المكونات الرئيسية لتوربينات الرياح
يتكون توربين الرياح من خمسة مكونات رئيسية والعديد من الأجزاء الثانوية. المكونات الرئيسية هي القاعدة، والبرج، والدوار والمحور (بما في ذلك الشفرات الثلاث)، وهيكل المحرك، والمولد. يتطلب تركيب جميع هذه المكونات استخدام معدات تركيب خاصة بكل توربين رياح.
1. أساس توربينات الرياح
بالنسبة لتوربينات الرياح البرية، يكون أساسها على الأرض؛ وهو غير مرئي لأنه مغطى بالتراب. وهو عبارة عن كتلة خرسانية كبيرة وثقيلة، ويجب أن تكون قادرة على دعم توربين الرياح بأكمله والقوى المؤثرة عليه. أما في توربينات الرياح البحرية، فإن الأساس يكون غير مرئي أيضًا تحت الماء. أما بالنسبة لتوربينات الرياح البحرية البعيدة عن اليابسة، فإن الأساس عائم ولكنه يتمتع بكتلة كافية لدعم وزن توربين الرياح والحفاظ عليه، بالإضافة إلى القوى المؤثرة عليه.
2. برج توربينات الرياح
تُصنع معظم أبراج توربينات الرياح الحديثة من أنابيب فولاذية مستديرة. والقاعدة العامة في أبراج توربينات الرياح هي أن ارتفاعها يساوي قطر الدائرة التي تُشكلها دوران شفرات التوربين الذي تحمله. وبشكل عام، كلما كان التوربين أطول، كان من الأسهل التقاط الرياح عالية السرعة. ويرجع ذلك إلى أن الرياح كلما ابتعدنا عن الأرض، زادت قوتها (وتختلف سرعات الرياح باختلاف الارتفاعات).
3. دوار ومحور توربينات الرياح
الدوار هو الجزء الدوار من التوربين، ويتكون من ثلاث شفرات وجزء مركزي يُسمى المحور، تُثبت عليه الشفرات. تُعد شفرات توربينات الرياح من أهم أجزائها، وهي مسؤولة عن تحويل طاقة الرياح إلى طاقة حركية دورانية. عادةً ما تُصنع شفرات توربينات الرياح من ألياف زجاجية وألياف كربونية عالية القوة لتحمل الرياح والعواصف القوية. على الرغم من أن الشفرات الثلاث هي الأكثر شيوعًا، إلا أنه ليس من الضروري أن تحتوي توربينات الرياح دائمًا على ثلاث شفرات. ومع ذلك، توفر الدوارات ثلاثية الشفرات مزايا مثل الكفاءة المثلى.
الشفرات ليست قوية؛ فهي مجوفة ومصنوعة من مواد مركبة خفيفة الوزن وقوية. التوجه هو جعلها أكبر (لزيادة القوة) وأخف وزنًا وأقوى. لأغراض الديناميكية الهوائية، تُصمم الشفرات على شكل أجنحة (مثل أجنحة الطائرة). بالإضافة إلى ذلك، فهي ليست مسطحة، وسيتم تصميمها بحيث يكون هناك التواء بين جذرها وطرفها. يمكن للشفرات الدوران حتى 90 درجة حول محورها. تُسمى هذه الحركة "الميل". وظيفة المحور هي تثبيت الشفرات والسماح لها بالدوران بالنسبة لبقية جسم توربين الرياح.
4. غلاف توربينات الرياح
تحتوي قاعدة التوربين على جميع مكونات توربين الرياح التي يجب تركيبها في الأعلى. قاعدة التوربين عبارة عن نظام كهروميكانيكي معقد يتألف من عدد كبير من المكونات التي تعمل بدقة وفعالية. أهم مكونات توربين الرياح هي المولد والعمود الرئيسي، الذي ينقل الطاقة من الرياح المجمعة إلى المولد عبر علبة تروس. تُعد علبة التروس مكونًا مهمًا آخر في توربين الرياح. بما أن توربين الرياح يجب أن يعمل في اتجاه الريح ويحتاج إلى تعديل اتجاهه وفقًا لاتجاه الرياح، يجب أن يكون دواره قادرًا على الدوران بالنسبة للبرج، وهي حركة دورانية تُسمى الانحراف.
5. مولدات توربينات الرياح
المولد الكهربائي هو مُكوّن يُحوّل الطاقة الميكانيكية للدوار (المُستمدة من الرياح) إلى طاقة كهربائية. للمولدات نفس بنية المحركات الكهربائية، وعادةً ما تكون مصنوعة من مغناطيسات دائمة أو مغناطيسات كهربائية. تؤثر التغيرات في سرعة المولد الكهربائي على مقدار واستقرار جهد الخرج.
على الرغم من وجود العديد من أنواع توربينات الرياح المختلفة، إلا أنه يمكن تلخيصها في فئتين
توربينات الرياح ذات المحور الأفقي، حيث يكون محور دوران توربين الرياح موازيا لاتجاه الريح.
توربينات الرياح ذات المحور الرأسي، حيث يكون المحور الدوراني لتوربين الرياح عموديًا على الأرض أو اتجاه تدفق الهواء.
توربينات الرياح ذات المحور الأفقي
يتم تصنيف توربينات الرياح ذات المحور الأفقي إلى نوعين: نوع الرفع ونوع السحب.
تدور توربينات الرياح الرفعية بسرعة، بينما تدور توربينات السحب ببطء. لتوليد طاقة الرياح، تُستخدم غالبًا توربينات الرياح الرفعية ذات المحور الأفقي. تحتوي معظم توربينات الرياح ذات المحور الأفقي على نظام مضاد للرياح، يمكنه الدوران مع تغير اتجاه الرياح. في توربينات الرياح الصغيرة، يستخدم هذا النظام دفة، بينما في توربينات الرياح الكبيرة، تُستخدم عناصر استشعار الرياح، بالإضافة إلى آلية تشغيل تتكون من محرك سيرفو.
تُسمى توربينات الرياح التي تُوضع عجلة الرياح أمام البرج بتوربينات الرياح الصاعدة، بينما تُسمى تلك التي تُوضع عجلة الرياح خلف البرج بتوربينات الرياح الهابطة. لتوربينات الرياح الأفقية أنماط متعددة، فبعضها مزود بشفرات معكوسة، وبعضها يُركّب عدة توربينات على برج واحد لتقليل تكلفة البرج عند توفر طاقة خرج محددة، بينما تُنتج توربينات أخرى ذات محور أفقي دوامات حول التوربين لتركيز تدفق الهواء وزيادة سرعته.
توربينات الرياح ذات المحور الرأسي
لا تحتاج توربينات الرياح ذات المحور الرأسي إلى اللف عندما يتغير اتجاه الرياح، وفي هذه المرحلة بالنسبة لتوربينات الرياح ذات المحور الأفقي، فإن هذا يمثل ميزة كبيرة، فهو لا يجعل التصميم الهيكلي مبسطًا فحسب، بل يقلل أيضًا من القوة الجيروسكوبية لتوربينات الرياح تجاه الرياح.
هناك عدة أنواع من توربينات الرياح ذات المحور الرأسي التي تعتمد على دوران السحب، بما في ذلك عجلات الرياح المصنوعة من صفائح مسطحة ولحاف، وهي أجهزة سحب بحتة؛ وطواحين الهواء على شكل حرف S، ذات رفع جزئي، ولكنها لا تزال أجهزة سحب في المقام الأول. تتميز هذه الأجهزة بعزم بدء كبير، ولكن نسبة سرعة طرفها منخفضة، وتوفر طاقة منخفضة لحجم ووزن وتكلفة توربين الرياح المحددين.
مولد حثي مزدوج التغذية
مع تطور تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، يزداد استخدام مولد الحث مزدوج التغذية في توليد طاقة الرياح. لا تعتمد هذه التقنية بشكل كبير على سعة البطارية، بل يتم التحكم في تيار الإثارة بشكل مناسب من خلال نظام الإثارة، لتحقيق هدف إنتاج طاقة كهربائية بتردد ثابت. تتشابه مولدات الحث مزدوجة التغذية مع المولدات غير المتزامنة من حيث البنية، إلا أنها تستخدم التيار المتردد في الإثارة.
نعلم أن الجهد المغناطيسي النابض يمكن أن يتحلل إلى جهدين مغناطيسيين دوارين في اتجاهين متعاكسين، وأن الترتيب الصحيح للملفات ثلاثية الطور يُبدد تأثير أحد الجهدين، مما يُنتج جهدًا مغناطيسيًا دوارًا في الفراغ، وهو ما يُعادل الدوار ذي الإثارة المستمرة في المولد المتزامن. تكمن ميزة المولد ثنائي التغذية في إمكانية تعديل تردد إثارة التيار المتردد، مما يعني أن تردد الجهد المغناطيسي للإثارة الدورانية قابل للتعديل.
وبالتالي، عندما تكون سرعة دوران المحرك الرئيسي غير ثابتة، يُمكن تعديل تردد تيار الإثارة بشكل مناسب لتحقيق هدف إنتاج طاقة كهربائية ثابتة التردد. ونظرًا لتزايد سعة مكونات إلكترونيات الطاقة، تزداد قدرة تنظيم نظام الإثارة في مجموعات المولدات ثنائية التغذية بشكل متزايد، مما يُتيح زيادة السعة المستقلة للآلات ثنائية التغذية. ورغم أن بعض النظريات لا تزال قيد التطوير، إلا أن اتجاه الاستخدام الواسع للمولدات التفاعلية ثنائية التغذية سيزداد وضوحًا.
توربينات الرياح نظامٌ معقدٌ يتألف من عددٍ من المكونات التي تعمل بشكلٍ وثيقٍ لتحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية. بالإضافة إلى المكونات المذكورة أعلاه، تتضمن توربينات الرياح بعض المكونات المهمة التالية:
نظام التحكم: يتضمن نظام التحكم مكونات إلكترونية، وأجهزة استشعار، ووحدات تحكم، وبرامج، وغيرها، تُستخدم لمراقبة تشغيل توربينات الرياح والتحكم فيها. يضبط نظام التحكم زاوية شفرات توربينات الرياح وسرعة دوران المولد آنيًا لضمان استقرار تشغيل توربينات الرياح.
البرج: هو الهيكل الداعم لتوربينات الرياح، ويُصنع عادةً من أنابيب فولاذية أو خرسانية. يؤثر ارتفاع البرج بشكل مباشر على إنتاج طاقة توربينات الرياح، إذ تزداد سرعة الرياح مع الارتفاع.
نظام الملعب: نظام الملعب هو جهاز يتحكم في زاوية شفرات توربينات الرياح، ويمكنه ضبط زاوية الشفرات في الوقت الحقيقي وفقًا للتغيرات في سرعة الرياح من أجل تعظيم استخدام طاقة الرياح.
مستشعر سرعة الرياح: يستخدم مستشعر سرعة الرياح لقياس سرعة الرياح واتجاهها بحيث يمكن لنظام التحكم ضبط زاوية شفرات توربينات الرياح وسرعة دوران المولد في الوقت المناسب.
علبة التروس: تحتاج توربينات الرياح إلى تحويل حركة دورانها منخفضة السرعة إلى حركة عالية السرعة، وهو ما يتطلب علبة تروس. تتكون علبة التروس من سلسلة من التروس والمحامل التي تُمكّن من تحويل الطاقة بكفاءة.
نظام الفرامل: نظام الفرامل هو جهاز يُستخدم لإيقاف توربينات الرياح في حالات الطوارئ. في هذه الحالة، يُمكن لنظام الفرامل إيقاف دوران توربينات الرياح فورًا لضمان تشغيلها بأمان.
نظام التبريد: تُولّد توربينات الرياح حرارةً عاليةً أثناء التشغيل، ويجب تبديدها عبر نظام التبريد. يشمل نظام التبريد مراوح ومشعات ومضخات ومعدات أخرى لضمان استقرار تشغيل توربينات الرياح لفترة طويلة.
نظام النقل: هو نظام نقل الطاقة من توربينات الرياح إلى معدات الشبكة. يشمل نظام النقل المحولات، ولوحات التوزيع، والكابلات، وغيرها، مما يضمن نقلًا فعالًا للكهرباء.
المرافق التقليدية: بالإضافة إلى المكونات الرئيسية المذكورة أعلاه، تتطلب توربينات الرياح بعض المرافق التقليدية مثل الأضواء ومعدات الاتصالات وأنظمة المراقبة لضمان تشغيل وصيانة توربينات الرياح.
الحشوات: هي مواد تُستخدم في توربينات الرياح لتقليل ضوضاء دورانها. تُصنع الحشوات عادةً من مواد لينة مثل الرغوة أو الألياف الزجاجية.
نظام التزييت: يُستخدم نظام التزييت لتزييت مختلف مكونات توربينات الرياح لتقليل الاحتكاك والتآكل. ويشمل معدات مثل مضخات الزيت والخزانات ومواد التشحيم.
معدات مقاومة التآكل: عادةً ما تُوضع توربينات الرياح في مناطق مفتوحة، معرضة لبيئات طبيعية قاسية، ومعرضة للتآكل بفعل الغلاف الجوي ومياه البحر وأشعة الشمس. لذلك، تُعد معدات مقاومة التآكل، مثل الطلاء والطلاءات المضادة للتآكل ومواد حماية البيئة، ضرورية لضمان تشغيل توربينات الرياح على المدى الطويل.
نظام السفن: يُعدّ نظام السفن من المعدات الأساسية لتوربينات الرياح العاملة في البحر أو الساحل. تشمل أنظمة السفن سلاسل المرساة، والصواري، والدفات، ومعدات الملاحة، وغيرها، مما يضمن التشغيل المستقر لتوربينات الرياح في البحر.
تتنوع مكونات توربينات الرياح، حيث تعمل أجزاؤها المختلفة معًا بشكل وثيق لإنجاز مهمة تحويل طاقة الرياح إلى كهرباء. وفي ظل التطور والتقدم المستمرين لتكنولوجيا طاقة الرياح، قد تحتوي توربينات الرياح المستقبلية على مكونات أكثر تعقيدًا ومبادئ تشغيل أكثر كفاءة، مما يوفر طاقة أكثر استدامة وصديقة للبيئة للبشر.
شركة بولاند للطاقة المتجددة المحدودة، شركة متكاملة للطاقة الجديدة، تُقدم لكم حلولاً متكاملة عالية الجودة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية وأنظمة تخزين الطاقة. بولاند الآن شركة تابعة لشركة CRRC، وهي مسؤولة عن التوسع الخارجي لأعمال CRRC في مجال طاقة الرياح والطاقة الشمسية. نمتلك سلسلة توريد داخلية متكاملة نسبيًا، وشبكة خدمات، وجودة منتجات وتقنيات ممتازة.
بولاند توفر محطة توليد الكهرباء EPC والاستثمار والاستحواذ في محطة توليد الكهرباء.
لا تتردد في الاتصال بنا إذا كنت بحاجة إلى أي دعم فني.
بريدي الإلكتروني: marketing@boland-hydroturbine.com
واشنطن: +8613923745989
