالية من الشفرة ، لكن هذه المرة يتميز الجهاز بتصميم من النوع الشراع.

هذا المولد الصامت ، الذي يشبه طبق الأقمار الصناعية في الشكل ، كان يطلق عليه اسم السافونية. لا تحتوي على أجزاء دوارة وهي آمنة تمامًا للطيور. تجعل شاشة المولد حركة ذهابًا وإيابًا تحت تأثير الرياح ، مما يخلق تذبذبات في النظام الهيدروليكي.

الهدف من المشروع هو تحسين أداء مولدات الرياح فيما يتعلق باستخدام تدفق الرياح. تسخر الريح نفسها حرفيًا في الشراع ، مما يجعل الحركات الأمامية والخلفية تحت تأثيرها ، في حين لا توجد ريش ، لا دوار ، لا تروس. يسمح لك هذا التفاعل بتحويل المزيد من الطاقة الحركية إلى طاقة ميكانيكية باستخدام المكابس.

يمكن تجميع الطاقة في مراكم هيدروليكية ، أو تحويلها إلى طاقة كهربائية عن طريق مولد ، أو يمكن إدخال بعض الآلية في الدوران بمساعدتها. إذا كان لمولدات الرياح العادية كفاءة بنسبة 30 ٪ ، فإن هذا النوع من المراكب الشراعية يعطي كل 80 ٪. كفاءتها تفوق طواحين الهواء من الريش بنسبة 2.3 مرة.

نظرًا لعدم وجود مكونات باهظة الثمن ، كما هو الحال في توربينات الرياح (الشفرات والمحاور وصناديق التروس) ، في حالة Saphonian ، يتم تخفيض تكاليف المعدات إلى 45٪.

يتميز الشكل الديناميكي للصفراء بميزة أن التيارات الهوائية المضطربة لها تأثير ضئيل على جسم الشراع ، كما أن القوة الديناميكية الهوائية تزيد فقط. بسبب الاضطرابات ، لا يتم استخدام توربينات الرياح في المناطق الحضرية ، ويمكن أيضًا استخدام السافونية هناك. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقليل العوامل الصوتية والاهتزازية الضارة. حصلت Saphon Energy على جائزة KPMG للابتكار.

تم تطبيق مقاربة ثورية أخرى لاستخدام طاقة الرياح في عام 2008 من قبل مخترع - متحمس من ولاية كاليفورنيا.إن حجم مولدات الرياح الكبيرة للمدن الصغيرة بحجم مبنى مكون من 30 طابقًا ، بينما تصل شفراتها إلى حجم أجنحة بوينج 747.

هذه المولدات العملاقة تنتج بالتأكيد الكثير من الطاقة ، ولكن إنتاج ونقل وتركيب هذه الأنظمة معقدة ومكلفة. على الرغم من ذلك ، تنمو الصناعة بأكثر من 40 بالمائة كل عام. هذا ما فكر فيه داغ سيلسام من كاليفورنيا قبل تحديد هدفه الطموح. قرر أنه من الواقعي الحصول على المزيد من الطاقة باستخدام مواد أقل.

من خلال تثبيت عشرات أو عدة عشرات من الدوارات الصغيرة على عمود واحد متصل بمولد واحد ، حقق دوغ هدفه في النهاية. قام بتوصيل أحد أطراف العمود الطويل بالمولد ، وأطلق الطرف الآخر في المرتفعات على البالونات بالهيليوم. النظام يعمل كما هو متوقع.

في الكتب المدرسية ، قرأ دوغ أن التوربينات ذات الدور الواحد كافية للحصول على الحد الأقصى ، ولكن لدى دوغ شكوك. لقد فكر بطريقة أخرى: كلما زادت الدوارات ، زادت طاقة الرياح المتاحة للاستخدام.

إذا كان كل دوار موجودًا في الزاوية اليمنى ، فسيتلقى كل دوار رياحه الخاصة ، مما سيزيد من كفاءة التوليد.

بالطبع ، يؤدي هذا إلى تعقيد الفيزياء ، لأنه من الضروري الآن التأكد من أن كل دوار يصطاد مجرى الهواء الخاص به ، وليس فقط التيار من الدوار القريب. كان من الضروري معرفة الزاوية المثلى للعمود بالنسبة للرياح والمسافة المثالية بين الدوارات. وفي النهاية ، تم الحصول على المكسب باستخدام مواد أقل.

في عام 2003 ، حصل المخترع على منحة قدرها 75000 دولار من هيئة الطاقة في كاليفورنيا لتطوير توربين بقوة 3000 واط مع سبعة دوارات. تم حل المهمة بنجاح ، وقد باع Dag Selsam بالفعل أكثر من 20 من توربيناته ذات الدوران بقوة 2000 واط إلى العديد من مالكي المنازل. بنى هذه الأجهزة في مرآب بلده.

كانت فكرة دوغ واحدة من الأفكار القليلة التي لديها بالفعل كل فرصة لتحقيق نجاح كبير في العالم التجاري. يقول Selsam إن الدوران هما مجرد البداية. من المحتمل أنه سيشاهد في يوم من الأيام توربيناته الطويلة لعدة أميال عبر السماء.

يقول المخترع: "يمكننا أن نذهب إلى أبعد من ذلك ونصنع توربينات أقوى بكثير باستخدام هذه التكنولوجيا ، وهذا سيتجاوز أعنف الأوهام لشركة جنرال إلكتريك.

توصلت شركة أرخميدس ومقرها روتردام بهولندا إلى مفهومها الخاص عن توربينات الرياح غير العادية التي يمكن تثبيتها مباشرة على أسطح المباني السكنية.

وفقًا لمؤلفي المشروع ، يمكن أن يوفر التصميم الفعال للضوضاء المنخفضة منزلًا صغيرًا مزودًا بالكهرباء ومجمعًا من هذه المولدات ، يعمل جنبًا إلى جنب مع الألواح الشمسية القياسية، قادرة على الحد تماما إلى الصفر الاعتماد على مبنى كبير على المصادر الخارجية للكهرباء. وتسمى توربينات الرياح الجديدة ليام F1.

يمكن تثبيت التوربينات الصغيرة التي يبلغ قطرها 1.5 متر ويزن حوالي 100 كجم على أي جدار أو سقف مبنى سكني. عادة ، يبلغ ارتفاع الأسطح المدرجات 10 أمتار ، وتكون الرياح في الجنوب دائمًا في الجنوب الغربي. هذه الشروط كافية لوضع التوربين بشكل صحيح على السطح ، واستخدام طاقة الرياح بشكل فعال.

يتم حل مشكلتين لمولدات الرياح التقليدية هنا: ضجيج توربينات الشفرة التقليدية والتكلفة العالية لتركيب معدات ضخمة. في مولدات الرياح التقليدية ، غالبًا ما تؤتي تكاليف التركيب ثمارها. مستوى الضوضاء في التوربينات Liam حوالي 45dB ، وهذا هو أكثر هدوءا من ضجيج المطر (ضجيج المطر في الغابة هو 50dB).

في شكل يشبه قذيفة من الحلزون ، التوربينات ، مثل دوامة الطقس ، تتحول في مهب الريح ، والتقاط تدفق الهواء ، والحد من سرعته ، وتغيير الاتجاه. يدعي مدير الشركة Marinus Miremeta أن كفاءة التوربينات المبتكرة تصل إلى 80 ٪ من أقصى كفاءة ممكنة نظريا في طاقة الرياح. وهذا بالفعل ما يكفي.

في هولندا ، تستهلك الأسرة المتوسطة 3300 كيلو واط ساعة من الكهرباء سنويًا.وفقًا للمطورين ، يمكن توفير نصف هذه الطاقة بواسطة توربين Liam F1 بسرعة رياح لا تقل عن 4.5 م / ث.

يمكن وضع ثلاثة توربينات من هذا القبيل على رؤوس المثلث على سطح المنزل ، ثم يتم تزويد كل توربينات بالرياح ولن تتداخل مع بعضها البعض ، ولكن على العكس من ذلك سوف يساعد بعضها البعض.

إذا كنا نتحدث عن التركيب في مدينة حيث توجد تدفقات مضطربة ، تقترح الشركة المصنعة رفع مولدات الرياح قليلاً مثبتة على أسطح المدينة ، وتثبيتها بأعمدة حتى لا تتداخل جدران المنازل المجاورة مع تدفقات الرياح.

التكلفة التقديرية للتوربين الجديد مع التثبيت 3999 يورو. نظرًا لأن حجم الجهاز يزيد عن متر واحد ، فقد تكون هناك حاجة إلى ترخيص خاص لاستخدامه ، وبالتالي ، في أكثر الحالات تطرفًا ، تنتج الشركة أيضًا توربينات مصغرة من نوع Liam يبلغ قطرها 0.75 متر.

يخطط المصنعون لاستخدام توربيناتهم ليس فقط لتزويد المباني السكنية والصناعية بالطاقة ، ولكن أيضًا لتزويد السفن البحرية بالطاقة.

كما ترون ، هناك الكثير من البدائل المثيرة للاهتمام من الشركات المصنعة لمولدات الرياح.