طاقة الرياح هي إنجاز مذهل من إبداعات الإنسان. كيف تعمل طاقة الرياح في مجال الطاقة المتجددة؟ دعونا نوضح ذلك بالتفصيل. هنا، سأشرح أساسيات طاقة الرياح وأترجم الأفكار المعقدة إلى رؤى سهلة الفهم. وبحلول النهاية، ستكتسب فهمًا أفضل للفيزياء الخاصة بطاقة الرياح.
جدول المحتويات:
- ما هي الرياح وكيف تتكون؟
- عملية تحويل الرياح إلى طاقة
- تأثير طاقة الرياح على البيئة
- التقدم التكنولوجي في طاقة الرياح
– مستقبل طاقة الرياح
ما هي الرياح وكيف تتكون؟
لا يتعلق الأمر فقط بنسيم الهواء الذي تشعر به في يوم هادئ. فالرياح عبارة عن حركة الهواء، وتتحرك الرياح بسبب التسخين غير المتساوي لسطح الأرض بفعل الشمس. وينتج عن هذا اختلافات في الضغط، ويتدفق الهواء من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض، وهذه هي الطريقة التي نحصل بها على الرياح. وتأتي قوة الرياح من قدرتها على تحريك كميات كبيرة من كتلة الهواء. وتتمتع هذه الكتلة الهوائية بقوة كبيرة، حيث يمكنها تحريك المحيطات وتشكيل القارات.
إن دوران الأرض (والجغرافيا) يساهمان أيضاً في تكوين الرياح: فتأثير كوريوليس يجعل الرياح تنحني في أنماط خاصة بدوران الأرض، في حين تعمل الجبال والوديان على توجيه الرياح وتسريعها فوقها. وكل هذه القوى الطبيعية تؤدي إلى مجموعة متنوعة من مناخات الرياح في مختلف أنحاء العالم، ولكل منها فرصها وتحدياتها الخاصة فيما يتصل بطاقة الرياح.
ومن خلال هذه الأنماط، يمكنهم تحديد المواقع المحتملة لمزارع الرياح، حيث تكون الرياح موثوقة وقوية، وهي ساحة معركة رئيسية في التحول المقبل في مجال الطاقة.
إن الرياح القوية والمستمرة هي ساحات المعركة التي يتم من خلالها صياغة مستقبل الطاقة المتجددة.
عملية تحويل الرياح إلى طاقة
تتحول الطاقة الحركية للرياح إلى كهرباء في تطبيق رائع للهندسة. يبدأ كل شيء بتوربينات الرياح: وهي عبارة عن هيكل كبير به شفرات دائرية مهيبة مصممة لتسخير الطاقة الحركية للرياح. ومع هبوب الرياح، فإنها تجعل الشفرات تدور حول دوار. ويقوم الدوار الدوار بدوره بتدوير مولد كهربائي وإنتاج الكهرباء.
إن كفاءة القيام بذلك تعتمد على عدد من العوامل. فسرعة الرياح، وكثافة الهواء، والتكنولوجيات المستخدمة لتحويلها إلى طاقة مفيدة، كلها تلعب دوراً في هذا. وأهم هذه العوامل هي سرعة الرياح، لأن الطاقة المتاحة من الرياح تتناسب مع مكعب سرعتها ــ وهذا يعني أن مضاعفة سرعة الرياح من شأنها أن تزيد من الطاقة المتاحة بعامل ثمانية.
كما استفاد تحويل طاقة الرياح من التقدم التكنولوجي. حيث تساهم المواد الأفضل (الأقوى) المستخدمة في تصنيع الشفرات، وأنماط الشفرات المحسنة، وأنظمة التحكم المبسطة في تحقيق كفاءة تحويل الطاقة العالية التي تتمتع بها توربينات الرياح التجارية اليوم.
تأثير طاقة الرياح على البيئة
إن طاقة الرياح تحظى بالثناء لأنها لا تخلف سوى بصمة بيئية ضئيلة للغاية، كما أن إنتاجها لا ينبعث منه أي غازات دفيئة (على عكس الوقود الأحفوري). والواقع أن طاقة الرياح تشكل مفتاحاً لإبطاء وتيرة تغير المناخ. فضلاً عن ذلك فإن مزارع الرياح تتطلب مساحة صغيرة من الأرض على نحو مدهش، ويمكن أن تستمر الزراعة أو تترك الأرض في البرية، وهو ما يشكل نعمة للتنوع البيولوجي المحلي.
ولكن، مثل جميع مصادر الطاقة، فإن تطوير طاقة الرياح له عواقب بيئية. فعلى الرغم من انخفاضها، فإن بناء مزارع الرياح يمكن أن يعطل النظم البيئية المحلية، وقد تقتل التوربينات الطيور والخفافيش. ويتعين على صناعة الطاقة الخضراء أن تنتبه إلى هذه المشاكل، وأن تواصل الدفع نحو الحلول التكنولوجية التي تقلل من التأثيرات على الحياة البرية.
ولكنني أعتقد أيضاً أن الفوائد البيئية المترتبة على طاقة الرياح لا يمكن إنكارها. ذلك أن هذا النوع من الطاقة يحل محل الكهرباء المستمدة من الوقود الأحفوري والتي تتسبب في تلوث الهواء وتتطلب كميات كبيرة من المياه لتوليدها، الأمر الذي يجعل كوكبنا مكاناً أكثر صحة لأطفالنا وأحفادنا.
التقدم التكنولوجي في طاقة الرياح
طاقة الرياح هي مجال من مجالات الابتكار المتسارع، مع تدفق مستمر من التقنيات الجديدة التي تعمل على خفض تكلفة طاقة الرياح، وجعلها أكثر موثوقية، وتوسيع نطاق تطبيقها. ومن أهم الابتكارات الحديثة ممارسة مزارع الرياح البحرية. طاقة الرياح البحرية أسرع وأكثر موثوقية من طاقة الرياح البرية، وبالتالي أكثر إنتاجية.
وهناك قطعة أخرى من التكنولوجيا التي تعد بتوسيع إمكانات العرض بشكل كبير وهي توربينات الرياح العائمة. وهي توربينات غير مثبتة في قاع البحر، وبالتالي يمكن نشرها في مياه أعمق كثيراً من أن تتمكن التوربينات المرساة من نشرها، وبالتالي فتح مجالات جديدة واسعة لطاقة الرياح.
وعلى نحو مماثل، تعمل الشبكات الذكية وتكنولوجيا تخزين الطاقة على تحسين موثوقية الرياح: إذ لا يسمح تخزين الطاقة باستخدام إنتاج الرياح خارج أوقات الذروة خلال فترات الطلب المرتفع على الطاقة فحسب، بل يمكن أيضا زيادة أشكال أخرى من الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية، عندما تكون الرياح نادرة.
مستقبل طاقة الرياح
ويبدو أن المستقبل يحمل آفاقاً مشرقة لطاقة الرياح. فالتقدم التكنولوجي المستمر إلى جانب التحول العالمي لصالح الطاقة المتجددة يعني أن الرياح ستلعب دوراً رئيسياً في مزيج الطاقة في المستقبل. والواقع أن التخفيضات الكبيرة في تكاليف طاقة الرياح، عندما يقترن ذلك بالسياسات والاستثمارات الداعمة، تجعل طاقة الرياح قادرة على المنافسة مع مصادر الطاقة التقليدية.
وعلاوة على ذلك، فإن طاقة الرياح سوف تخلق التنمية الاقتصادية وفرص العمل، بدءاً من بناء مزارع الرياح إلى صيانة التوربينات. ومع بدء المجتمعات في مختلف أنحاء العالم في استخدام طاقة الرياح، فإن الأمثلة على الفوائد المترتبة على الطاقة النظيفة والمتجددة سوف تنمو.
بشكل عام، فإن استخدام طاقة الرياح كطاقة متجددة يكمن في تعلم كيفية عملها. فمنذ توليدها وحتى أحدث التقنيات، يتيح لنا كل جزء من طاقة الرياح رؤية طرق استخدامها، مما يقودنا إلى مستقبل أكثر إشراقًا وخضرة من خلال طاقة الرياح.
الخلاصة:
إن ثورة الطاقة المتجددة التي بدأت للتو تعتمد على طاقة الرياح. وفهم كيفية عمل الرياح يعني البدء في استيعاب قوى الطبيعة التي تحرك هذا الابتكار التكنولوجي المذهل. وفهم كيف يمكننا جميعاً الاستفادة من ذلك. هذا مقتطف محرر مأخوذ من كتاب "الريح! روح وعلم الهواء في الحركة" (دار فارار شتراوس جيرو) من تأليف أوتو إي ويت.
