تحليل الكفاءة لتوربينات الرياح ذات المحور الأفقي والمحور الرأسي

في الآونة الأخيرة، سألنا العديد من العملاء عن توربينات الرياح، ولاحظنا وجود مشكلة في التواصل. فغالبًا ما يفضّل العملاء التوربينات العمودية لطاقة الرياح مقارنةً بالتوربينات الأفقية. وخصوصًا العملاء الأوروبيون الذين يرون أن التوربينات العمودية أكثر جاذبية من الناحية الجمالية وأكثر صداقةً للبيئة، كما أنها تتماشى بشكل أفضل مع السياسات المحلية والبيئة المحيطة. وبصفتي مهندس مبيعات أعمل في مجال طاقة الرياح المنزلية منذ أكثر من عقدٍ من الزمن، شعرتُ بالحاجة إلى كتابة مقالٍ صادقٍ ومحترفٍ يحلّل الفروق في الكفاءة بين النوعين من توربينات الرياح.

المبدأ الأساسي لتوربينات الرياح هو تحويل طاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية، ثم تحويل هذه الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. وبعبارات بسيطة، فإن الرياح تدفع الشفرات فتدور، وتُدير هذه الشفرات الدوار الموجود داخل المولد ليقطع خطوط القوة المغناطيسية، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي. وعلى الرغم من أن المبدأ الأساسي واحدٌ، فإن المحور الأفقي والمحور الرأسي لتوربيني الرياح السائدَين يختلفان جوهريًّا في نمط الدوران، وهذا الاختلاف هو السبب الجذري وراء الفروق في أدائهما.

خُذْ مولِّدَ رياحٍ بسعة ٥ كيلوواط مثالًا. عند سرعة رياح تبلغ ٢ متر/ثانية، فإن توربين الرياح ذا المحور الأفقي لن تدور حتى، لكن توربين الرياح ذا المحور الرأسي قد بدأ بالفعل في الدوران. ومع ذلك، فإن هذه الحركة الدورانية لا تُولِّد طاقة كهربائية فعّالة؛ بل تبدو فقط وكأنها تعمل. وعند سرعة رياح تبلغ ٥٫٥ م/ث، تكون قدرة توليد الطاقة لتوربين الرياح ذي المحور الأفقي ٢ كيلوواط، بينما تبلغ كفاءة توليد الطاقة لتوربين الرياح ذي المحور الرأسي ٨٠٠ واط فقط. وهذا يوضح بوضوح أن مولِّد الرياح ذا المحور الرأسي أكثر ملاءمة للتشغيل عند سرعات الرياح المنخفضة جدًّا (التشغيل الميكروي)، أما توربين الرياح ذا المحور الأفقي فيتمتَّع بكفاءة أعلى بكثير في توليد الطاقة عند الوصول إلى سرعة الرياح الدنيا اللازمة لبدء التوليد (وهي ٣ م/ث)، وتصل كفاءته إلى ما يقارب ٢٫٥ ضعف كفاءة مولِّد الرياح ذي المحور الرأسي.

توربينات الرياح ذات المحور العمودي تتمتَّع بمزايا في المناطق التي تتسم بتغيرات عشوائية في اتجاه الرياح. فهي قادرة على استقبال طاقة الرياح من جميع الاتجاهات ضمن دائرة كاملة بزاوية ٣٦٠ درجة دون انقطاع، وتحويلها إلى طاقة ميكانيكية. أما توربينات الرياح ذات المحور الأفقي فهي تتطلب نظام تحكم في التوجيه (Yaw System)، ما يؤدي إلى وجود تأخُّر وفقدان جزء من طاقة الرياح.

يعتمد اختيار نوع مولدات الرياح المستخدمة على ظروف طاقة الرياح المحلية، مثل اتجاه الرياح ومتوسط سرعة الرياح. وإذا كنت مهتمًّا بالطاقة المتجددة، فيُرجى الاتصال بنا في أي وقت لتخصيص حل نظام طاقة رياح حصري لك.