لمـاذا يتم تجهيز العنفات الريحية بثلاث شـفرات فقط وليس أكثر؟ إليك الإجابة

يتم تزويد مزارع الرياح في جميع أنحاء العالم منذ أول اختراعها إلى يومنا هذا بعنفات ريحية ثلاثية الشفرات على شكلها القياسي المعروف لدينا جميعا لإنتاج الطاقة النظيفة، لم يطرأ على العروض التصميمية الموجودة الآن أي تعديل يذكر كزيادة عدد الشفرات إلى أربعة أو أكثر مثلا كما في السابق .

بل حافظت العنفات الريحية مؤخراً على 3شفرات في تصميمها مع حفاظها على الكفاءة العالية في الأداء لتوليد الطاقة الكهربائية من الرياح، فهل جال في خاطرك يوماً تساؤلا عن سبب عدم التعديل أو الزيادة في عدد الشفرات للعنفات الريحية عن ثلاثة فقط رغم كل التطورات حولنا!

هندسة العنفات الريحية

تدرس الهندسة التصميمية للعنفة إمكانية الحصول على أعظم طاقة من الرياح بهدف إنتاج أكبر قدرة كهربائية ممكنة وبكفاءة عالية أيضا وهناك عدة أمور يجب أن تؤخذ في الحسبان.

كيف تعمل العنفات الريحية؟

إن الحصول على الكهرباء عن طريق طاقة الرياح أقدم مما يعتقد البعض ، فأن أول عنفة ريحية ركِّبت عام 1888، تم اختراعها من قبل كارلوس فبروش وكانت مكوَّنة من 144 شفرة من الخشب ذات شكل ملفت للنظر وكانت تولِّد ما يقارب 12 كيلو واط من الاستطاعة.

وفي أواسط عام 1930 تقريباً بدأت العديد من المساكن الريفية في الولايات المتحدة الأمريكية بالاعتماد على طاقة الرياح كمصدر لتوليد الكهرباء، وكان ذلك بواسطة عنفات سهل الوصول إليها نسبياً وذات تكلفة منخفضة ومن الممكن من خلالها تغذية أماكن أخرى بالطاقة لم تكن متصلة بخطوط التغذية الرئيسية.

بعد توسع وانتشار خطوط نقل الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة تراجع الاهتمام بالعنفات الريحية وأصبحت طاقة الرياح من الماضي ومنذ عدة عقود فقط عاد الاهتمام بالرياح كمصدر بديل رخيص مقارنة ببقية أشكال الطاقة.

إن مبادئ إنتاج الطاقة من الرياح عملية بسيطة نسبياً ولا تزال على نفس المبدأ من القرن التاسع عشر، حيث أن الرياح ببساطة هي هواء يتحرك وحيثما توجد حركة توجد طاقة حركية والعنفات الريحية صمِّمت لتواجه وتعيق حركة الهواء التي تحمل طاقة حركية وتبطُّئها وتحوِّلُها إلى طاقة كهربائية

وهذه الإعاقة تتمثل بالشفرات المصممَّة خصيصاً للحصول على أعلى قدر من الطاقة، إن طريقة تصميم وكيفية استخدام شفرات العنفة قائمة على علوم دقيقة تعتمد على عدد من العوامل أهمها ديناميك الهواء ومقاومته.

عوامل تصميم شفرات العنفة:

• السرعة.
• ديناميك الهواء.
• سرعة الصوت.

هناك عدة عوامل تلعب دوراً هاماً عند تصميم العنفات ولعل أبرزها ديناميك الهواء

حيث أن ديناميك الهواء هو علم يحكي عن خصائص الجسم الصلب والهواء المتحرك حوله وتأثيره على الجسم ، وبأخذها بعين الاعتبار تصمِّـم العنفة والشفرات بشكل قريب لتصميم أجنحة الطائرة، فالجانب الخلفي من الشفرة يكون أكثر انحناءً من الجانب الأمامي بنفس طريقة تصميم جناح الطائرة فالانحناء فيها يكون إلى الأعلى في النهاية

وهذا الاختلاف بالشكل يسبب اختلاف بالضغط على جانبي الشفرة عندما يتحرك الهواء عبر الشفرة وهذا ما يجعل الشفرة تتحرك، بسبب دفع الهواء للشفرة إذ تكون سرعة الهواء خلف الشفرة أكبر من مقدمتها مما يجعل الجزء الدوّار من العنفة يبدأ بالدوران لتبدأ عملية توليد الكهرباء

لكن هذا ليس كافياً للشفرات كي تدور فعلى المهندسين أن يضعوا بعين الاعتبار أيضاً السرعة وإعاقة الهواء أثناء التصميم لضمان أعلى مستوى من الكفاءة.

قوة الدفع في العنفات الريحية

إذا تشكلت قوة دفع كبيرة من الشفرات فإن كمية قليلة من الطاقة سوف تُنتج والشفرات ستتحرك بسرعة كبيرة مما قد يسبب اختراق حاجز الصوت واحدة من أبرز إيجابيات العنفات الريحية هي كيفية.

الاختيار الأمثل لعدد الشفرات في العنفات الريحية ولماذا ثلاثة؟

إن معظم العنفات الريحية تعمل بثلاث شفرات وهذا هو العدد القياسي لها ، لكن قرار اختيار العنفات الريحية بثلاث شفرات أمر يحتاج إلى المرونة في الاختيار بسبب تقليلها لإعاقة حركة الهواء

على سبيل المثال من الممكن بشفرة واحدة يتحقق رقم مثالي عندما نأتي لاستخلاص أكبر قدر من الطاقة، لكن بشفرة واحدة تكون العنفة غير متوازنة وهذا ليس خياراً عملياً لاستقرار التوربين.

وبنفس الطريقة فإن شفرتين تولد طاقة أكبر من ثلاث شفرات ولكن أيضاً لها مشكلاتها ومعوقاتها الخاصة

فالعنفات ذات الشفرتين هي أكثر عرضة لظاهرة تدعى بالاستباق الجيروسكوبي، والتي تنتج ذبذبة بشكل غير طبيعي وهذه الذبذبة قد تسبب مشكلة باستقرار العنفة ككل وتسبب ضغط على مكونات العنفة مما يجعلها تنخفض كفاءتها بشكل طردي مع مرور الزمن.

وأي عدد أكبر من ثلاث شفرات يسبب ممانعة كبيرة جداً لحركة الرياح مما يخفض إنتاج الكهرباء ولذلك فهي أقل كفاءة من العنفات ذات الثلاثية الشفرات، لهذه الأسباب صمِّمت العنفات الريحية بثلاثة شفرات وهو الحل المثالي الأكثر مرونة ما بين الطاقة العالية المستخلصة وأعظم استقرار ومتانة مناسبة للعنفة.

المصدر : خبر بوست