أنواع طواحين الهواء ؟.. وكيف تعمل لتوليد الطاقة

كتابة: alaa saad آخر تحديث: 07 يوليو 2021 , 13:42

ما هي طاحونة الهواء

تعتبر طاحونة الهواء هي جهاز لتسخير طاقة الرياح باستخدام أشرعة مثبتة على عمود دوار، حيث توضع الأشرعة بزاوية أو تنحرف قليلاً بحيث تنقسم قوة الرياح تجاهها إلى مكونين، أحدهما يعطي دورانًا في مستوى الشراع.

تم استخدام طاقة الرياح لأول مرة من قبل البحارة الذين فهموا المصعد ويمكنهم استخدام طاقة الرياح من خلال الأشرعة، كما أدت هذه المعرفة إلى تطوير أول طاحونة هوائية بعمود رأسي، والتي كان الفرس والصينيون القدماء يطحنون الحبوب ويضخون المياه.

تُعد طاحونة الهواء هي آلة صديقة للبيئة، حيث أنّها تعمل بالطاقة المتجددة ولا تحتوي على انبعاثات يمكن أن تلوث البيئة، كما شكلت طواحين الهواء الأوروبية المبكرة ذات أنظمة المحور الأفقي الأساس لتكنولوجيا توربينات الرياح الحالية لإنتاج الكهرباء .

أنواع طواحين الهواء

طاحونة بوست

تُعتبر الطاحونة اللاحقة من أقدم أنواع طواحين الهواء، فهي عبارة عن طاحونة هوائية مدعومة بعمود تدور حوله لتلتقط الريح، كما أنّ السمة المميزة لها هي أنّ كامل جسم الطاحونة الذي يضم الماكينة مركب على عمود رأسي واحد، ويمكن قلبه لجلب الأشرعة إلى الريح.

مطحنة سموك “الطاحونة الدخانية”

هي نوع من طواحين الهواء التي تتكون من برج مائل أو مائل أفقيًا أو مسقوفًا أو قشاريًا، وعادة ما يكون ستة أو ثمانية جوانب يعلوها سقف أو غطاء يدور لإدخال الأشرعة في مهب الريح، كما يتكون الحليب المدخن من الخشب وغالبًا ما يوضع على قاعدة من الطوب وهي تختلف عن طاحونة العمود في أنّ الجسم لا يدور مثل طاحونة البرج، وذلك بسبب الغطاء الذي يدور لمواجهة الريح.

مطحنة البرج

تُعد طاحونة البرج هي نوع من طاحونة الهواء العمودية التي تتكون من برج من الطوب أو الحجر، ويوضع عليه غطاء خشبي أو سقف، حيث يدور الغطاء فقط للسماح للأشرعة بالنظر إلى الريح.

طاحونة مروحة

تعتبر طواحين المروحة من تصميمات طواحين الهواء الصغيرة ذات الاستخدام الواحد ولها أربع إلى عشرين ريشة وتستخدم بشكل أساسي لضخ المياه.[1]

تاريخ طاحونة الهواء

يرجع أساس أقرب شكل معروف في تاريخ طواحين الهواء لمركب الطواحين الفارسي وطواحين الهواء في سيستان وبلاد فارس، وتعتبر طواحين الهواء من النوع الأفقي ومطحنة الشراعية يشع من محور عمودي ويقف في مبنى الثابت التي لها فتحات لمدخل ومخرج الريح بشكل متعاكس مع بعضها البعض، كما تقود كل مطحنة زوجًا واحدًا من الأحجار المباشرة، دون استخدام التروس، والتصميم مشتق من أقدم طواحين المياه.

تم إرسال عمال الطواحين الفارسيين، الذين تم أسرهم من قبل قوات جنكيز خان إلى الصين لتعليم بناء طواحين الهواء، وقد استمر استخدامها في الري هناك منذ ذلك الحين، واستخدم الفرس أقدم طواحين الحبوب ومضخات المياه المعروفة التي تعمل بالرياح في 500-900 بعد الميلاد واستخدمها الصينيون في عام 1200 بعد الميلاد، وقد صمم دانييل هالاداي أول طاحونة هوائية أمريكية الصنع حينما بدأ في اختراع طواحين الهواء في متجر آلات كونيتيكت في 1854.

تم استخدام طاقة الرياح منذ آلاف السنين، بدءًا من اختراع المراكب الشراعية كأول وأوضح مثال على استخدام طاقة الرياح، وكانت الطاحونة ناجحة بشكل كبير في ضخ المياه للمزارع على الحدود الغربية المتوسعة بالإضافة إلى ذلك لعبت الطاحونة دورًا رئيسيًا في توسيع السكك الحديدية، حيث كانت المياه ضرورية لتشغيل المحركات البخارية المبكرة.

كما بدأ أكثر من 1000 مصنع صغير وكبير في تشغيل طواحين الهواء لضخ المياه، وفي القرن التاسع عشر أعادت أمريكا هيكلة طواحين الهواء مما أدى إلى ولادة نوعين من طواحين الهواء التي لا تزال قيد الاستخدام وهم: تصاميم الهوائي وتصاميم ديمبستر، وتم تسعير طواحين الهواء هذه بواسطة طاحونة Halladay المصممة عام 1854، كما أدركت الولايات المتحدة أكثر من ستة ملايين طاحونة هوائية بين القرنين الثامن عشر والتاسع عشر.

استخدامات الطاحونة الهوائية

  • كان أهم استخدام لطاحونة الهواء هو طحن الحبوب في بعض المناطق، حيث كانت استخدامات الطاحونة في تصريف الأراضي وضخ المياه بنفس القدر.
  • وتم استخدام طاحونة الهواء كمصدر للطاقة الكهربائية منذ مطحنة P La Cour، التي بنيت في الدنمارك عام 1890 بأشرعة براءة اختراع وأشرعة توأمية على برج فولاذي باستخدام طواحين الهواء لتوليد الطاقة الكهربائية على المستويين الفردي والتجاري في السبعينيات.
  • طواحين الهواء هي أجهزة ميكانيكية تستخدم توربينات الرياح لتحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية.
  • تستخدم طواحين الهواء لضخ المياه الجوفية أو طحن الحبوب، واستخلاص الزيت من البذور، ومعالجة سلع مثل التبغ والكاكاو والأصباغ ودهانات البهارات وسقي المخزون.

كيف تعمل طاحونة الهواء على توليد الطاقة

تعمل طواحين الهواء على مبدأ استخدام توربينات الرياح الرياح لتوليد الكهرباء بدلاً من استخدام الكهرباء لصنع الرياح مثل المروحة، وتدير الرياح ريش التوربينات الشبيهة بالمروحة حول الدوار، والذي يقوم بتدوير المولد، مما يؤدي إلى توليد الكهرباء.

كما أنّ الرياح الناتج عن ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي غير المتكافئ بفعل الشمس ودوران الأرض وعدم انتظام في سطح الأرض، وتختلف أنماط تدفق الرياح من مكان إلى آخر وتتغير باختلاف المياه والنباتات والتضاريس.

عندما تم بناء توربينات الرياح الحديثة لأول مرة، تم تجربة العديد من الخيارات، ويتمثل مبدأ الميكنة العامة في تشغيل التوربين بثلاث شفرات فقط مرتبة حول دوار متصل بعمود، وتمت تجربة عدد من الاختلافات، كوجود نصلان وشفرة واحدة لكن ثلاث شفرات تعمل بشكل أفضل.

مصدر الطاقة الوحيد لطاحونة الهواء مشتق من الرياح، وتقوم الرياح بتدوير الشفرات، والتي تقوم بتدوير عمود الدوران مما يتسبب في قيام المولد بإنتاج الكهرباء، وتتصل هذه الشفرات بمولد أحيانًا من خلال علبة تروس وأحيانًا بشكل مباشر وفي كلتا الحالتين يقوم المولد بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

ومن المثير للاهتمام أنّ 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 ميجابكسل، وبمجرد أن تقوم ريش التوربين بتدوير عمود موجود في صندوق أعلى التوربين، يتم تشغيل وضع التروس ويتم إخراج سرعة أعلى ثم يقوم محول في التوربين بتحويل الكهرباء إلى جهد مناسب للتوزيع على شبكة وطنية.

مكونات الطاحونة الهوائية

تتمثل أجزاء الطاحونة الهوائية فيما يلي:

  • الشفرات الدوارة: تعمل الشفرات الدوارة لتوربينات الرياح بنفس مبدأ أجنحة الطائرة حيث نجد جانب واحد من النصل منحني والآخر مسطح ويرفع ويدور عندما تهب الرياح فوقها مما يتسبب في دوران الدوار، وتحتوي معظم التوربينات على شفرتين أو ثلاث شفرات، ويتم دفع الشفرات بواسطة الهواء لموازنة فرق الضغط مما يتسبب في تدوير الشفرات.
  • الكنة: يحتوي  على مجموعة من التروس والمولدات، ويحتوي على علبة تروس وأعمدة منخفضة وعالية السرعة والمولد والتوجيه والفرامل، وبعض الكرات كبيرة بما يكفي لتهبط عليها طائرة هليكوبتر، وتقوم التروس بتحويل الدوران البطيء نسبيًا للشفرة إلى سرعة مولد تبلغ حوالي 1500 دورة في الدقيقة، ويقوم المولد بعد ذلك بتحويل طاقة الدوران من الشفرات إلى كهرباء.
  • البرج: توضع الشفرات على البرج، وتتكون من أنابيب فولاذية أو خرسانية أو شبكة فولاذية، لدعم بناء التوربينات مع زيادة سرعة الرياح مع الارتفاع، ويمكن للتوربينات ذات الأبراج العالية امتصاص المزيد من الطاقة وتوليد المزيد من الكهرباء.
  • مقياس شدة الريح: يقيس سرعة الرياح وينقل بيانات سرعة الرياح إلى الجهاز الخاص بالتحكم.[2]

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق