ما هي طاقة الرياح وكيف تستخدم

من بين مصادر الطاقة المتجددة تعد طاقة الرياح هي الأسرع نموًا في السنوات القليلة الماضية ، وذلك بسبب انخفاض تكلفة توربينات الرياح والفوائد البيئية لاستخدام الرياح .

ويعد استخدام الرياح من أقدم الممارسات التي عرفتها البشرية واستفادت منها ، حيث أن الرياح وفيرة ومجانية ولا تؤدي إلى أي نوع من التلوث البيئي أو التغير المناخي ، وتتمتع طاقة الرياح بقدرات لا تمتلكها مصادر الطاقة التقليدية ، كما أن تكاليف تشغيلها المنخفضة تجعلها جذابة للمستثمرين .

ما هي الرياح ؟

الرياح هي أحد الظواهر الجوية الطبيعية والتي يمكن تفسيرها بأنها تحرك كتل هوائية بسرعة عينة واتجاه معين ، وهي تنتج عن اختلاف درجات الحرارة على سطح الكوكب ، حيث يرتفع الهواء الساخن ويخلق مكانه مكان به ضغط جوي منخفض مليء بالهواء البارد (الأعلى كثافة) ، وعند وجود اختلافات كبيرة في درجات الحرارة تصبح الرياح أقوى .

وتتمتع الرياح بخصائص مثل السرعة والاتجاه والاضطراب ، كما أن سرعتها يمكن أن تتغير مع تغير ارتفاعها واتجاهها أيضًا .

تتأثر الرياح بعوامل عالمية وعوامل محلية
فالرياح العالمية تعتمد على الخصائص العالمية للمناخ ، وهي أكثر ثباتًا ولا تتغير إلا مع المواسم ، أما الرياح المحلية فتعتمد على التغيرات المناخية المحلية ، كما تعتمد على أمور مثل الجبال والبحيرات والبحار وأشياء أخرى مماثلة ، فكتل الجبال من الأشياء التي تساعد في خلق تيارات هوائية ، فعندما تقوم الشمس بتسخين منحدرات الجبال ، فإن الهواء تنخفض كثافته ويرتفع نحو القمة مما يخلق تيارات هوائية ، ونفس الأمر يحدث حول الكتل البحرية مثل المحيطات .

تتغير سرعة الرياح خلال ساعات الليل
عندما تدور الأرض (يحدث ما يسمى بتأثير كوريوليس) ويحدث تبريد بسبب انتقال خط الاستواء نحو القطبين ، مما يؤدي إلى اكتساب الرياح العالمية سرعة وتتحر من الشمال الغربي إلى الجنوب الشرقي .

كما يتم تسخين المناطق المحيطة بخط الاستواء (عند خط عرض 0) أكثر من أي نقطة أخرى على الكوكب ، مما يؤدي لارتفاع الهواء الساخن فوق الهواء البارد حتى تصل إلى ارتفاع حوالي  10 كم (6.2 ميل) فوق مستوى سطح البحر ، وبعد ذلك تتحرك نحو القطبين الشمالي والجنوبي ، وإذا لم تكن الأرض تدور ، فإن الهواء الساخن سوف يذهب مباشرة إلى القطب الشمالي ثم يبرد ويعود لخط الاستواء .

كما أن طبيعة التضاريس على الأرض وفي المناطق القريبة والبعيدة عن الرياح تلعب دورًا كبيرًا في التأثير على ديناميكيات النظام الذي يحرك الرياح بأكمله .

استخدام طاقة الرياح

إن العوامل الرئيسية التي تؤدي إلى استخدامنا لطاقة الرياح كأحد مصادر الطاقة المتجددة هي :

• ظروف الأرصاد الجوية .
• الطريقة المستخدمة لتحول الطاقة الحركية (حركة توربينات الرياح) إلى طاقة كهربية .
• طريقة استخدام الطاقة الناتجة في الشبكات الكهربائية القائمة .
• الفاعلية الاقتصادية لاستخدام طاقة الرياح .

ويتطلب الاستخدام الفعال لطاقة الرياح سواء باستخدام مولدات رياح وتوربينات مستقلة أو كمزرعة رياح مجتمعة نوع من المهنية والدقة المتناهية ، حيث أن أي خطأ مهني في حساب أماكن التوربينات واتجاه الريح ونوع المولدات أو غيرها ، يمكن أن يؤدي إلى زيادة تكاليف الكهرباء الناتجة بمقدار 200% .

مشاكل تقنية تمنع استخدام طاقة الرياح

يشكل اتساق واتجاه حركة الرياح عائق أمام استخدام هذه التقنية ، كما يلعب تركيز الرياح دورًا حيويًا في الاستخدام الصناعي لهذه الطاقة ، وتعد أفضل الطرق للاستفادة من طاقة الرياح هي استخدام التوربينات الرياح الكبيرة ، التي يتم وضعها أعلى أبراج مستقرة ، ويتم وصف قوة توربين الرياح بطول قطر المروحة الدوارة ، فكلما زاد قطر الدوارن ، كلما غطى مساحة أكبر وبالتالي أصبح معرض لكمية أكبر من الرياح .

أسباب اختيار توربينات الرياح ذات القطر الأكبر 

من الناحية الاقتصادية تعتبر التوربينات ذات القطر الأكبر أكثر ربحية ، حيث أن تكلفة بنائها وتوصيلها بشبكات الكهرباء والطرق تكون أرخص .

كما أن التوربينات الكبيرة تكون مثالية للاستخدام في المناطق الخارجية المفتوحة ، حيث يمكن الاستفادة من طاقة الرياح مع وجود عقبات أقل في الطريق مثل الجبال والأشجار والمباني وغيرها .

كما أنها مثالية في المناطق التي لا يوجد بها تضاريس .

التأثير على البيئة  

إن الشيء الرائع في طاقة الرياح هي أنها لا تعتمد على الوقود الذي يطلق انبعاثات في الهواء ، كما أن محطات الطاقة التقليدية تعتمد على استخدام المياه للتبريد ، حيث يتم استخدام 14 مليون لتر سنويًا من الماء في الطرق التقليدية لتوليد الطاقة ، ولكن طاقة الرياح لا تستخدم الماء نهائيًا .

ولكن كان هناك بعض الاعتراضات على تأثير توربينات الرياح على الطيور والخفافيش ، ولكن لو وضعنا ذلك في الاعتبار نجد أن النوافذ الزجاجية على المباني أكثر ضررًا على الطيور من الرياح ، كما أنه قبل بناء توربينات الرياح يتم وضع أنماط هجرة الطيور في الاعتبار حتى يتم بناء التوربينات خارج مسار الهجرة .

وحاليًا يعمل العلماء على إيجاد طلاء للمراوح الدوارة ، يتم اكتشافه بواسطة الخفافيش ، لمنع اصطدامها بالدوارات .