الوسم: طاقة نظيفة

ما هي الطاقة الكهرومائية؟

هي أحد صور تحول الطاقة الكامنة إلى طاقة متحركة، وتعتبر أحد مصادر الطاقة المتجددة النظيفة الخالية من الملوثات الهوائية والأرضية والمائية.
تأتي الطاقة الكهرومائية من الماء المتدفق من عدة مصادر، قد تكون العيون، أو الأنهار، أو الشلالات. حركة الماء المتأثرة بالجاذبية الأرضية تعطيه قوة دفع تساعد على تحريك العنفات، والتي بدورها تحرك المولدات لإنتاج الطاقة الكهربائية.[1]

دورة الماء والشمس

يمكننا أن نعزي صورة هذه الطاقة كأحد صور الطاقة الشمسية، فما يحدث هنا بالضبط هو نتيجة ما يسمى بالدورة الهيدرولوجية أو دورة الماء، وهي نتاج حركة المياه على الأرض، وداخلها، وفوقها وتحول حالتها بسبب تغير الحرارة، والأشعة القادمة من الشمس.[1]

الدورة الهيدرولوجية

عندما تقوم الشمس بتسخين المحيطات مكونة بذلك بخار ماء متصاعد يتحرك بحركة التيارات الهوائية الناتجة عن تغير الضغط، يتكثف بخار الماء في طبقات الجو العليا ليكون سحب مشبعة ببخار الماء، والتي تتحرك بدورها بفعل التيارات الهوائية حول الكرة الأرضية، مما يؤدي إلى اصطدام بعضها البعض مسببة تساقط الأمطار.
بحسب المنطقة الجغرافية التي يتساقط فيها المطر تختلف حالة المادة، فمثلًا في المناطق ذات الظروف المناخية الباردة يتساقط الماء كثلوج تتراكم لتكون أنهار جليدية تذوب حينما تبدأ درجات الحرارة بالارتفاع، أما في الظروف المناخية الحارة يتساقط المطر في حالته السائلة.

تعاود الأمطار الهاطلة السقوط إما فوق المحيطات والبحار، وإما فوق سطح الأرض لتسيل كمياه أمطار جارية نتيجة للجاذبية الأرضية. ثم يعود بعض من هذه المياه إلى مجاري الأنهار، ليتحرك نحو المحيطات.

من جهة أخرى، مياه الأمطار التي تسقط على سطح الأرض، يتسرب بعضها إلى جوف الأرض بفعل عملية الارتشاح لتشكل مياه عذبة جوفية. يبقى جزء من هذه المياه قريباً من سطح الأرض، ويمكن أن يسيل مرة أخرى إلى داخل مجاميع المياه السطحية لتشكل مياهاً جوفية. تجد بعض من المياه الجوفية فتحات على سطح الأرض حيث تخرج منها كينابيع من المياه العذبة. وهكذا تظل المياه تتحرك ليعود بعضها إلى مصادره الأولية لتنتهي بذلك دورة هيدرولوجية واحدة، لتحل محلها دورة أخرى.[2]

موجز تاريخي لتطور الطاقة الكهرومائية

منذ بداية عصور الحضارة، حاول الإنسان استغلال المياه الجارية، فعمد إلى استحداث طرق مبتكرة للاستفادة من الطاقة الهيدروديناميكة للماء، والتي ساعدتنا للوصول إلى أحدث التقنيات المستخدمة حاليًا في توليد الطاقة الكهرومائية.[3]

تقنيات الطاقة المائية في العصور القديمة

في العصور القديمة في بلاد الرافدين، قبل ستة آلاف سنة تقريبًا، تم تطوير تقنيات زراعية، وأجهزة تعتمد على الماء كعنصر رئيسي لتشغيلها مثل الساعات المائية، والتي تعتبر أحد أقدم الطرق لقياس الوقت.[3]

في العام ألف قبل الميلاد، طور الفرس تقنية تمت تسميتها بقنات. تعتمد بشكل رئيسي على بناء قنوات طويلة، وضيقة تقام بشكل عمودي لتزود السكان بالماء على مستوى مدن بأكملها. وبنفس الوقت، قام الصينيون ببناء تقنية مشابهة لتقنية قنات في منطقة تسمى طوربان في الصين.[3]

إلا أن أول محاولة لاستخدام الماء في إنتاج الطاقة كانت في الصين في عهد سلالة الهان الغربية عام ٢٠٢ قبل الميلاد. كانت عبارة عن مطرقة ضخمة مزودة بعجلة مياه رأسية أطلق عليها إسم مطرقة الإمالة، واستخدمت بشكل رئيسي في طحن الحبوب، وتكسير خام المعادن، وصناعة الورق.[4]

تقنيات الطاقة المائية في العصور الحديثة

المحاولات الأولية للاستفادة من طاقة المياه لإنتاج الكهرباء كانت مرافقة لبداية النمو الاقتصادي للحضارة الغربية، عندما قام ريتشارد أركرايت بإنشاء طاحونة كرومفورد، في وادي ديرونت، في إنجلترا عام ١٧٧١ لاستخدامها في صناعة القطن والذي يعد أول نظام مصنعي متكامل في العالم تم تشغيله باستخدام الطاقة المائية.[4]

حصلت بعض التطورات الرئيسية في تقنية الطاقة المائية في النصف الأول من القرن التاسع عشر. ففي عام ١٨٢٧، أنشأ المهندس الفرنسي بينوا فورنيرون عنفة مائية تعمل على إنتاج ستة حصان من الطاقة.[4]
عام ١٨٤٩، طور المهندس الأميركي البريطاني جيمس فرانسيس أول عنفة مائية حديثة، والتي ما زالت قيد الاستخدام الواسع حتى يومنا هذا.[4]
في القرن العشرين، قام البروفيسور النمساوي فيكتور كابلان بتطوير عنفة كابلان عام ١٩١٣ والتي تعتبر أول عنفة مائية ذات مراوح فاتحة بذلك المجال لدخول مرحلة حديثة من إنشاء محطات كهربائية كاملة تعمل بالطاقة المائية.[4]

[1] Hydroelectric Power.
[2] A Summary of the Hydrologic Cycle
[3]A brief history of Hydroelectricity
[4]A brief history of hydropower

طاقة الرياح أُنشأت بشكل ناجح في معظم أنظمة إنتاج الطاقة الكهربائية حول العالم، إلا أن إنشاء هذه المصادر الجديدة؛ والتكنولوجيا الحديثة تحتاج لدعم كبير للأبحاث الموجهة في هذا الصدد. لا يمكن القول أن طاقة الرياح تؤسس مصدر طاقة حديثة، بحيث شهدت تطور مهم منذ القرن العشرين، وفي حالة الاستخدامات الكهربائية التي بدأت منذ منتصف القرن المنصرم. هذه النتائج تؤكد وجود معرفة و خبرات متراكمة أينعت ثمارها في العقد الماضي.[1]

مبدأ الطاقة لعنفات الرياح

تتكون الرياح من جزيئات صغيرة تحمل كلًا منها طاقة حركية نُعبر عنها باستخدام معادلة الطاقة الحركية:

m= الكتلة، v= السرعة.
عندما يتعلق الأمر بحساب الطاقة الحركية للرياح، يصبح من المستحيل حساب الطاقة الحركية لكل جزء بسرب الرياح لوحده. لهذا يُعبر عن كتلة الجزيئات كمقدار موحد متجانس من الكتلة التي تسري خلال نظام معين بمعدل وحدة زمنية معينة، فيصبح التعبير عن مقدار الطاقة الحركية للرياح بالشكل التالي:

A= مساحة مقطع الريش، ρ= كثافة الهواء، V= حجم الهواء، v= سرعة الهواء.
ومن هنا يصبح لدينا مقدار الطاقة التي يمكن الاستفادة منها وتحويلها إلى شكل آخر للطاقة عبر المنظومة المراد استخدامها.

إن نظام تحويل الطاقة لا يمكن أن يستفيد من الطاقة الحركية التي يستقبلها بكفاءة ١٠٠%، بسبب الفواقد في الطاقة التي يكون سببها ارتطام جزيئات الهواء بمراوح المنظومة من جهة، وذهاب جزء آخر من طاقتها التي تحملها بتدوير المراوح من جهة أخرى.

طبقًا لمبدأ ألبرت بيتز الذي ينص أن أفضل كفاءة من الممكن الوصول لها للاستفادة من الطاقة الحركية للرياح تعادل ٥٩%. ومن هنا يأتي السؤال عن كيفية الوصول لهذه الكفاءة.
من معادلة الطاقة السابق ذكرها، يمكن الاستدلال أنه كلما ازدادت سرعة الرياح، ازدادت تِبعًا الكفاءة. وبالتالي يمكننا القول بأن معرفة العوامل التي تحكم سرعة الرياح، تؤسس الأطر الأساسية التي يجب الاعتماد عليها لبناء منظومات طاقة الرياح.

أول وأهم هذه العوامل هو الموقع الجيد! إذ يجب أن يكون مرتفعًا بالشكل المطلوب، وفي منطقة مفتوحة؛ فلا يصح وجود أجسام عالية تعيق الرياح وتسبب ظاهرة القص الهوائي.

الديناميكا الهوائية لعنفات الرياح

خلافًا لمراوح طواحين الهواء المتعارف عليها، والتي اعتمدت على قوة الرياح لدفع المراوح وإجبارها على الحركة أوتوماتيكيًا، بنيت العنفات الحديثة على مفاهيم أكثر تعقيد بناءًا على نظريات الديناميكا الهوائية وميكانيكا الموائع الأحدث.
أحد مبادئ الديناميكا الهوائية الأساسية المستخدمة في بناء الطائرات، يُستخدم أيضًا في تسيير عنفات الرياح. والذي يعتمد على مبدأ تبادل رئيسي بين قوتين تتحكمان في تسيير الأجسام تحت تأثير الهواء. وهما:

• قوة الرفع: والتي تؤثر على الجسم المتحرك بشكلٍ عموديٍّ على اتجاه سريان الهواء.
• قوة الجر: والتي تؤثر على الجسم المتحرك بشكلٍ موازٍ لسريان الهواء.

ولأن الأساس بالتصميم الحديث لريش العنفات الحديثة اُسْتُوحي من تصميم أجنحة الطائرة، فسنرى بأن مفهوم السطح الإنسيابي الهوائي المقوس «Airfoil» في أجنحة الطائرة تم تطبيقه على ريش العنفات الحديثة على حدٍ سواء.
نرى أن سطح أحد جانبي الريش يكون مقوسًا، خلافًا للجانب الآخر الذي يكون بالعادة مسطّحًا نسبيًا. يساعد وجود هذا التصميم بشكل خاص على انتقال الهواء مرورًا بالجانب المقوس الموازي لاتجاه هبوب الرياح من الريشة، فيصل إلى نهاية الريشة كي يلحق بالهواء الساري خلال الجانب المسطح المعاكس لاتجاه الرياح. ينتج عن سريان الهواء السريع، تولد منطقة ضغط منخفض أمام الجانب المقوس، والتي تعمل على رفع الريشة لتدور وفق اتجاه الرياح. في الجهة المعاكسة لاتجاه الرياح من الريشة، يسري الهواء بسرعة أبطئ، مولدًا بذلك منطقة ضغط عالٍ تجر الريشة، وتبطئ سرعتها.[2]

أنواع عنفات الرياح

هنالك نوعان من عنفات الرياح المستخدمة حاليًا، وتصنف بحسب اتجاه دوران عمود الإدارة إلى: عنفات ذات محور أفقي، وعنفات ذات محور عمودي.
بالنسبة لأحجامها فهي تختلف وتتنوع، فالعنفات الصغرى تُستخدم لتشغيل المنازل أو المؤسسات الصغرى التي تتطلب طاقة أقل من ١٠٠ كيلو واط. أما الأحجام التجارية الكبرى، فقد تصل الطاقة التي يمكن أن تنتجها إلى خمسة مليون واط، أو خمسة ميجا واط. العنفات الكبرى تجمع بعض الأحيان معًا لتشكل مزارع رياح تزود الطاقة على مستوى واسع.[3]

عنفات المحور الأفقي «HAWT»

معظم أجهزة الرياح المستخدمة اليوم تقع ضمن هذا التصنيف، هذه العنفات لديها ريش تشبه مراوح طرد الهواء في الطائرة. يوازي طول التصميم القياسي لها طول مبنى مكون من عشرين طابق، ويحتوي على ثلاثة ريش أساسية موازية للأرض وتدور ضمن محيط يصل إلى مائتين قدم. يتجاوز طول مراوح أكبر تصميم يقع ضمن هذا النوع من العنفات طول ملعب كرة قدم، وصمم بهذا الطول والعرض حتى يتم الاستفادة من أكبر قدر من الرياح.[3]

عنفات المحور العمودي «VAWT»

لدى هذه النوعية مراوح تمتد من الأعلى إلى الأسفل، والنوع الأكثر شيوعًا المسمى بعنفة رياح داريوس يشبه آلة خفق بيض عملاقة. يصل طول هذه العنفات إلى مائة قدم، وعرض خمسين قدم. تشغل عنفات المحور العمودي نسبة صغيرة من المنظومات المستخدمة في الوقت الحالي.[3]

شبكة الدوار لتقوية الرياح «The Wind Amplifier Rotor Platform»

يعتبر نوع مختلف وآخر من منظومات الرياح، مصمم خصيصًا ليكون أكثر فاعلية ويشغل مساحة أقل من المساحة التي تشغلها منظومات الرياح الأخرى. الوارب «WARP» كما تم اختصار مسماه، لا يتطلب عنفات كبيرة الحجم، بدلًا عنها؛ يستخدم عنفات تشبه تصميمها تصميم شفاطات الهواء أو مجموعة من عجلات السيارات المكدسة فوق بعضها. كل جزء لديه زوج من العنفات الصغرى عالية القدرة يتم تركيبها داخل إطار مقعر. يسحب سطح الإطار الرياح نحو العنفات مزودًا إياها بسرعة أعلى قد تصل إلى ٥٠ %.الشركة التي صممت وارب والمدعوة بإينكو«ENCO»، تخطط لتسويق تصميمها الحديث هذا إلى منصات الحفر البحرية، وأنظمة الاتصالات اللاسلكية.[3]

محطات الرياح للطاقة

تتكون محطات الرياح، أو ما تعرف باسم مزارع الرياح، من مجموعات من منظومات الرياح المستخدمة لإنتاج الطاقة الكهربائية. لدى مزرعة الرياح عشرات الوحدات موزعة على نطاق واسع. توجد أكبر مزرعة رياح في تكساس، وتتكون من 421 عنفة تولد طاقة لتغطي ٢٢٠ ألف منزل في السنة.[3]

مكونات منظومة الرياح للطاقة

١- البرج

البرج مصمم ليحمل الجزء الدوار والقمرة لعنفة الرياح إلى الارتفاع المطلوب. الأنواع الرئيسية للأبراج المستخدمة في العنفات الحديثة هي: أبراج شبكية، وأبراج فولاذية أُحادية، والأبراج المدعمة بالكابلات.[3]

1. الأبراج الشبكية «Lattice Tower»: مصنوعة من أعمدة الفولاذ المجمعة معًا بشكل بنية شبكية، تصميمها شبيه بتصميم أبراج نقل الكهرباء العادية. هذه الأبراج تستخدم نصف المواد المطلوبة لتصنيع الأبراج الفولاذية الأُحادية، وبالتالي تعتبر أخف وزنًا وأقل تكلفة. أرجل البرج تنفرج بشكل واسع، موزعة بذلك الأحمال عليها بالتساوي.[3]
2. الأبراج الفولاذية الأحادية «Turbular Steel Tower»: مصنوعة من عمود مخروطي يزيد قطره تدريجيًا نحو القاعدة، وتوفر مساحة مقطعه الدائرية مقاومة لي عالية. يتراوح طوله من عشرة إلى عشرين متر.[3]
3. الأبراج المدعمة بالكابلات «Guyed Tower»: مناسبة للمنظومات الصغيرة، بحيث يتم تثبيت العنفة فوق أسلاك مشدودة. تتميز هذه الأبراج بوزنها الخفيف، وتكلفتها المنخفضة نسبيًا.[3]

٢- الجزء الدوار «Rotor»

يعتبر أهم مكونات عنفة الهواء «Wind Turbine»، ودوره يتلخص باستقبال الطاقة الحركية من الرياح وتحويلها إلى عمود الإدارة«Shaft». يتكون الجزء الدوار من:

• ريش «Blades»
• مشبك«Hub»
• عمود إدارة«Shaft» مصقولا من الفولاذ الصلب
• محامل«Bearings»، وأجزاء داخلية أخرى.[3]

الريش «Blades»

الريش كما ذكر سابقًا، لديها أجزاء ذات سطوح انسيابية مقوسة. بالنسبة لعدد ريش العنفات المستخدمة حاليًا في معظم المنظومات لا يتجاوز ثلاثة ريش للعنفة الواحدة، إلا أن بعض عنفات الهواء الصغيرة المستخدمة في شحن البطاريات، لديها ريش أكثر قد تصل إلى ستة بسبب الحاجة لتشغيلها الآلي في سرعات رياح منخفضة. المواد المستخدمة في صناعة الريش تتفاوت بحسب حجم المنظومة، فمثلًا الريش الخشبية والمعدنية تُستخدم للمنظومات الصغيرة. بينما تستخدم معظم المنظومات الكبيرة والتجارية ريش مصنوعة من الألياف الزجاجية متعددة الطبقات.[3]

المشبك «Hub»

ريش الجزء الدوار مرتبطة بالمشبك، والذي يتكون من براغي، ومحامل الريش، ونظام تأرجح«Pitch System». يحتوي المشبك على نقاط لتثبيت الريش والوصلات الميكانيكية المصممة للتحكم بانحدار الريش. وهو أحد أهم مكونات الجزء الدوار، ولهذا يُصمم بمواصفات متانة عالية، فالمادة المستخدمة في تصنيعه هي صفائح حديد الزهر.[3]

المحامل «Bearings»

عمود الإدارة الرئيسي للعنفة يمر خلال المحامل الرئيسية. المحامل الكروية 《Roller Bearings》 هي المستخدمة والأكثر شيوعا، لقدرتها على تحمل الأخطاء البسيطة الناتجة من انحراف العمود مانعة بذلك حدوث زيادة بالأحمال الجانبية.[3]

٣- صندوق تروس السرعات «Gear Box»

يعتبر جزئية مهمة في عملية تحويل الطاقة في عنفة الرياح. تتراوح سرعة الجزء الدوار لعنفة الرياح بين ٣٠ إلى ٥٠ دورة/ دقيقة. بينما قد تصل السرعة القصوى للمولد إلى ١٥٠٠ دورة/ الدقيقة، هنا يأتي دور صندوق السرعات للتلاعب بالسرعة طبقًا لمتطلبات المنظومة من الطاقة. مصمم ليعمل بسلاسة حتى تحت الظروف البيئية السيئة.[3]

تتحقق السرعة المطلوبة في العنفات الصغير عبر تطبيق مرحلتين، أو ثلاث مراحل لمنظومة التروس. أما في العنفات الأكبر، يتم استخدام تجميعة من التروس الكوكبية«Planetary Gears» والعادية معًا.[3]

٤- المولد «Generator»

يعتبر المولد أحد أهم مكونات نظام تحويل طاقة الرياح. بعكس المولدات المعتاد استخدامها في أنظمة تحويل الطاقة الأخرى، يعمل مولد عنفة الرياح تحت مستويات طاقة متقلبة، بسبب تفاوت سرعة الرياح.[3]
عنفات الرياح الصغيرة مزودة بمولد ذو تيار مستمر تصل قدرته إلى واحد كيلو واط، بينما الأنظمة الكبرى فتستخدم مولدات التيار المتردد ذوات الطور الواحد، أو الثلاثة أطوار. محطات الرياح تستخدم مولدات ذات ثلاثة أطوار، وهذه المولدات قد تكون في بعض الأحيان مولدات تزامنية.[3]

المصادر:

1. Future of wind: Deployment investment, technology, grid integration and socio-economic aspects
2. wind-power
3. Wind Energy Fundamentals ,Resource Analysis and Economics

تعود مساعي الإنسان للاستفادة من طاقة الرياح إلى العصور القديمة عندما حاول استخدامها للإبحار. بعدئِذ خدمت الرياح البشرية عبر تغذية الطواحين العملاقة بالطاقة التي استخدمت لطحن الحبوب، وتشغيل مضخات الماء. مرت هذه التقنية بمراحل تطور عديدة امتدت لعقود، لتصل إلى منظومتها الحديثة المعقدة. وسنتحدث هنا عن نبذة عن تاريخ طاقة الرياح.

كيف تتكون الرياح؟

الشمس هي المحرك الرئيسي المتحكم بنطاق واسع من تغيرات الأحوال الجوية للأرض. يتلقى خط الإستواء كميات كبيرة من الإشعاع الشمسي مقارنة بما يتلقاه القطبان الشمالي والجنوبي، مما ينتج عنه ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض عند خط الاستواء، وبالتالي ارتفاع درجة حرارة الهواء الملامس له، فتقلّ كثافته ويرتفع نحو الأعلى مسبباً بانخفاض ضغط الهواء في الطبقات الدنيا. عكس هذا يحدث في المناطق القطبية، حيث تكون درجة حرارة الأرض منخفضة ممّا يؤدّي لانخفاض درجة حرارة الهواء الملامس له وارتفاع كثافته وهبوطه بالقرب من سطح الأرض، الأمر الذي يتسبب في ازدياد ضغطه وتحركه نحو المناطق الحارة المنخفضة الضغط الملامسة لسطح الأرض، بينما يأتي مكانه الهواء الساخن القليل الكثافة القادم من المناطق الاستوائية الحارّة.[1]

طاقة الرياح في التاريخ القديم

ثمة خلاف تاريخي حول بداية ظهور هذه الميكانيكية المستخدمة للرياح كمصدر طاقة. يرجح البعض بأنها ظهرت لأول مرة في بابل، حيث يعتقد أن الملك البابلي حمورابي خطط لاستخدامها في مشروع الري الموسع الذي كان يطمح إليه في القرن السابع عشر قبل الميلاد؛ والبعض الآخر يفترض بأنها ظهرت لأول مرة في الهند.[2]

طبقًا لما ورد في أرثاشاسترا – المخطوطة السنسكريتية التي كتبها كاوتيليا خلال القرن الرابع قبل الميلاد – عن إشارة إلى آلالات تدار عبر الرياح لتعمل على رفع المياه. عدا هذه المخطوطة، لم يتم إيجاد تسجيل دقيق يثبت وجود هذه التقنيات على أرض الواقع، أو دلائل محسوسة تؤكد ترجمتها إلى ميكانيكيات واقعية مستخدمة.[2]

بداية عصر الطواحين الهوائية

أقدم تسجيل تاريخي موثق لتصميم الطواحين الهوائية يعود إلى القرن الثاني قبل الميلاد. يشير إلى استخدام الفرس الطواحين الهوائية لطحن الحبوب خلال تلك الفترة، مستخدمين آلات رأسية المحور مزودة بأشرعة مصنوعة من حزم القصب، أو الخشب. كان حجر الطحن مرتبط بعمود رأسي، وتم ربط الأشرعة بالمركز باستخدام دعامات أفقية. حجم الأشرعة يحدد من خلال المواد المستخدمة في التصنيع، لكن عادة كانت أبعادها بين خمسة متر طولي، وتسعة متر ارتفاع.[2]

بحلول القرن الثالث عشر ميلادي، كانت المطاحن منتشرة في أوروبا. تبنى الفرنسيون التقنية في عام ١١٠٥ ميلادية، ولحقهم الإنجليز في عام ١١٩١ ميلادية. خلافًا لتصميم الفرس الرأسي، الطواحين الأوروبية كانت أفقية المحور، ذات بنية مزينة. بني البرج من الخشب، أو الطوب؛ وصممت مساحة مقطعه العرضي لتأخذ شكلًا دورانيًا، أو متعدد الأضلاع. كان يتم توجيه العضو الدوار يدويًا إلى اتجاه الرياح عبر تحريك الذيل، وبالمثل كان يتم حماية الطاحون من الرياح العاتية عبر إدارة العضو الدوار عكس اتجاه الرياح، أو إزالة القماش الذي يغطي العضو الدوار.[2]

ضخ الماء باستخدام الرياح

أتى بعدها الهولنديون بتصميم مستحدث من صنع المصمم «يان أدريانسن». أدخلت العديد من التحديثات للتصميم، وتم ابتكار العديد من الأنواع المختلفة، مثل: تياسكر، والطواحين الدخانية. أخذ تصميم المقطع العرضي للعضو الدوار شكل الجناح الحامل لرفع الكفاءة.
استخدمت هذه الطواحين بجانب طحن الحبوب استخدامات أخرى عديدة، كان منها: تجفيف الأراضي الرطبة.[2]
وصلت هذه التقنية إلى أميركا عام ١٧٠٠ ميلادية عبر المهاجرين الهولنديين. حينها ظهرت الطواحين المستخدمة لضخ الماء، والتي ما زالت تعتبر أحد أهم التطبيقات لطاقة الرياح.[2]

بداية تطور منظومة طاقة الرياح

ظهرت العنفات ذات المراوح المتعددة أميركية الصنع عام ١٨٠٠ ميلادية، مزودة بعضو دوار صغير بقطر يتراوح من متر إلى عدة أمتار.[2]
كان الغرض من هذه التقنية ضخ المياه من تحت سطح الأرض للاستخدامات الزراعية. أعطت هذه المضخات المائية بمراوحها المعدنية، وتصميمها الهندسي الفعال نتائج أفضل من سابقاتها من التقنيات المستخدمة في هذا المجال. وتباعًا، أُنشئت أكثر من ستة مليون وحدة في الولايات المتحدة مابين ١٨٥٠ و١٩٣٠ ميلادية.[2]

المولدات الكهربائية ومحطات طاقة الرياح

بدأ عصر المولدات الكهربائية التي تعمل بالرياح في وقت قريب إلى حدٍ ما من عام ١٩٠٠ ميلادية. بحيث صُنعت أول عنفة رياح حديثة لإنتاج الكهرباء في الدنمارك عام ١٨٩٠ ميلادية، وعملت على تزويد المناطق الريفية بالكهرباء.[2]

خلال الفترة نفسها، صُنع أول مولد كهربائي يعمل بالرياح في كليفلاند بولاية أوهايو، مستخدمًا لأول مرة صندوق تروس سرعات. عملت المنظومة على مد الطاقة لمدة عشرين عامًا.[2]
اُستخدمت العديد من الطرق الحديثة للتصميم الهندسي للعنفات خلال هذه الفترة. وتم تطوير العضو الدوار، وزعانف العنفات مما أدى إلى رفع الكفاءة، والفاعلية لهذه المنظومات الحديثة. وبحلول عام ١٩١٠م، زودت مئات من هذه المنظومات العديد من قرى الدنمارك بالطاقة.
بدأت التجارب البحثية تأخذ مجالًا أوسع، ونتيجةً لذلك أُنشئت محطات إنتاج الطاقة بالرياح في العديد من الدول، أبرزها: الولايات المتحدة، والدنمارك، وفرنسا، وألمانيا، والمملكة المتحدة.[2]

إلا أنه في السنوات اللاحقة ظهرت مصادر طاقة أكثر اقتصادية، وكفاءة مثل: الوقود الأحفوري، والطاقة النووية. فكانت المقارنة بين تكلفة إنتاج الكهرباء من هذه المحطات، ومن إنتاجها في محطات الرياح لا تصب في مصلحة الأخيرة.[2]
وبهذا تناقص الاهتمام بطاقة الرياح بحلول عام ١٩٧٠م.

العودة إلى طاقة الرياح

أجبرت أزمة النفط التي حدثت في عام ١٩٧٣م العلماء والمهندسين، وصناع القرار على إيجاد حلول بديلة بعدما تراءى لهم أن الاعتماد على النفط كمصدر طاقة رئيسي يترتب عليه تبعات على اقتصادهم بناءًا على سياساتهم المتبعة. وبات جليًا أن حدوث أي توتر سياسي، سيطوق توفر الوقود الأحفوري مما سيؤدي إلى ارتفاع أسعاره بشكل جنوني، فيصبحون بذلك تحت رحمة دول الأوبك. ومن جانب آخر، أدرك العالم أن الوقود الأحفوري مصيره الإنتهاء يومًا ما.

خيار الاعتماد على الطاقة النووية كان مصدر تساؤل كبير أيضًا، وذلك بسبب خطورة تداعياتها على البيئة والبشر على حد السواء. كل هذه العوامل أدت لإحياء الاهتمام بطاقة الرياح، وبذلت جهود حثيثة لإيجاد حلول تغطي جوانب العجز في هذه التقنية. توالت البحوث في مجالات مصادر الطاقة، وتطوير المنظومات الحالية التي من شأنِها جعل التقنية أكثر اقتصادية، وكفاءة، واستدامة.[2]

المصادر
[1] Wind Energy Fundamentals
[2] Wind Energy