رتبها

تحدثنا في ثريد سابق عن توربينة الرياح وتعرفنا على ماهيتها ومكوناتها، وتعرفنا على المرحلة الأولى لمبدأ عمل توربينة الرياح، وهي مرحلة استقبال التوربينة لطاقة الرياح، دعونا ننتقل إلى المرحلة الثانية وهي تحول طاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية.
#طاقة_متجددة
#طاقة_الرياح

للرجوع إلى المرحلة الأولى (استقبال التوربينة لطاقة الرياح)

المرحلة الثانية : تحول طاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية
الآن وبعد أن تم استقبال طاقة الرياح إلى التوربينة سيتم الاستفادة منها لتبدأ التوربينة بالدوران، ولكن ما هي الكمية التي سيتم الاستفادة من طاقة الرياح لتحويلها إلى طاقة ميكانيكية تقوم بتدوير التوربينة؟
يتبع

أولا دعونا نستذكر مبدأ معدل تدفق الكتلة وهو أن قيمة معدل تدفق الكتلة عند مرورها من طرف ما يجب أن تكون نفسها عند خروجها من الطرف الآخر مع تغير المساحة والسرعة وثبات كثافة المائع للطرفين كما بالصورة.
لكن في حال إن كان الوسط الذي سيمر به المائع (الرياح) هو التوربين
يتبع

فإنه سيستفيد بنسبة معينة من الهواء كطاقة حركية ليقوم بتدوير التوربين ويخرج النسبة المتبقية المتبقي منها إلى الطرف الآخر وبالتالي ستقل سرعة الرياح بعد مرورها توربينة الرياح وستزداد مساحة المقطع الدائري لمنطقة هبوب الرياح كما هو مبين بالصورة أدناه .

لذلك من المستحيل أن يتم الاستفادة بشكل كامل من الطاقة الحركية للرياح لتدوير التوربينة وإنما بنسبة منها، ونرمز بالنسبة المستفادة من الطاقة الحركية للرياح بالرمز (Cp)، وأقصى نسبة يمكن التوصل إليها هي 59.3%
يتبع

وتسمى أقصى نسبة ممكن التوصل إليها من طاقة الرياح بـحد بيتز (Betz limit) (59.3%) نسبة إلى العالم الألماني ألبرت بيتز الذي توصل إليها ، ولمعرفة الكمية المستفادة من طاقة الرياح يتم ضرب طاقة الرياح في Cp لتصبح العلاقة كما بالصورة أدناه .

وسبق أن تحدثنا عن كيفية وصول ألبرت بيتز إلى هذه النسبة تحديدا هنا👇🏻👇🏻
تعديل بسيط بهذا الثريد 👇🏻: القدرة الناتجة هي قدرة ميكانيكية P(Mechanical) وليست قدرة كهربائية P(Electrical) كما هو مذكور.

والمنحنيات الموجودة في الصورة أدناه توضح العلاقة بين سرعة الرياح والطاقة الناتجة حيث أن كل منحنى يمثل الآتي:
المنحنى الأخضر يمثل طاقة الرياح الكاملة والتي وكما ذكرنا سابقا أنه من المستحيل الاستفادة منها كاملة.
المنحنى الأزرق يمثل أقصى نسبة من طاقة الرياح يمكن الاستفادة منها
يتبع

وهي في الواقع تعتبر الوصول إليها شبه مستحيلة نتيحة لوجود بعض المفاقيد.
المنحنى الأحمر يمثل المنحنى الفعلي والواقعي لتوربينات الرياح والذي يحتوي على بعض المفاقيد التي تجعله غير مثالي وواقعي كالمفاقيد الهوائية (الاحتكاك وغيرها) .