تبلغ نسبة  الطّاقة المولدة من توربينات الرّياح 4% من إجمالي الطّاقة الكهربائيّة في العالم،  وذلك لأن التّوربينات الرّيحية تعمل بشكل جيد فقط عندما تكون سرعات الرّياح مناسبة

وهذا ما دفع العلماء والمهندسين للبحث عن طرق لتطوير ورفع كفاءة توربينات الرّياح.

كانت الحشرات هي الأكثر إلهاماً، فمن خلال ملاحظة الأجنحة المرنة للحشرات وجد  العلماء طريقة لجعل شفرات توربينات الرّياح أكثر كفاءة بنسبة 35٪ في إنتاج الطّاقة!!

ما هي العوائق الّتي تواجه تقنية توربينات الرياح ؟

بحسب رأي الباحث اصفو بيين وهو أستاذ في كلية الهندسة في جامعة ولاية سان دييغو في كاليفورنيا أنّ زيادة كفاءة توربينات الرّياح  لا تعني جعل الدّوار في التّوربين يدور بسرعته القصوى، لأن ذلك سيؤدي إلى فشل عمله.

كما أنّ التّوربينات تصبح أقلّ كفاءة عند السّرعات العالية إذ أنها تصبح أشبه بالجدار، وهذا ما يمنع الرّياح من التّدفق عبر الشّفرات سريعة الدّوران.

كيف نطبق التّقنية التي طوروها المهندسين بالشكل الأمثل ؟

صرّح الباحث  فنسنت كوجنيه وهو فيزيائي في جامعة باريس السّوربون أن المقدار الأمثل من الطّاقة يأتي من معدلات الدّوران المتوسطة

وبالتالي  من أجل زيادة كفاءة إنتاج الطّاقة، يجب أن تضرب شفرات الرّياح في زاوية الميل الصّحيحة فقط لتطبيق المقدار المناسب من عزم الدّوران على المولد.

أجنحة الحشرات لا تعاني من هذه المشكلة نظراً لمرونتها، إذ أنها قادرة على توجيه الحمل الدّيناميكي الهوائي في اتجاه الطّيران، كما وتنحني بشكل طبيعي في مهب الرّيح  لتجنب التّلف.

قام الباحث فنسنت وفريقه ببناء نماذج أوّلية صغيرة الحجم للتوربينات بثلاثة أنماط دوارة مختلفة لمعرفة فيما إذا كانت هذه المرونة ستؤدي إلى تحسين كفاءة توربينات الرّياح.

كان أحد هذه النّماذج صلباً تماماً، والآخر مرناً إلى حدّ ما، أمّا الأخير فكان مرناً للغاية..

صنع التّوربين المرن من مادة مرنة تسمى البولي إيثيلين تريفثاليت (وهو بولمير ملدن حرارياً)، في حين أنّ النّوع الصّلب كان مصنوع من راتينج اصطناعي صلب.

 

ما هي نتائج الاختبارات ؟

في اختبارات النّفق الهوائي،  أثبتت الشّفرات الأكثر مرونة أنها رخوة بعض الشّيء، وفشلت في إنتاج نفس القدر من الطّاقة مثل مثيلاتها الأكثر صلابة

في حين أنّ الشّفرات ذات المرونة المتوسطة تفوقت على الشّفرات الصّلبة، مما أدى إلى زيادة الطّاقة بنسبة تصل إلى 35٪.

أظهرت الاختبارات أيضاً أنّ التّحسن جاء من التّغييرات في زاوية الميل، فعندما تنثني شفرات التّوربينات للخلف أو للأمام، بفضل ضغط الرّياح وتأثير الطّرد المركزي على التّوالي، تتغير زاوية الميل قليلاً.

تؤدي زوايا الميل الأعلى إلى كفاءة أكبر عند سرعات الرّياح المنخفضة، في حين أنّ زوايا الميل المنخفضة (الأكثر إغلاقاً) كانت تعمل بشكل أفضل عند السّرعات العالية.

تؤدي الرّياح الأسرع إلى معدل دوران أعلى، مما يؤدي إلى ثني الجزء المتحرك للأمام وإغلاق زاوية الميل قليلاً، مما يساعد على توليد المزيد من الطّاقة.

ختاماً

قال الباحثون أن التحدي التّالي الذي سيواجهوه في تطوير هذه التقنية هو توسيع نطاقها لتناسب التوربينات كبيرة الحجم

واعتبروا النّتائج التي توصلوا إليها مهمة جداً في هذا المجال، ولاسيما أنًّ زيادة الطّاقة بنسبة 35٪ هي بمثابة قفزة كبيرة لمستقبل متجدّد.

ومع ميكانيك الموائع وقوانين الفيزياء، ستتحول هذه النّماذج الأوّلية إلى توربينات قابلة للتكيف مع ظروف الرّياح المختلفة.

المصدر: اضغط هنا

• إعداد: المهندسة بيان مهنا
• تدقيق: المهندسة أسماء حمود
• تحرير: المهندس بشار الحجي