أصبحت طاقة الرياح واحدة من أكثر مصادر الطاقة النظيفة جدوى على وجه الأرض. لسنوات عديدة، كانت معظم احتياجاتنا من الكهرباء تأتي من الفحم والنفط وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى. ومع ذلك، فإن إنتاج الطاقة من هذه الموارد يسبب أضرارا جسيمة لبيئتنا ويلوث الهواء والأرض والمياه. وقد دفع هذا الاعتراف الكثير من الناس إلى اللجوء إلى الطاقة الخضراء كحل. ولذلك فإن الطاقة المتجددة مهمة جداً لأسباب عديدة، منها:
- التأثير البيئي الإيجابي
- وظائف وفوائد اقتصادية أخرى
- تحسين الصحة العامة
- إمدادات طاقة هائلة لا تنضب
- نظام طاقة أكثر موثوقية ومرونة
في عام 1831، أنشأ مايكل فاراداي أول مولد كهرومغناطيسي. اكتشف أنه يمكن توليد تيار كهربائي في الموصل عند تحريكه عبر مجال مغناطيسي. وبعد ما يقرب من 200 عام، لا يزال المغناطيس والمجالات المغناطيسية يلعبان دورًا أساسيًا في توليد الطاقة الكهربائية الحديثة. يواصل المهندسون البناء على اختراعات فاراداي، مع تصميمات جديدة لحل مشاكل القرن الحادي والعشرين.
نظرًا لكونها قطعة معقدة للغاية من الآلات، أصبحت توربينات الرياح ذات شعبية متزايدة في قطاع الطاقة المتجددة. بالإضافة إلى ذلك، يلعب كل جزء من التوربين دورًا مهمًا في كيفية عمله وطريقة التقاط طاقة الرياح. في أبسط صورة، كيف تعمل توربينات الرياح هي:
-الرياح القوية تقلب الشفرات
– ترتبط شفرات المروحة بقناة رئيسية في المركز
- المولد المتصل بهذا العمود يحول تلك الحركة إلى كهرباء
يلعب المغناطيس الدائم دورًا حاسمًا في بعض أكبر توربينات الرياح في العالم. تم استخدام المغناطيسات الأرضية النادرة، مثل مغناطيسات النيوديميوم والحديد والبورون القوية، في بعض تصميمات توربينات الرياح لخفض التكاليف، وتحسين الموثوقية، وتقليل الحاجة إلى الصيانة المكلفة والمستمرة. بالإضافة إلى ذلك، فإن تطوير تقنيات جديدة ومبتكرة خلال السنوات الأخيرة قد ألهم المهندسين لاستخدام أنظمة مولد المغناطيس الدائم (PMG) في توربينات الرياح. ولذلك، أدى هذا إلى إلغاء الحاجة إلى علب التروس، مما يثبت أن أنظمة المغناطيس الدائم أكثر فعالية من حيث التكلفة وموثوقة ومنخفضة الصيانة. فبدلاً من الحاجة إلى الكهرباء لإصدار مجال مغناطيسي، يتم استخدام مغناطيس نيوديميوم كبير لإنتاج مجال مغناطيسي خاص بها. علاوة على ذلك، فقد أدى ذلك إلى إلغاء الحاجة إلى الأجزاء المستخدمة في المولدات السابقة، مع تقليل سرعة الرياح اللازمة لإنتاج الطاقة.
المولد المتزامن ذو المغناطيس الدائم هو نوع بديل من مولدات توربينات الرياح. على عكس المولدات الحثية، تستخدم هذه المولدات المجال المغناطيسي للمغناطيسات الأرضية النادرة القوية بدلاً من المغناطيسات الكهربائية. أنها لا تتطلب حلقات الانزلاق أو مصدر طاقة خارجي لإنشاء مجال مغناطيسي. يمكن تشغيلها بسرعات أقل، مما يسمح لها بتزويدها بالطاقة بواسطة عمود التوربين مباشرة، وبالتالي لا تحتاج إلى علبة تروس. وهذا يقلل من وزن كنة توربينات الرياح ويعني أنه يمكن إنتاج الأبراج بتكلفة أقل. يؤدي التخلص من علبة التروس إلى تحسين الموثوقية، وانخفاض تكاليف الصيانة، وتحسين الكفاءة. إن قدرة المغناطيس على السماح للمصممين بإزالة علب التروس الميكانيكية من توربينات الرياح توضح كيفية استخدام المغناطيس بشكل مبتكر في حل المشكلات التشغيلية والاقتصادية في توربينات الرياح الحديثة.
تفضل صناعة توربينات الرياح المغناطيسات الأرضية النادرة لثلاثة أسباب رئيسية:
- لا تحتاج مولدات المغناطيس الدائم إلى مصدر طاقة خارجي لبدء المجال المغناطيسي
-الإثارة الذاتية تعني أيضًا أن بنك البطاريات أو المكثفات لوظائف أخرى يمكن أن يكون أصغر
- التصميم يقلل من الخسائر الكهربائية
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لكثافة الطاقة العالية التي توفرها مولدات المغناطيس الدائم، يتم التخلص من بعض الوزن المرتبط بالملفات النحاسية بالإضافة إلى مشاكل إتلاف العزل والقصر.
تعد طاقة الرياح من بين مصادر الطاقة الأسرع نموًا في قطاع المرافق اليوم.
إن الفوائد الهائلة لاستخدام المغناطيس في توربينات الرياح لإنتاج مصدر طاقة الرياح أنظف وأكثر أمانًا وكفاءة وقابلية للتطبيق اقتصاديًا لها آثار إيجابية هائلة على كوكبنا وسكاننا والطريقة التي نعيش بها ونعمل.
تعتبر الرياح مصدر وقود نظيف ومتجدد يمكن استخدامه في إنتاج الطاقة الكهربائية. يمكن استخدام توربينات الرياح جنبًا إلى جنب مع مصادر الطاقة المتجددة الأخرى لمساعدة الدول والبلدان على تلبية معايير محفظة الطاقة المتجددة وأهداف الانبعاثات لإبطاء معدل تغير المناخ. ولا تصدر توربينات الرياح ثاني أكسيد الكربون أو غيره من الغازات الدفيئة الضارة، مما يجعل الطاقة التي تعمل بطاقة الرياح أفضل للبيئة من المصادر المعتمدة على الوقود الأحفوري.
بالإضافة إلى الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة، توفر طاقة الرياح فوائد إضافية مقارنة بمصادر توليد الطاقة التقليدية. تستخدم محطات الطاقة النووية والفحم والغاز الطبيعي كمية كبيرة من الماء بشكل مدهش في إنتاج الطاقة الكهربائية. في هذه الأنواع من محطات الطاقة، يتم استخدام الماء لإنتاج البخار، أو التحكم في الانبعاثات، أو لأغراض التبريد. يتم إطلاق الكثير من هذه المياه في النهاية إلى الغلاف الجوي على شكل تكثيف. وعلى العكس من ذلك، لا تحتاج توربينات الرياح إلى الماء لإنتاج الكهرباء. وبالتالي فإن قيمة مزارع الرياح تزداد بشكل كبير في المناطق القاحلة حيث يكون توافر المياه محدودا.
ولعل إحدى الفوائد الواضحة ولكن الهامة لطاقة الرياح هي أن مصدر الوقود مجاني بشكل أساسي ويتم الحصول عليه من مصادر محلية. في المقابل، يمكن أن تكون تكاليف وقود الوقود الأحفوري واحدة من أكبر تكاليف التشغيل لمحطة توليد الطاقة وقد يلزم الحصول عليها من الموردين الأجانب الذين يمكن أن يخلقوا اعتماداً على سلاسل التوريد غير المنقطعة ويمكن أن يتأثروا بالصراعات الجيوسياسية. وهذا يعني أن طاقة الرياح يمكن أن تساعد البلدان على أن تصبح أكثر استقلالاً في مجال الطاقة وتقلل من مخاطر تقلبات أسعار الوقود الأحفوري.
على عكس مصادر الوقود المحدودة مثل الفحم أو الغاز الطبيعي، تعد الرياح مصدرًا مستدامًا للطاقة ولا يتطلب الوقود الأحفوري لتوليد الطاقة. تنتج الرياح عن اختلافات درجة الحرارة والضغط في الغلاف الجوي وهي نتيجة لتسخين الشمس لسطح الأرض. كمصدر للوقود، توفر الرياح إمدادات لا حصر لها من الطاقة، وطالما استمرت الشمس في السطوع، ستستمر الرياح في النفخ.
