أنواع طواحين الهواء .. وكيف تعمل لتوليد الطاقة

ما هي طاحونة الهواء

طاحونة الهواء هي جهاز لتوليد الطاقة بمساعدة أشرعة مثبتة على عمود دوار حيث تميل الأشرعة أو تنحرف قليلاً بحيث تنقسم طاقة الرياح عليها إلى مكونين، أحدهما عبارة عن تحريف في مستوى ريشة.

تم استخدام طاقة الرياح لأول مرة من قبل البحارة الذين فهموا المصعد ويمكنهم استخدام طاقة الرياح من خلال الأشرعة، وقد أدى ذلك أيضًا إلى تطوير أول طاحونة هوائية ذات عمود رأسي، حيث كان الفرس والصينيون القدماء يطحنون الحبوب ويضخون المياه.

طاحونة الهواء هي آلة صديقة للبيئة حيث تعمل بالطاقة المتجددة ولا تحتوي على أي انبعاثات يمكن أن تلوث البيئة. شكلت طواحين الهواء الأوروبية المبكرة ذات أنظمة المحور الأفقي أساس تكنولوجيا توربينات الرياح الحالية لإنتاج توربينات الرياح.

أنواع طواحين الهواء

ريجريندر

تعتبر طاحونة الهواء من أقدم أنواع طواحين الهواء. إنها طاحونة هوائية محمولة على عمود يدور لالتقاط الرياح وميزتها المميزة هي أن كامل جسم الطاحونة الذي يضم الماكينة مركب على عمود رأسي واحد ويمكن تدويره لرفع الأشرعة في مهب الريح.

مطحنة الدخان

نوع من طاحونة الهواء يتكون من برج مائل أو مائل أو أفقي أو مسقوف أو محفوف بالمخاطر، عادة ما يكون ستة أو ثمانية جوانب، يعلوه سقف أو غطاء يدور لجلب الأشرعة في مهب الريح، والمدخن مصنوع من الخشب وغالبًا ما يتم وضعه على قاعدة من الطوب. المطحنة العمودية لا تدور مثل طاحونة البرج لأن الغطاء يدور لمواجهة الريح.

مطحنة البرج

طاحونة برج هي نوع من طاحونة الهواء العمودية التي تتكون من الطوب أو برج حجري يوضع فيه غطاء خشبي أو سقف، مع دوران الغطاء فقط حتى تتمكن الأشرعة من الرؤية من خلال الريح.

مطحنة المروحة

طواحين المروحة هي طواحين هواء صغيرة ذات اتجاه واحد بأربع إلى عشرين ريشة وتستخدم بشكل أساسي لضخ المياه.

تاريخ الطاحونة

أساس أول شكل معروف في تاريخ طواحين الهواء هو مجمع الطواحين الفارسية وطواحين الهواء في سيستان وبلاد فارس. تشع طواحين الهواء الأفقية والطواحين الشراعية من محور عمودي وتقع في مبنى صلب مع فتحات لدخول الرياح والخروج في اتجاهين متعاكسين. إنها تطحن زوجًا واحدًا من الأحجار المستقيمة دون استخدام التروس، والتصميم مشتق من أقدم طواحين مائية.

تم إرسال عمال المطاحن الفارسية الذين أسرتهم قوات جنكيز خان لتعليم بناء طواحين الهواء واستمر ريهم هناك منذ ذلك الحين. استخدم الفرس أقدم مطاحن دقيق تعمل بالرياح ومضخات مياه بين عامي 500 و 900 بعد الميلاد.

تم استخدام طاقة الرياح منذ آلاف السنين، بدءًا من اختراع المراكب الشراعية كأول وأوضح مثال على استخدام طاقة الرياح، وقد نجحت طاحونة الهواء بشكل كبير في ضخ المياه للمزارع على الحدود الغربية المتنامية. لتشغيل المحركات البخارية المبكرة.

كما بدأ أكثر من 1000 مصنع، كبيرها وصغيرها، تشغيل طواحين الهواء لضخ المياه، وفي القرن التاسع عشر، وفقًا لقياس Halladay’s Mill، الذي تم تصميمه في عام 1854، اعترفت الولايات المتحدة بأكثر من ستة ملايين طاحونة هوائية بين القرنين الثامن عشر والتاسع عشر.

تستخدم طاحونة

• كان الاستخدام الرئيسي للطاحونة الهوائية هو طحن الحبوب في بعض المناطق، حيث كان استخدام الطاحونة الهوائية لتصريف الأرض وضخ المياه بنفس القدر.
• تم استخدام طاحونة هوائية كمصدر للطاقة الكهربائية منذ مطحنة P La Cour، التي بنيت في الدنمارك في عام 1890 بأشرعة حاصلة على براءة اختراع وأشرعة مزدوجة على برج فولاذي، مع طواحين الهواء المستخدمة لتوليد الطاقة الفردية والتجارية في السبعينيات.
• طواحين الهواء هي أجهزة ميكانيكية تستخدمها توربينات الرياح لتحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية.
• تستخدم طواحين الهواء لضخ المياه الجوفية أو طحن الحبوب واستخراج الزيت من البذور ومعالجة المواد الخام مثل التبغ والكاكاو والأصباغ ونكهات الألوان وإمدادات المياه.

كيف تولد طاحونة هوائية الطاقة

تعمل طواحين الهواء على مبدأ أن توربينات الرياح تستخدم الرياح لتوليد الكهرباء بدلاً من استخدام الكهرباء لتحويل الرياح إلى مروحة، وتدفع الرياح ريش تشبه المروحة لتوربين حول الدوار، مما يحول المولد ويولد الكهرباء.

الرياح الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي متفاوتة بسبب الشمس ودوران الأرض وعدم انتظام سطح الأرض، وتختلف أنماط تدفق الرياح من مكان إلى آخر وتتغير حسب الماء والغطاء النباتي والتضاريس.

عندما تم بناء توربينات الرياح الحديثة، تمت تجربة عدة خيارات. يتمثل مبدأ الميكنة العامة في تشغيل التوربين بثلاث شفرات فقط مرتبة حول دوار متصل بعمود. تم تجربة عدد من الأشكال المختلفة، مثل نصلتين وشفرة واحدة، ولكن ثلاث شفرات تعمل بشكل أفضل.

مصدر الطاقة الوحيد لطاحونة الهواء يأتي من الرياح، والرياح تحول شفرات الدوار، مما يتسبب في دوران العمود والمولد لتوليد الكهرباء. يتم توصيل هذه الشفرات أحيانًا من خلال علبة تروس وأحيانًا يتم توصيلها مباشرة بالمولد. في كلتا الحالتين يقوم المولد بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. .

ومن المثير للاهتمام أن معظم التوربينات الحديثة تدور في اتجاه عقارب الساعة اعتمادًا على سرعة الرياح، ويمكن أن تعمل معظم التوربينات الحديثة بسرعات منخفضة تصل إلى أربعة أمتار في الثانية حتى 15 ميغا بكسل. يتم وضع التروس وإخراج سرعة أعلى، ثم يقوم محول في التوربين بتحويل التيار إلى جهد مناسب للتوزيع في شبكة وطنية.

مكونات الطاحونة الهوائية

أجزاء الطاحونة كالتالي

• الشفرات الدوارة تعمل الشفرات الدوارة لتوربينات الرياح بنفس مبدأ ريش الطائرة، حيث يكون أحد الجانبين منحنيًا والآخر مسطحًا، وترتفع وتدور عندما تهب الرياح فوقها، مما يؤدي إلى تكوين الدوار. استدارة. تحتوي معظم التوربينات على شفرتين أو ثلاث شفرات ويتم تشغيل الشفرات بالهواء لموازنة فرق الضغط. هذا يتسبب في تدوير الشفرات.
• الجندول يحتوي على مجموعة من التروس والمولدات، ويحتوي على علبة تروس، وأعمدة تشغيل بطيئة وسريعة، ومولد تيار متردد، وتوجيه، ومكابح وبعض الكرات الكبيرة بما يكفي لتهبط بطائرة هليكوبتر، والتروس هي الدوران البطيء نسبيًا للشفرة وتحويلها إلى بسرعة 1500 دورة في الدقيقة تقريبًا وهذا يحول طاقة الدوران للريش إلى كهرباء.
• البرج يتم وضع الشفرات الدوارة على البرج المصنوع من الفولاذ أو الخرسانة أو أنابيب شبكية فولاذية للمساعدة في بناء التوربينات عندما تزداد سرعة الرياح مع الارتفاع، ويمكن للتوربينات ذات الأبراج الأطول امتصاص المزيد من الطاقة وتوليد المزيد من الكهرباء.
• مقياس شدة الريح يقيس سرعة الرياح وينقل بيانات سرعة الرياح إلى جهاز التحكم.