رتبها

تعرفها في ثريدات سابقة عن ماهية توربينات الرياح وتعرفنا من خلالها على مرحلتين من مراحل آلية عمل توربينات وتعمقنا بهما، دعونا نتعرف على المرحلة الثالثة والأخيرة، وهي تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية والتي تعتبر الأهم لنا نحن كمهندسي كهرباء على وجه الخصوص.
#هندسة_كهربائية

للرجوع إلى المراحل السابقة من مراحل آلية عمل توربينة الرياح 👇🏻
١- المرحلة الأولى:استقبال التوربينة لطاقة الرياح.
٢- المرحلة الثانية: تحول طاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية.

المرحلة الثالثة: تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية
أولا : صندوق التروس (Gearbox)
الآن وبعد أن بدأ التوربين بالدوران سيدور معه العضو الدوار للمولد الكهربائي ، ولكن قبل ذلك يجب أن يتم رفع سرعة الدوران ويتم ذلك باستعمال صندوق التروس (Gearbox) والمبين بالصورة أدناه
يتبع

حيث أنه يقوم برفع السرعة التي تم تدورير التوربينة بها ومن ثم تدوير العضو الدوار للمولد الكهربائي ليتم بعد ذلك توليد الطاقة الكهربائية.
لذلك عندما نتعمق قليلا في صندوق التروس سنجد أن كل طرف من أطرافها موصلة بعامود (Shaft) دوار
يتبع

حيث أن العامود الموصل بصندوق التروس لطرف التوربينة يسمى بعامود السرعة المنخفضة (Low Speed Shaft) ويسمى أحيانا بالعامود الرئيسي (Main Shaft)، والعامود الموصل بصندوق التروس لطرف العضو الدوار للمولد يسمى بعامود السرعة المرتفعة (High Speed Shaft) كما هو مبين بالصورة أدناه .

ثانيا :المولد الكهربائي (Generator)
بعد أن تم رفع سرعة دوران العامود الموصل بصندوق التروس لطرف العضو الدوار للمولد سيؤدي ذلك إلى توليد الكهرباء بأطراف العضو الثابت بما أن العضو الدوار يستمر بالدوران ، ويوجد أربع أنواع للمولدات المستخدمة في توربينات الرياح وهي كالآتي :

١- المولد الحثي ذو القفص السنجابي (Squirrel Cage Induction Generator).
٢-المولد الحثي ذو الأسلاك الملفوفة (Wound Rotor Induction Generator).
٣-المولد الحثي ثنائي التغذية (Doubly Fed Indution Generator)
٤-المولد المتزامن ذو مغناطيس دائم (Permanent Magent Synchronous Generator).

كما أن هناك أربعة أنظمة توليد الكهرباء بنظام توربينات الرياح والتي من خلالها يتم توليد الطاقة الكهربائية كما هو مبين بالصورة أدناه، ولكل منها خصائصها وآلية عملها وهي كما يلي:

1- النوع A (Type A)
ويعتبر أبسط الأنواع وأرخصهم لبساطة بناءه ومكوناته، والمولد المستخدم فيها هو Squirrel Cage Induction Generator كما هو مبين بالصورة، وتعمل على سرعة رياح ثابتة (Fixed Speed) وهو النوع الوحيد الذي يعمل على سرعة ثابتة والتي تعتبر سلبية واضحة مقارنة بالأنواع الأخرى.

2- النوع B (Type B)
ونوع المولد المستخدم فيها هو المولد الحثي ذو الأسلاك الملفوفة (Wound Rotor Induction Generator) كما هو مبين بالصورة أدناه وتعمل على سرعة رياح متغيرة (Variable Speed)
يتبع

يشبه النوع A إلى حد ما ويكمن الاختلاف في أن أطراف العضو الدوار موصل بمقاومة متغيرة (Variable Resistance) والذي سيساهم في تغيير سرعة الدوران بواسطة الكترونيات القوى (Power Electronics) الموصلة بالمقاومات المتغيرة.

3- النوعC (Type C)
وهو النوع الأكثر استخداما تعمل على سرعة رياح متغيرة(Variable Speed) و نوع المولد المستخدم فيه هو المولد الحثي ثنائي التغذية(Doubly Fed Indution Generator)، وسمي بذلك لأن كلا من العضو الثابت والعضو الدوار موصلة مع الشبكة الرئيسية كما هو مبين بالصورة أدناه
يتبع

وكما نرى بالصورة أيضا أن العضو الدوار موصل بالشبكة عن طريق دوائر ومحولات الكترونيات القوى من نوع Partial-scale power converter والتي نعني بها أن جزء من القدرة الناتجة من عملية تدوير توربينات الرياح سيتم تمريره إلى دوائر ومحولات الكترونيات القوى وهي تقريبا 30%.

وسبق أن تحدثنا عن هذا النوع من المولدات تحديدا في ثريد مستقل هنا 👇🏻

4- النوع D (Type D)
تعمل على سرعة رياح متغيرة (Variable Speed) ويتميز بامكانية عمله على أكثر من نوع من المولدات كما هو مبين بالصورة أدناه ، وكما نرى بالصورة أيضا أن محولات الكترونيات القوى متصلة من العضو الثابت للمولد إلى الشبكة
يتبع

أي أن القدرة الناتجة من عملية تدوير توربينات الرياح سيتم تمريره إلى دوائر ومحولات الكترونيات القوى كاملة أي أن دوائر ومحولات الكترونيات القوى هي من نوع Full-scale power converter و تقوم بتنظيم التردد الناتج بمختلف السرعات وبالتالي يتم الاستغناء عن صندوق التروس غالبا.

والصورة المبينة أدناه توضح الفرق بين مصطلحين هامين وهما Partial-scale Power Converter و Full-scale Power Converter، حيث أن في Partial-scale يتم تمرير جزء فقط من الطاقة المتولدة إلى دوائر إلكترونيات القوى أما Full-scale يتم تمرير كامل الطاقة المتولدة إلى دوائر إلكترونيات القوى.يش