طاقة الرياح والسباق مع الزمن

التفاصيل

تم إنشاءه بتاريخ الخميس, 01 كانون1/ديسمبر 2016 18:47

كتب بواسطة: د.هيثم االشيباني

                          بقلم الدكتور هيثم الشيباني

                                خبير في البيئه

    
المقدمه :
ان طاقة الرياح هي الطاقة المستخرجة من الرياح باستخدام توربينات الرياح لإنتاج الطاقة الكهربائية , وطواحين الهواء من أجل الطاقة الميكانيكية , ومضخات الرياح لضخ المياه , أو لدفع أشرعة السفن .

تعد طاقة الرياح بديلا للوقود الأحفوري , وهي طاقة وفيرة وقابلة للتجدد , وتوجد على نطاق واسع ,  بجانب أنها طاقة نظيفة لا تنتج عنها غازات الاحتباس الحراري أثناء التشغيل , وتستخدم مساحات قليلة من الأراضي.  
سوف أناقش المقال تحت العناوين الرئيسية التالية:
مبادئ أساسية في طاقة الرياح .
 استخدام طاقه الرياح .
مزارع الرياح في العالم .
طاقة الرياح البحرية .
الزعنفات الريحية .
السفن الشراعيه .
استثمار طاقة الرياح في مصر.
الاستنتاجات والتوصيات .

1.مبادئ أساسية في طاقة الرياح

تتألف مزارع الرياح الكبيرة من مئات   توربينات الرياح الفردية التي ترتبط بشبكة لنقل الطاقة الكهربائية.  
بحسب إحصاءات عام 2013 , فإن الدنمارك هي أكثر دول العالم استخداماً لطاقة الرياح ,

         

                  طواحين الهواء في الدانمارك

فهي تولد أكثر من ثلث احتياجاتها من الكهرباء من الرياح . كذلك ان 83 بلداً في جميع أنحاء العالم يستخدم طاقة الرياح لتعزيز شبكات الكهرباء  . لقد توسعت قدرة طاقة الرياح عالميا بسرعة إلى 336 غيغاوات في يونيو 2014 , لذلك فان إنتاج طاقة الرياح سجل حوالي 4% من إجمالي استهلاك الكهرباء في جميع أنحاء العالم , وهذه النسبة في زيادة مستمرة.
ان أول طاحونة هوائية استخدمت لإنتاج الكهرباء بنيت في اسكتلندا في يوليو 1887 من قِبل البروفيسور جيمس بليث الأستاذ بكلية أندرسون في غلاسغو .

     
 
              صورة أقدم طاحونة هواء في العالم

مع تطور الطاقة الكهربائية , وجدت طاقة الرياح تطبيقات جديدة في إضاءة المباني البعيدة عن محطات الطاقة المركزية.    
2.استخدام طاقه الرياح
لغرض استخدام طاقه الرياح , يتطلب وجود مروحه و عمود ومولد يعمل على تحويل الطاقة
الحركيه الى طاقة كهربائيه.
 تنتج الولايات المتحدة وحدها سنويًّا حولي 3 بليون كيلو وات في الساعة (تلك الكمية تكفي لسد احتياجات مليون شخص من الكهرباء) , وذلك من حقول الرياح الموجود معظمها في كاليفورنيا , وعادة يتم تخزين الكهرباء الزائد عن الاستخدام في بطاريات , ولأن هناك بعض الأوقات التي تقل فيها سرعة الرياح , مما يصعب معه إنتاج الطاقة الكهربية , فإن مستخدمي طاقة الرياح يجب أن يكون لديهم مولدا احتياطيا يعمل بالديزل أو بالطاقة الشمسية لاستخدامه في تلك الأوقات.
(الواط هو وحدة القدرة الكهربائيه فمصابيح الانارة العاديه  في بيوتنا تكون عادة بقدرة 100 واط , أما الكيلو واط فمقداره ألف واط والبليون يساوي ألف مليون واط) .
والفرق بين البليون والمليار هو أن المقياس الأمريكي يستعمل بليون والبريطاني يستعمل مليار وكلاهما 9 أصفار. والكيكا في الوحدات العالميه 9 أصفار.
عدا إنتاج الطاقة الكهربية فإن توربينات الرياح يمكنها إنتاج طاقة ميكانيكية تستخدم في عدد كبير من التطبيقات , مثل ضخ المياه , والري , وتجفيف الحبوب وتسخين المياه , والزراعة والرعي.
أما مميزاتها فان طاقة الرياح طاقة محلية متجددة ولا ينتج عنها غازات تسبب ظاهرة البيت الزجاجي أو ملوثات , مثل ثاني أكسيد الكربون أو أكسيد النتريك أو الميثان , وبالتالي فإن تأثيرها الضار بالبيئة طفيف .
 من95% يمكن استخدام الرياح في أغراض أخرى مثل الزراعة أو الرعي , كما يمكن وضع التوربينات فوق المباني . أظهرت دراسة حديثة أن كل بليون كيلو وات في الساعة من إنتاج طاقة الرياح السنوي يوفر من 440 إلى 460 فرصة عمل .
ان التأثير البصري لدوران التوربينات والضوضاء الصادرة عنها قد يزعج الأشخاص القاطنين بجوار حقول الرياح , ولتقليل هذه التأثيرات يفضل إنشاء حقول الرياح في مناطق بعيدة عن المناطق السكنية. كما تتسبب التوربينات العملاقة أحيانا في قتل بعض الطيور خاصة أثناء فترات هجرتها , ويتم حاليا دراسة تأثيرها على انقراض بعض أنواع الطيور , ولكن النتائج المبدئية تشير إلى أن التوربينات ليس لها هذا التأثير الشديد. وأخيرا يمكن القول: إن طاقة الرياح من الطاقات التي يمكن تطبيق استخدامها بسهولة في عالمنا العربي لتقليل نسب التلوث التي بدأت تتزايد , ورغم أن تطبيق الفكرة قد  بدأ فعلاً في بعض الدول العربية إلا أن انتشار استعمال هذا المورد الحيوي والاقتصادي في تأمين الطاقة لا زال متواضعا.

   

    

ان مزرعة الرياح  عباره  عن مجموعة من توربينات الرياح في مكان واحد تستخدم في إنتاج الكهرباء. قد تتكون مزرعة الرياح الكبيرة من عدة مئات من توربينات الرياح الفردية الموزعة على مساحة ممتدة , ولكن الأرض بين التوربينات قد تستخدم لأغراض زراعية أو غيرها.   كل توربينات الرياح الكبيرة لها نفس التصميم  تقريبا, فتوربينات الرياح بها المحور الأفقي الدوار بثلاث شفرات موجه عكس اتجاه الريح , تعلق على هيكل محرك على قمة برج أنبوبي طويل.
4. طاقة الرياح البحرية
يشير مصطلح طاقة الرياح البحرية إلى بناء مزارع الرياح في وسط مسطحات مائية كبيرة لتوليد الكهرباء , ويمكن لهذه المنشآت الاستفادة من الرياح القوية التي تتوفر في هذه المواقع. وبالرغم فوائدها إلا أنها تكلف كثيرا في البناء والصيانة.
ان شركتي سيمنز وفيستاس هما أكبر موردي توربينات الرياح البحرية , كذلك دونغ إنرجي وفاتينفول وإي أون من الرواد في هذا المجال  اعتباراً من أكتوبر 2010 , وكان هناك حوالي 3.16 غيغاواط منتجة إجمالياً من طاقة الرياح البحرية , خاصةً في شمال أوروبا. وفي نهاية 2014 تم تشغيل أكثر من 16 غيغاواط كقدرة إضافية بما جعل المملكة المتحدة وألمانيا من الأسواق الرائدة. ومن المتوقع إزدياد الاعتماد على طاقة الرياح البحرية لتصل إلى ما مجموعه 75 غيغاواط في جميع أنحاء العالم بحلول عام 2020 , بمساهمات كبيرة متوقعة من الصين والولايات المتحدة.
في نهاية عام 2012 , تم تركيب 1,662 توربين في 55 مزرعة رياح بحرية في 10 دول أوروبية تولد مجتمعة 18 تيراواط/ساعة , أي أعطت طاقة إلى ما يقرب من خمسة ملايين أسرة.  اعتباراً من شهر أغسطس عام 2013 , فإن مزرعة مصفوفة لندن في المملكة المتحدة هي أكبر مزرعة رياح بحرية في العالم بقدرة 630 ميغاواط. يتبعها مزرعة رياح غابارد الكبرى بالمملكة المتحدة أيضاً بقدرة 504 ميغاواط. كذلك يتم إنشاء مزرعة رياح البحر في ويلز بالمملكة المتحدة بقدرة 576 ميغاواط , وهي حالياً في المراحل النهائية للإنشاء المتوقع إنهائها نهاية عام 2015.

                      
5.الزعنفات الريحية هي أجهزة تحول الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية , و جاءت فكرتها نتيجة لتطور هندسة الطواحين الهوائية لأكثر من ألف عام . أما مصفوفات التوربينات الكبيرة والمعروفة باسم مزارع الرياح فهي مصدر مهم للطاقة المتجددة وتستخدم في العديد من البلدان كجزء من استراتيجية خاصة تعتمد على الحد من الاعتماد على الوقود الأحفوري.
6.السفن الشراعيه
  ان  مصطلح سفينة شراعية  يعني المركب  الذي يعمل بقوة الرياح .    كانت السفينة عبارة عن مركب شراعي للإبحار بتجهيز محدد من ثلاثة صواريٍ على الأقل أشرعتها  تكون الواحدة منها مربعة الشكل  ويكون  الشراع طويلا.  ثم  صارت كلمة السفينة من خلال الاستخدام المنتشر لها مرتبطة بجميع المراكب الشراعية الكبيرة   . وبالنسبة للمراكب الشراعية الكبيرة  غير المجهزة بالأشرعة فيطلق عليها اسم القوارب .
المواصفات
هناك أنواع مختلفة من السفن الشراعية , ولكن المشترك بينها جميعا هو أن كل سفينة شراعية لها هيكل  وحبال أشرعة وعلى  صارية  واحدة على الأقل  كي تحمل الشراع الذي يستخدم قوة الرياح في تحريك السفينة.  
يمكن للرحلات عبر المحيط باستخدام السفن الشراعية أن تستغرق شهورا عديدة , وهناك  احتمال بقائها ساكنة بسبب عدم وجود الرياح , أو خروجها عن مسارها بسبب العواصف الشديدة أو الرياح التي لا تسمح لها بالتقدم في الاتجاه المقرر  , ويمكن  أن تؤدي عاصفة شديدة  إلى غرق السفينة  وفقدان كل الملاحين .
حيث أن السفن الشراعية  تحمل فقط كمية محدوده من الإمدادات في المخزن , وعليه يجب التخطيط للرحلات الطويلة بعناية بحيث تشمل الخطة وجود محطات كثيرة للتزويد بالمؤن والماء , في الأيام التي سبقت وجود أجهزة تحلية المياه.

                               

                        صورة سفينه شراعيه
 
7.استثمار طاقة الرياح في مصر

تتسم مصر بعدد من المقومات الطبيعيبة التي تساعدها على إنتاج الطاقة من المصادر المتجددة لاسيما في مجالات الطاقة الشمسية و طاقة الرياح , إذ أنها تمتلك أعلى معدل سطوع للشمس ,حيث تسطع الشمس فيها لما يزيد على 3 آلاف ساعة سنوياً , كما  تصل سرعة الرياح على سواحل البحر المتوسط المصرية , بداية من العريش و وصولاً إلى السلّوم , إلى 7 أمتار/الثانية. و تبلغ 5.5 أمتار/الثانية في هضبة شرق العوينات. و قد نفذت الحكومة المصرية عدداً من مشاريع الطاقة المتجددة لانتاج الكهرباء من الشمس و الرياح , و برز  فيها مؤخراً مشروع لتوليد الكهرباء من طاقة الرياح في منطقة الزعفرانة سيغطى خمس حاجة البلاد من الكهرباء.

  

            صورة الطاقة الشمسية مع طاقة الرياح

لقد بدأ تشغيل مزرعة الزعنفات الهوائية  (زعفرانة )على البحر الأحمر , حيث أن 700 زعنفة موزعة على ثماني مزارع منفردة. ويدعم بنك الإعمار و التنمية الألماني أربعة منها , تولد ما مجموعه 550 ميغاواط من الطاقة الكهربائية. و على مسافة أقل من 200 كليومتر جنوباً , في خليج الزيت , وتنشأ الآن أكبر مزرعة للزعنفات الهوائية بنيت في إفريقيا في إطار مشروع للمعونة الدولية على الإطلاق.
 إن القدرات  الفنيه المتوفرة في مصر لتوليد الكهرباء من طاقة الريح هائلة , حيث أنها تستطيع توليد أكثر من 20 ألف ميغاواط من طاقة الريح وحدها , و بذلك سيكون في مقدورها تغطية حاجتها و تصدير الكهرباء  , و خاصة إذا ما استفادت أيضاً من الطاقة الشمسية (فوتو فولتايك) و من محطات الطاقة الشمسية الحرارية.
عند تخطيط المنشآت تم الحرص بشكل خاص و دقيق على مراعاة المعطيات المحلية كما يتبين من ترتيب الزعنفات الهوائية في زعفرانة. وتعد المنطقة الساحلية على البحر الأحمر  من الطرق الرئيسية لعبور الطيور المهاجرة التي تنتقل كل عام إلى الجنوب عبر مصر , و من أجل حمايتها ترك لها المخططون معبراً عرضه أكثر من 300 كيلومتر , علاوة على تزويد مزرعة الزعنفات بنظام مبتكر للرادار , بحيث عندما يرصد الرادار سرباً من الطيور تتوقف الزعنفات تلقائياً عن الدوران.
8. الاستنتاجات والتوصيات
أ  . ان طاقة الرياح مصدر رخيص الثمن , صديق للبيئة , متوفر معظم أيام السنة, اهتمت به معظم بلدان العالم , وأن هذا الاهتمام في تزايد , وان طاقة الرياح طاقة محلية متجددة ولا ينتج عنها غازات تسبب ظاهرة البيت الزجاجي أو ملوثات , مثل ثاني أكسيد الكربون أو أكسيد النتريك أو الميثان .
ب.  تم بناء أول طاحونة هوائية  لإنتاج الكهرباء  في اسكتلندا في يوليو 1887 من قِبل البروفيسور جيمس بليث الأستاذ بكلية أندرسون في غلاسغو .     
ج. تنتج الولايات المتحدة وحدها سنويًّا حولي 3 بليون كيلو وات في الساعة (تلك الكمية تكفي لسد احتياجات مليون شخص من الكهرباء) .
هاء. ان مصطلح  مزرعة الرياح  عباره  عن مجموعة من توربينات الرياح في مكان واحد تستخدم في إنتاج الكهرباء.
و. يشير مصطلح طاقة الرياح البحرية إلى بناء مزارع الرياح في وسط مسطحات مائية كبيرة لتوليد الكهرباء , وهذه الطريقة أكثر كلفة من مزارع الرياح البحرية.
ز. هناك تطبيقات مضافة الى الطاقة الكهربائيه , مثل الطاقة الميكانيكيه وضخ الماء وتجفيف الحبوب والري وتسخين الماء والزراعه .
 ح. في نهاية عام 2012 , تم تركيب 1,662 توربين في 55 مزرعة رياح بحرية في 10 دول أوروبية تولد مجتمعة 18 تيراواط/ساعة  ( التيرا واط = مليون مليون مليون واط , وقد زودت  الطاقة إلى ما يقرب من خمسة ملايين أسرة.
 ط. تعتبر مصر أكثر الدول العربية تقدما في مجال استثمار الرياح , ويتطلب ان تتعاون معها دول الخليج برؤوس أموال تعزز قدراتها في هذا المجال الحيوي وهذا ما يجلب المردود لعموم الوطن العربي  .
ي. ان الحالةالمثالية هي أن تتكامل مشاريع  البيئة المستدامة في وقت واحد وآن واحد , مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح  , وهذا ما تفعله مصر اليوم.
 ك. ان الدول العربية متأخرة جدا عن الركب العالمي في مجال استثمار طاقة الرياح  والطاقة الصديقة للبيئة, وهذا يتطلب أن تتسابق مع سرعة الضوء بدلا من التسابق مع سرعة السلحفاة.