غير مصنف

توفر توربينات الرياح المستوحاة من الحشرات كفاءة أكبر بنسبة 35٪

توفر توربينات الرياح المستوحاة من الحشرات كفاءة أكبر بنسبة 35٪


تعتبر توربينات الرياح التقليدية رائعة - طالما أن الرياح تهب بسرعة معينة. الآن ، وبإلهام من الحشرات وبعض الهندسة الذكية ، صمم العلماء شفرة توربينية جديدة أكثر كفاءة بنسبة 35 بالمائة من التوربينات التقليدية. يمكن أن تحدث التكنولوجيا الناشئة ثورة في تقنيات الرياح ، مما يجعلها قابلة للتطبيق في الأماكن التي تكون فيها سرعة الرياح دون المستوى الأمثل.

[مصدر الصورة:André Karwath عبر Wikimedia Creative Commons]

ريش التوربينات

مبادئ توربينات الرياح بسيطة النسبية. العملية بأكملها تقريبًا عكس المروحة. بدلاً من استخدام الكهرباء لإنتاج النسيم ، تسخر الشفرات الضخمة طاقة الرياح لتشغيل التوربينات التي تنتج الكهرباء.

تعتمد كفاءة الشفرة على مقدار الطاقة التي يمكن استخلاصها من الرياح. ومع ذلك ، فإن جعل الشفرات تدور بأسرع ما يمكن ليست الطريقة الأكثر فعالية. تكون الشفرات بزاوية بحيث يتم تحويل طاقة الرياح الكافية إلى طاقة ميكانيكية. عند نقطة زمنية معينة ، يؤدي أخذ الكثير من الطاقة من الرياح إلى تقليل كفاءة التوربين (الحد الأقصى من الكفاءة النظرية). إذا تم سحب المزيد من الطاقة ، فإن الشفرات تبدأ في العمل كجدار. إذا تم أخذ كل الطاقة ، فستكون سرعة الرياح صفرًا وستترك النظام بدون طاقة.

تم تصميم زاوية الشفرات للحفاظ على دوران الشفرات بالسرعة المثلى. ومع ذلك ، فإن الشفرات يمكنها فقط الحفاظ على السرعة في نطاق معين من الرياح. عادةً ما يتم تصميم الشفرات لتلائم سرعة الرياح الأكثر شيوعًا في المنطقة. لسوء الحظ ، إذا هبت الرياح بسرعة كبيرة أو بطيئة جدًا ، يمكن أن يتأثر إنتاج طاقة التوربين بشكل كبير.

إنشاء توربينات رياح أكثر كفاءة

يعد إنشاء توربين أكثر كفاءة مهمة صعبة. يوجد حاليًا عدد قليل من شفرات التوربينات التي يمكن أن تغير زاوية هجومها. تسمح تقنية النغمة المتغيرة للتوربين بتغيير زاوية هجوم الشفرات بشكل مستقل لزيادة الكفاءة. في حين أن النظام يتيح لتوربينات الرياح العمل مع نطاق أكبر من سرعات الرياح ، إلا أنه لا يزال مقيدًا ببنية صلبة.

لإنتاج أقصى قدر من الطاقة ، يجب أن تضرب الرياح الشفرات "بزاوية ميل" دقيقة لتطبيق المقدار المناسب من عزم الدوران على المولد.

استخدام أجنحة الحشرات للقوة للأمام

لا تواجه أجنحة الحشرات نفس مشاكل توربينات الرياح. بدلاً من الهياكل الصلبة ، تتمتع أجنحة الحشرات بأجنحة مرنة تمكنها من توجيه الحمل الديناميكي الهوائي في اتجاه طيرانها ، مما يزيد من قوتها. قدرة أجنحتهم الطبيعية على الانحناء تقلل من السحب والإرهاق.

قرر فريق من الباحثين اختبار مدى كفاءة الشفرة المرنة. تضمنت التجربة ثلاثة أنظمة نصل منفصلة ؛ هياكل صلبة وشبه مرنة ومرنة للغاية. كان لكل توربين ثلاثة دوارات ، لكن الدواران المرنان صُنعوا من مادة مرنة تسمى بولي إيثيلين تيريفثاليت ، في حين أن الدوار الصلب تم بناؤه من راتنج صناعي صلب.

حددت سلسلة من اختبارات نفق الرياح أن الشفرات الأكثر مرونة أنتجت طاقة أقل بكثير مقارنة بالنظير الصلب. ومع ذلك ، تنتج الشفرات شبه المرنةقوة أكبر بنسبة 35٪ من التصميم الصلب. أثبتت الشفرات أيضًا أنها تعمل بكفاءة أكبر في مجموعة واسعة من ظروف الرياح.

ما الذي يجعل الشفرات المرنة أفضل بكثير؟

تمامًا مثل التوربينات التقليدية ، كلما هبت الرياح بشكل أسرع ، زادت سرعة دوران الشفرات. ومع ذلك ، نظرًا لأن الدوار مرن ، فإن الرياح تثني الشفرات.

سرعات الرياح المختلفة تغير الملعب بشكل متفاوت. تؤدي السرعات العالية إلى زيادة ميل الشفرات والسماح بمرور المزيد من الرياح. عند السرعات المنخفضة ، يمكن أن تتسطح الشفرات لاستخراج أكبر قدر ممكن من الطاقة. نتيجة لذلك ، يكون الدوار أكثر كفاءة من التصميم الصلب.

التحديات للتغلب عليها

واحدة من أعظم قضايا توربينات الرياح هي توليد دوار يمكنه التعامل مع الإجهاد البيئي والميكانيكي. لتكون بديلاً قابلاً للتطبيق ، يجب أن تكون الشفرة متينة أو أكثر متانة من شفرات ألياف الكربون الحالية. أيضًا ، يجب أن تزن الشفرات قدرًا مماثلًا لتقليل الضغوط بشكل أكبر ولتركيبها في الهياكل الحالية دون الحاجة إلى التعزيز.

التكنولوجيا لا يزال أمامها طرق لتأتي. ومع ذلك ، فهي خطوة في الاتجاه الصحيح للوصول إلى وسيلة مستدامة لإنتاج الطاقة. ستكون الخطوة التالية هي تصميم تجربة واسعة النطاق لتحديد جدوى توربينات الرياح المستوحاة من الحشرات بشكل كامل.

راجع أيضًا: أكملت شركة Siemens أولى تجارب الشفرات التوربينية المطبوعة ثلاثية الأبعاد في العالم

بقلم مافريك بيكر


شاهد الفيديو: الكهرباء مجانا من الرياح