علوم الأرض

إدارة الطاقة وحماية البيئة الجزء 1

المحتويات إخفاء

إدارة الطاقة وحماية البيئة الجزء 1 الطاقة المتجددة هي الطاقة التي تأتي من الموارد الطبيعية: الرياح ، وضوء الشمس ، والمطر ، وموجات البحر ، والمد والجزر ، والحرارة الجوفية والتي تتجدد بشكل طبيعي ، تلقائيًا.

إدارة الطاقة وحماية البيئة الجزء 1

تشكل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري تهديدًا خطيرًا لتغير المناخ ، مع احتمال حدوث آثار كارثية على البشرية. يمكن أن يساهم استخدام مصادر الطاقة المتجددة (RES) جنبًا إلى جنب مع تحسين كفاءة الطاقة (EE) في تقليل استهلاك الطاقة وتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، ونتيجة لذلك ، منع تغير المناخ الخطير.

يجب أن يأتي ثلث الطاقة العالمية على الأقل من مصادر متجددة مختلفة بحلول عام 2050: الرياح ، والطاقة الشمسية ، والطاقة الحرارية الأرضية ، والطاقة الكهرومائية ، والمد والجزر ، والأمواج ، والكتلة الحيوية إلخ.

النفط والغاز الطبيعي ، وهما من المصادر التقليدية للطاقة ، لهما تطورات متقلبة في السوق الدولية. الجانب الثاني المهم هو الطبيعة المحدودة بشكل متزايد لموارد النفط. يبدو أن مصدر الطاقة هذا سوف ينفد في حوالي 50 عامًا من استهلاك احتياطيات النفط في الاستغلال أو التنقيب.

إدارة الطاقة
إدارة الطاقة

1. الطاقة “الخضراء” في متناول كل من الفاعلين الاقتصاديين والأفراد.

في الواقع ، يمكن للمشغل الاقتصادي استخدام مثل هذا النظام للاستهلاك الخاص وتجارة الطاقة في سوق الطاقة المحلي. يتم استهلاك التكلفة العالية لنشر هذه الأنظمة بشكل عام في حوالي 5-10 سنوات ، اعتمادًا على الطاقة الإنتاجية المركبة.

يتم استيفاء شرط “الاستدامة” عندما يكون للمشاريع القائمة على الطاقة المتجددة ثاني أكسيد الكربون سلبيًا أو على الأقل ثاني أكسيد الكربون المحايد على مدار دورة الحياة.

تعد انبعاثات غازات الاحتباس الحراري (GHG) أحد المعايير البيئية المدرجة في تحليل الاستدامة ، ولكنها ليست كافية. يجب أن يشمل مفهوم الاستدامة أيضًا في التقييم جوانب أخرى مختلفة ، مثل البيئة والثقافية والصحية ، ولكن يجب أيضًا دمج الجوانب الاقتصادية.

2. يعد توليد الطاقة المتجددة بطريقة مستدامة تحديًا يتطلب الامتثال للوائح الوطنية والدولية.

يمكن تحقيق استقلالية الطاقة:

  • على نطاق واسع (للمجتمعات)
  • صغيرة الحجم (للمنازل الفردية أو منازل العطلات أو الكبائن بدون توصيل كهربائي)

اليوم ، اكتسبت الطاقة المتجددة طليعة وتطورًا كبيرًا أيضًا بفضل الحكومات والمنظمات الدولية التي بدأت أخيرًا في فهم ضرورتها الحتمية للإنسانية ، لتجنب الأزمات والحروب ، للحفاظ على حياة حديثة (لا يمكننا العودة إلى الكهوف).

 

المواد والأساليب

3. طاقة شمسية.

الطاقة الشمسية تعني الطاقة التي يتم إنتاجها مباشرة عن طريق نقل الطاقة الضوئية التي تشعها الشمس إلى أشكال أخرى من الطاقة. يمكن استخدام هذا لتوليد الكهرباء أو لتسخين الهواء والماء. على الرغم من أن الطاقة الشمسية متجددة وسهلة الإنتاج ، إلا أن المشكلة الرئيسية هي أن الشمس لا توفر طاقة ثابتة على مدار اليوم ، اعتمادًا على تناوب الليل والنهار ، والظروف الجوية ، والموسم.

تولد الألواح الشمسية الكهرباء تقريبًا. 9 ساعات / يوم (الحساب ضئيل ، الشتاء 9 ساعات) ، تغذية المستهلكين وشحن البطاريات في نفس الوقت.

4. التركيبات الشمسية على نوعين: حراري وفوضوئي.

تنتج الخلايا الكهروضوئية الكهرباء مباشرة ، وتساعد الخلايا الحرارية على توفير 75٪ من أنواع الوقود الأخرى (الخشب والغاز) سنويًا. يمكن اعتبار المنزل الذي يحتوي على كل من التركيبات الشمسية (مع الألواح الكهروضوئية والفراغ الحراري) “استقلالًا للطاقة” (لأن الطاقة المتراكمة في اليوم يتم إرسالها بعد ذلك إلى الشبكة واستخدامها حسب الحاجة).

يمكن استخدام الإشعاع الشمسي لإنتاج الكهرباء بعدة طرق:

  • استخدام الوحدات الكهروضوئية – عن طريق التقاط طاقة الفوتونات القادمة من الشمس وتخزينها في إلكترونات حرة ، وبالتالي توليد تيار كهربائي ، وألواح كهروضوئية شمسية تولد الكهرباء
  • استخدام الأبراج الشمسية
  • استخدام المكثفات المكافئة – يتكون هذا النوع من المكثفات من مرآة مكافئة على شكل مزراب تركز الإشعاع الشمسي على أنبوب. يدور سائل عامل في القناة وهو بشكل عام زيت يستهلك الحرارة لمنحه الماء لإنتاج البخار الذي يحرك التوربينات الخاصة بالمولد الكهربائي. يتطلب المكثف تعديل وضع وضعية الشمس في الإزاحة الظاهرة أثناء النهار
  • باستخدام نظام Dish-Stirling

تعمل التركيبات الشمسية حتى عندما تكون السماء مظلمة. كما أنها مقاومة للبَرَد (في حالة أفضل الألواح).

تصنع الأنظمة الحرارية الشمسية بشكل أساسي من مجمعات الطاقة الشمسية ذات القاعدة المسطحة أو الأنابيب المفرغة خاصة بالنسبة للإشعاع الشمسي الأصغر في أوروبا. في تقييمات إمكانات الطاقة ، تم النظر في التطبيقات المتعلقة بتسخين المياه أو العبوات / أحواض السباحة (الماء الساخن المنزلي والتدفئة وما إلى ذلك).

5. مواقع للتطبيقات الشمسية الحرارية (طاقة حرارية).

في هذه الحالة ، يمكن استخدام أي مساحة متوفرة في الحالات التالية:

  • يسمح بتحديد موقع المجمعات الحرارية الشمسية
  • التوجه المفضل للجنوب والميل حسب خط العرض للموقع

 

هذا هو الحال بالنسبة لأسطح المنازل / الكتل ، والمباني المجاورة (مواقف السيارات المغطاة ، وما إلى ذلك) أو الأرض التي يمكن أن توجد عليها مجمعات الطاقة الشمسية الحرارية (Aversa et al.، 2017 ad 2016 ad؛ Petrescu et al.، 2016 أب ؛ ميرسايار وآخرون ، 2017 ؛ الكوكب الأزرق ؛ شجرة العالم ، من ويكيبيديا ؛ جيوفاني وآخرون ، 2012).

بالنسبة لإمكانات الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، تم النظر في كل من تطبيقات شبكة الطاقة الكهروضوئية والتطبيقات المستقلة (غير الشبكية) للمستهلكين المعزولين.

يمكن استخدام الطاقة الشمسية بسهولة بالغة – باستخدام نظام الطاقة الكهروضوئية. يحول هذا النوع من النظام ضوء الشمس إلى كهرباء على مدار العام ، مع الإشارة إلى أن الأنظمة الكهروضوئية عالية الجودة التي تنتج الكهرباء لفترة طويلة هي فقط المربحة. يسمح النظام أيضًا بمصادر الطاقة الأخرى بالاقتران

بالطاقة الشمسية مثل طاقة الرياح التي ينتجها التوربينات. من الواضح أنه بالإضافة إلى المحول ، من الضروري أيضًا امتلاك بطارية قوية بما يكفي للاحتفاظ بأكبر قدر ممكن من الطاقة أثناء الليل ، أو عندما يكون

مقدار الاستهلاك منخفضًا جدًا وإطلاقها عند الضرورة. يعرض الشكل 3 نظامًا لإنتاج وتوزيع وصيانة الطاقات المتجددة لمنزل أو كوخ أو موتيل أو مستشفى ، حتى في الأماكن المعزولة ، حيث لا تصل شبكة الكهرباء.

6. إمكانات الرياح.

تعود الرياح إلى حقيقة أن المناطق الاستوائية للأرض تتلقى إشعاعًا شمسيًا أكثر من المناطق القطبية مما يخلق عددًا كبيرًا من التيارات الحرارية في الغلاف الجوي. وفقًا لتقديرات الأرصاد الجوية ، يتم تحويل حوالي

1 ٪ من مدخلات الطاقة الشمسية إلى طاقة الرياح ، في حين أن 1 ٪ من مساهمة طاقة الرياح اليومية تعادل تقريبًا استهلاك الطاقة اليومي في العالم. هذا يعني أن موارد الرياح العالمية بكميات كبيرة وواسعة الانتشار. هناك حاجة إلى تقييمات أكثر تفصيلاً لتحديد الموارد في مناطق معينة.

بدأ إنتاج طاقة الرياح منذ قرون مبكرة جدًا باستخدام المراكب الشراعية وطواحين الهواء وجزازات الحبوب. لم يتم تطوير توربينات الرياح عالية السرعة لتوليد الكهرباء إلا في بداية هذا القرن. يستخدم مصطلح توربينات

الرياح على نطاق واسع اليوم للإشارة إلى آلة الشفرة الدوارة التي تحول الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة مفيدة. يوجد حاليًا فئتان من توربينات الرياح الأساسية: توربينات الرياح لتوربينات الرياح (HAWT) وتوربينات الرياح الرأسية (VAWT) ، اعتمادًا على اتجاه محور الدوار.

تتضمن تطبيقات طاقة الرياح توليد الكهرباء ، مع تشغيل توربينات الرياح بالتوازي مع الشبكة أو أنظمة المرافق ، في المواقع البعيدة ، بالتوازي مع المحركات التي تعمل بالوقود الأحفوري

(الأنظمة الهجينة). يتكون المكاسب الناتجة عن استغلال طاقة الرياح من انخفاض استهلاك الوقود الأحفوري وكذلك تقليل التكاليف الإجمالية لتوليد الكهرباء. تتمتع المرافق الكهربائية بالمرونة لقبول مساهمة تبلغ حوالي 20٪ من أنظمة طاقة الرياح. يمكن أن توفر أنظمة Eolian-الديزل المدمجة توفيرًا في الوقود بنسبة تزيد عن 50٪.

يعد توليد طاقة الرياح صناعة جديدة إلى حد ما (قبل 20 عامًا في أوروبا ، لم تكن توربينات الرياح قد وصلت إلى مرحلة النضج التجاري). في بعض البلدان ، تتنافس طاقة الرياح بالفعل مع الوقود الأحفوري والطاقة النووية ، حتى دون مراعاة فوائد طاقة الرياح على البيئة.

 

عند تقدير تكلفة الكهرباء المنتجة في محطات الطاقة التقليدية ، لا يؤخذ في الاعتبار تأثيرها على البيئة (الأمطار الحمضية ، آثار تغير المناخ ، إلخ). يستمر إنتاج طاقة الرياح في التحسن من خلال خفض التكاليف وزيادة الكفاءة.

7. تكلفة طاقة الرياح.

تتراوح بين 5-8 سنتات لكل كيلوواط ساعة ومن المتوقع أن تنخفض إلى 4 سنتات لكل كيلوواط ساعة في المستقبل القريب. صيانة مشاريع طاقة الرياح بسيطة وغير مكلفة. توفر المبالغ المالية المدفوعة للمزارعين

مقابل استئجار الأراضي دخلاً إضافياً للمجتمعات الريفية. توفر الشركات المحلية التي تقوم ببناء مزارع الرياح وظائف محلية قصيرة الأجل بينما يتم إنشاء وظائف طويلة الأجل لأعمال الصيانة. طاقة الرياح صناعة سريعة النمو في العالم.

من المتطلبات التي لا غنى عنها لاستخدام الرياح لإنتاج الطاقة التدفق المستمر للرياح القوية. تم تصميم أقصى طاقة توربينات الرياح (WTS) لتوليد تسمى “الطاقة المقدرة” وسرعة الرياح التي يتم الوصول إلى

الطاقة الاسمية بها هي “سرعة الرياح عند القدرة المقدرة”. تم اختيار هذا ليناسب سرعة الرياح في الحقل وهو عمومًا حوالي 1.5 ضعف متوسط ​​سرعة الرياح في الأرض. طريقة واحدة لتصنيف سرعة الرياح هي

مقياس بوفورت الذي يوفر وصفًا لخصائص الرياح. تم تصميمه في الأصل للبحارة ووصف حالة البحر ، ولكن تم تعديله لاحقًا ليشمل تأثيرات الرياح في الحقل.

تزداد الطاقة التي تنتجها توربينات الرياح من الصفر ، أقل من سرعة رياح البداية (عادة حوالي 4 م / ث ولكن مرة أخرى ، حسب الموقع) إلى الحد الأقصى عند سرعة الرياح عند القدرة المقدرة. فوق سرعة الرياح عند الطاقة المقدرة ، تستمر توربينات الرياح في إنتاج نفس الطاقة المقدرة ، ولكن عند إنتاج أقل

حتى تتوقف ، عندما تصبح سرعة الرياح عالية بشكل خطير ، أي أكثر من 25 إلى 30 م / ث (عاصفة شديدة). هذه هي سرعة الإغلاق لتوربينات الرياح. تعتمد المواصفات الدقيقة لتحديد الطاقة التي تنتجها توربينات الرياح على توزيع سرعة الرياح خلال العام في الحقل.

8. التيارات الهوائية.

يمكن استخدام لتدريب توربينات الرياح. تنتج توربينات الرياح الحديثة طاقة تتراوح بين 600 KW و 5 MW وأكثرها استخدامًا هي طاقة الخرج 1.5-3 MW ، وهي أكثر بساطة وبناءة وأكثر ملاءمة للاستخدام التجاري.

تعتمد الطاقة الخارجة لتوربينات الرياح النموذجية على سرعة الرياح عند القوة الثالثة بحيث تزداد سرعة الرياح ، وتزداد الطاقة المولدة من التوربين مع مكعب سرعة الرياح ، وتكون الزيادة مذهلة. يمكن للإمكانات التقنية العالمية لطاقة الرياح أن توفر خمسة أضعاف الطاقة المستهلكة الآن.

في استراتيجية الاستفادة من مصادر الطاقة المتجددة ، تبلغ إمكانات الرياح المعلنة 14000 ميجاوات (الطاقة المركبة) ، والتي يمكن أن توفر كمية من الطاقة تبلغ حوالي 23000 جيجاوات ساعة / سنة. تمثل هذه القيم تقديرًا للإمكانات النظرية ويجب إعادة إنتاجها بالارتباط مع إمكانيات الاستغلال التقني والاقتصادي. 

بدءًا من إمكانات الرياح النظرية ، فإن ما يهم توقعات تطوير الطاقة هو إمكانية الاستخدام العملي في تطبيقات الرياح ، وهي أصغر بكثير من الإمكانات النظرية ، اعتمادًا على إمكانيات استخدام الأراضي والظروف

في سوق الطاقة. هذا هو السبب في أن إمكانات الرياح المربحة اقتصاديًا لا يمكن تقديرها إلا على المدى المتوسط ​​، بناءً على البيانات التكنولوجية والاقتصادية المعروفة اليوم والتي تعتبر صالحة على المدى المتوسط.

في ظل الظروف المثالية ، يكون الحد الأقصى النظري لـ cp هو 16/27 = 0.593 (المعروف باسم حد بيتز) أو بعبارة أخرى ، يمكن لتوربينات الرياح استخراج 59.3٪ من طاقة تدفق الهواء نظريًا. في ظل الظروف

الحقيقية ، لا يصل معامل القدرة إلى أكثر من 50٪ ، حيث يشمل جميع خسائر توربينات الرياح في توربينات الرياح. في معظم المنشورات الفنية اليوم ، تغطي قيمة cp جميع الخسائر وتمثل المنتج cp * h. يختلف خرج الطاقة وإمكانات الاستخراج اعتمادًا على معامل القدرة وكفاءة التوربين.

إذا وصلت cp إلى الحد الأقصى النظري ، فإن سرعة الرياح خلف الدوار مباشرة – v2 تساوي 1/3 فقط من السرعة أمام الدوار v1. لذلك تنتج توربينات الرياح الموجودة في مزرعة رياح طاقة أقل نتيجة لانخفاض سرعة

الرياح بسبب توربينات الرياح أمامها. زيادة المسافة بين توربينات الرياح يمكن أن تقلل من فقدان الطاقة حيث أن تدفق الرياح سوف يتسارع مرة أخرى. وبناءً عليه ، قد يكون لمحطة الرياح المصممة بشكل صحيح خسائر أقل من 10٪ نتيجة لتأثيرات التداخل المتبادل.

سوف يختلف متوسط ​​الطاقة السنوية من أرض إلى أخرى. في حالة سرعة الرياح العالية ، سيتم الحصول على المزيد من الطاقة. وهذا يسلط الضوء على أهمية الرياح القوية وبالتالي آثار مناخ الرياح على القضايا الاقتصادية المتعلقة بإنتاج طاقة الرياح.

9. إنفجار الهواء.

هي المسؤولة عن خلط الهواء ويمكن اعتبار عملها بطريقة مماثلة للانتشار الجزيئي. عندما تمر الدوامة عبر نقطة القياس ، تأخذ سرعة الرياح قيمة تلك الدوامة لفترة زمنية تتناسب مع حجم الدوامة ؛ هذا هو

“عاصفة”. في معظم الحالات ، لا يكون تباين الحمل مهمًا. ومع ذلك ، إذا كان مقياس الدوامة بنفس حجم مقياس مكون من التوربين ، فإن التغير في الحمل قد يؤثر على المكون الكلي. تقابل عاصفة مقدارها 3 ثوانٍ

دوران يبلغ حوالي 20 مترًا (على سبيل المثال ، على غرار طول ريش الدوار) ، بينما تقابل رشقة مدتها 15 ثانية دوامة طولها 50 مترًا.

لحساب أقصى حمل ممكن للتوربين أو مكوناته على مدى عمر التوربين ، يتم استخدام أعلى قيمة رشقة لفترة زمنية ذات صلة. تمت صياغة هذا على أنه أقصى سرعة للرياح وسرعة العاصفة على مدى 50

عامًا. بالطبع ، يمكن تجاوز سرعة الرياح خلال هذه الفترة ، وسيسمح احتياطي الحجم ببعض التجاوز. يعد حساب الإجهاد مهمًا بشكل خاص للهياكل المرنة ، مثل التوربينات ، التي تكون أكثر عرضة للضرر الناجم عن الرياح من الهياكل الصلبة مثل المباني.

10. توربينات الرياح.

يمكن وضع في أي مكان تقريبًا في منطقة مفتوحة بدرجة كافية. ومع ذلك ، فإن مزرعة الرياح هي مشروع تجاري وبالتالي من الضروري محاولة تحسين ربحيتها. هذا مهم ليس فقط للربحية خلال عمر الاستغلال

ولكن أيضًا لتعبئة رأس المال في المرحلة الأولية من تطوير المشروع. للتخطيط الاقتصادي للاستثمارات في طاقة الرياح ، من الضروري أن تعرف بأمان قدر الإمكان ظروف الرياح السائدة في منطقة الاهتمام.

نظرًا لضيق الوقت والأسباب المالية ، غالبًا ما يتم تجنب فترات القياس طويلة الأجل. كبديل ، يمكن استخدام الطرق الرياضية للتنبؤ بسرعات الرياح في كل موقع. يمكن أن تكون ظروف الرياح وإنتاج الطاقة

الناتج عن الحساب بمثابة أساس للحسابات الاقتصادية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام محاكاة ظروف الرياح لربط قياسات الرياح في موقع معين بظروف الرياح في المواقع المجاورة من أجل تحديد نظام الرياح لمنطقة بأكملها.

نظرًا لأن سرعة الرياح يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا على مسافات قصيرة ، على سبيل المثال عدة مئات من الأمتار ، فإن إجراءات تقييم موقع توربينات الرياح بشكل عام تأخذ في الاعتبار جميع المعلمات الإقليمية التي من المحتمل أن تؤثر على ظروف الرياح.

هذه المعلمات هي:

  • عقبات في الجوار المباشر
  • تضاريس البيئة في منطقة القياس التي تتميز بالنباتات واستخدامات الأراضي والمباني (وصف خشونة التربة)
  • قد تتسبب الأبراج ، مثل التلال ، في تسريع تدفق الهواء أو حدوث تباطؤ

قناة AsapSCIENCE

 

11. حساب متوسط ​​كثافة القدرة السنوية في الحقل.

يلزم تقدير أكثر دقة لمتوسط ​​سرعة الرياح السنوية. بعد ذلك ، هناك حاجة إلى معلومات حول توزيع سرعة الرياح بمرور الوقت. للحصول على هذه البيانات الموثوقة ، هناك حاجة إلى مجموعات البيانات التي تغطي

عدة سنوات ، ولكن عادة ما يتم تقدير هذه البيانات باستخدام نماذج مناسبة من مجموعات البيانات ذات التاريخ الأقصر. بعد ذلك ، من الممكن تحديد الطاقة الكامنة المنتجة فيما يتعلق بأداء توربينات الرياح.

الإجراء الأكثر انتشارًا للتنبؤ طويل المدى بسرعة الرياح وكفاءة الطاقة في الأرض هو WAsP Wind Atlas.

يقيس النموذج إمكانات الرياح على ارتفاعات مختلفة من عمود الدوران فوق الأرض لمواقع مختلفة ، مع مراعاة توزيع سرعة الرياح (في الزمان والمكان) في محطات الأرصاد الجوية (نقاط القياس).

يمكن أن تكون المحطة المرجعية على بعد 50 كم من الموقع. يمكن حساب ناتج الطاقة المتوقع لهذا الموقع فيما يتعلق بمنحنى الطاقة المرتبط بتوربينات الرياح (طاقة الرياح). العنصر الأساسي في نموذج WASP هو أنه يستخدم الإحداثيات القطبية لأصل موقع الاهتمام.

يدمج WAsP كلاً من نماذج الغلاف الجوي الفيزيائية والأوصاف الإحصائية لمناخ الرياح.

تشمل النماذج الفيزيائية المستخدمة ما يلي:

  • التشابه في الطبقة السطحية – مع الأخذ في الاعتبار القانون اللوغاريتمي
  • قانون الرياح الجيوستروفية
  • تصحيحات الاستقرار – للسماح بالاختلاف عن الاستقرار المحايد
  • تغيير الخشونة – للسماح بالتغييرات في استخدامات الأراضي في جميع أنحاء المنطقة
  • نمذجة المأوى تأثير العائق على تدفق الرياح
  • نمذجة أوروغرافية لتأثير تسريع سرعة الرياح في الحقل

يتم وصف نظام الرياح إحصائيًا من خلال توزيع Weibull المشتق من البيانات المرجعية. تم تصميم توزيع Weibull ليلائم سرعات الرياح العالية بشكل أفضل.

اعتمادًا على مدى تعقيد المناطق التي تم فحصها ، يتم استخدام إجراءات مختلفة لتحديد ظروف الرياح. بالإضافة إلى نموذج WAsP المذكور أعلاه ، هناك إجراءات أخرى مثل نماذج المقاييس المتوسطة.

قد تكون هذه القياسات ، التي يتم إجراؤها عادةً على مدار عام واحد ، مرتبطة بالمناطق المجاورة أو يمكن استقراءها بارتفاع محور الدوار لأنواع معينة من التوربينات باستخدام محاكاة التدفق الموصوفة أعلاه.

12. موارد الرياح.

يتطلب تقييم في موقع ما بشكل مثالي سلسلة البيانات لأطول فترة ممكنة في موقع التوربينات. بالإضافة إلى ذلك ، من المفيد فهم الاضطراب في المجال ومحور الدوار لتصميم توربينات الرياح. للقيام بذلك ، يلزم

أخذ عينة زمنية سريعة وتوزيع مكاني لنقاط القياس. من الناحية العملية ، غالبًا ما يستبعد الوقت والنفقات مثل هذا التحقيق الشامل. ترد المقلدات في قسم الأرصاد الجوية وهيكل الرياح.

تعد قياسات سرعة الرياح من أهم القياسات لتقييم موارد الرياح وتحديد الأداء وإنتاج الطاقة. من الناحية الاقتصادية ، تتحول حالات عدم اليقين مباشرة إلى مخاطر مالية. لا يوجد فرع آخر يكون فيه الارتياب في

القياسات مهمًا كما هو الحال في طاقة الرياح. نظرًا لنقص الخبرة ، فإن الكثير من قياسات سرعة الرياح بها شكوك عالية غير دقيقة ، حيث لم يتم تطبيق أفضل الممارسات في معايير اختيار مقياس شدة الريح ومعايرة مقياس شدة الريح ، وتركيب مقياس شدة الريح واختيار مجال القياس.

أظهرت التحقيقات أن بعض أجهزة قياس شدة الريح معرضة بشدة لتدفق الهواء العمودي ، والتي ، في ظل ظروف حقيقية ، تظهر حتى في الأرض المفتوحة بسبب الاضطرابات. في التضاريس المعقدة ، تكون هذه

التأثيرات ذات أهمية كبيرة وتؤدي إلى المبالغة أو التقليل من ظروف الرياح الحقيقية. فقط أنواع قليلة من أجهزة قياس شدة الريح يمكنها تجنب هذه التأثيرات.

إدارة الطاقة
إدارة الطاقة

13. اختيار موقع تمثيلي لنقطة القياس داخل مزرعة الرياح.

بالنسبة لمحطات الطاقة الكبيرة في التضاريس المعقدة ، يجب اختيار 2 أو 3 مواقع تمثيلية لتركيب العمود. يجب إجراء قياس واحد على الأقل عند ارتفاع عمود الدوران للتوربين المستقبلي المراد تثبيته ، حيث يؤدي

الاستقراء من ارتفاع أصغر إلى ارتفاع عمود الدوار إلى حدوث شكوك إضافية. إذا تم وضع أحد أعمدة القياس بالقرب من منطقة مزرعة الرياح ، فيمكن استخدامه كقطب مرجعي لقياس سرعة الرياح أثناء تشغيل المرجل ولتحديد أداء طاقة الرياح حسب القطاعات.

من الواضح أن قياس سرعة الرياح واتجاهها ضروري ، ولكن أيضًا معايير أخرى ، خاصة ضغط الهواء ودرجة الحرارة. يجب أن تكون المعدات المستخدمة في هذه القياسات قوية وآمنة ، حيث سيتم تركها بشكل عام دون رقابة لفترات طويلة من الزمن.

عادة ما يتم جمع متوسط ​​سرعة الرياح باستخدام أجهزة قياس شدة الريح الكوب لأنها آمنة وأرخص سعرًا. غالبًا ما تتمتع أجهزة قياس شدة الريح هذه بخصائص استجابة أفضل من تلك المستخدمة في مراكز مراقبة الطقس. يتم قياس اتجاه الرياح باستخدام جير. عادة ما تكون giruetes مقاييس جهد الجرح. سيتأثر

Giruge بظل العمود وغالبًا ما يتم توجيهه بحيث يكون العمود في اتجاه الرياح الأقل احتمالا. إذا كانت البيانات حول التدفق الرأسي للهواء مطلوبة ، فإن البيانات ثلاثية الأبعاد مفيدة. يتم الحصول عليها إذا تم استخدام أجهزة قياس شدة الريح أقل قوة ، أو أجهزة قياس شدة الريح الصوتية ، والتي تكون أكثر تكلفة.

تشير مقاييس شدة الريح هذه إلى معلومات حول كل من السرعة واتجاه الرياح. يجب أن تؤخذ البيانات بتردد عالٍ ، ربما 20 هرتز.

من المهم أن يكون نقل البيانات وتخزينها آمنًا. لهذا الغرض ، يجب عزل المسجل بعناية عن الظروف الجوية  وخاصة المطر. عانت العديد من التجارب من فقدان كبير للبيانات بسبب مشاكل مختلفة ، بما في ذلك

تسرب المياه أو انقطاع الكهرباء. عادة ما تكون أكثر المواقع الواعدة لمزارع الرياح في بيئات معادية ، ولكن هناك مجموعة من مسجلي البيانات الموثوق بهم متوفرة في السوق.

من الممكن جمع البيانات عن بعد وتنزيل البيانات عبر خط الهاتف. الميزة هي أنه يمكن مراقبة البيانات بشكل منتظم ويمكن حل أي مشاكل أخرى تحدث مع الأدوات بسرعة. لتطوير مشروع طاقة الرياح ، من الضروري التخطيط بعناية لخطوة جمع البيانات.

عادة ما تكون معلومات الطقس اليومية متاحة مجانًا من خدمات الطقس. ومع ذلك ، يتم فرض رسوم على البيانات الإحصائية والخدمات الاستشارية.

في جنوب أوروبا ، تهيمن الرياح الموسمية على نظام الرياح. يرتبط الطقس البارد الشتوي بالرياح الشمالية والشمالية. يمكن رؤية هذه الاختلافات في سجلات المحطة لسرعة الرياح ودرجة الحرارة.

تشير بعض الدراسات إلى أن ما لا يقل عن 8 أشهر من البيانات مطلوب لتقدير مناسب لموارد الرياح. اقترح باحثون آخرون أن الرياح الشتوية هي الأهم لأنها تتزامن مع ذروة الطلب على الكهرباء. يمكن بعد ذلك فرز

البيانات إلى نطاقات أو “مربعات” لسرعة الرياح أو اتجاه الرياح ، إما ككل. ثم يتم حساب عدد القياسات في كل مربع ويتم رسم البيانات التي تم فرزها كنسبة مئوية من العدد الإجمالي للقراءات للإشارة إلى توزيع التردد.

14. من هذه البيانات يمكن حساب متوسط ​​سرعة الرياح وسرعة الرياح على الأرجح.

من الممكن الحصول على توزيع كثافة طاقة الرياح (بما يتناسب مع سرعة الرياح المكعبة). يمكن أيضًا تقديم البيانات على أنها احتمالية لسرعة رياح أعلى من قيمة أخرى معينة ، عادةً صفر ، u> 0. يمكن تمثيل هذه

البيانات بواسطة معلمتين من توزيع Weibull ، معلمات k و C الناتجة عن استخدام تقنيات معينة مثل طريقة اللحظة وطريقة المربعات الصغرى وغيرها الكثير. تتطابق المعلمتان لتوزيع Weibull مع العديد من بيانات الرياح بدقة مقبولة.

البيانات التي تم جمعها تمثيلية ، على سبيل المثال ، أن العام ليس عاصفًا أو هادئًا بشكل خاص. من المؤكد أن البيانات مطلوبة لنحو 10 سنوات. من الواضح أن هذا ليس عمليًا لموقع ما. ومع ذلك ، من الممكن

مقارنة بيانات الرياح من الموقع مع تلك الخاصة بمحطة أرصاد جوية قريبة وتطبيق منهجية من نوع MCP لزيادة مجموعة البيانات المقاسة بالفعل في 10 سنوات.

15. هناك عدد من طرق MCP المتاحة.

  1. احسب معلمات Weibull من موقع الاهتمام والموقع المرجعي واربطها خلال فترة القياس ثم قم بتطبيق التصحيح لبقية البيانات المرجعية
  2. حساب معامل التصحيح (المعامل) لسرعة الرياح بين موقع الاهتمام والنقطة المرجعية ، أثناء القياسات وفي كل خطوة من اتجاه الرياح
  3. ربط البيانات المقاسة بالبيانات المرجعية عن طريق تحديد دالة مستمرة بين الاثنين لجميع البيانات خلال فترة القياس وتطبيقها على باقي البيانات المرجعية

بمجرد تحديد كثافة احتمال توزيع الرياح ، يمكن ربط منحنى قدرة التوربين ببيانات الرياح لتحديد كثافة طاقة التوربين. يمكن أن تنطبق البيانات بالطبع على أنواع وتكوينات مختلفة من التوربينات لتحسين النتائج.

يعتبر إنتاج الطاقة السنوي لتوربينات الرياح أهم عامل اقتصادي. تساهم أوجه عدم اليقين في تحديد السرعة السنوية ومنحنى الطاقة في عدم اليقين العام لإنتاج الطاقة السنوي المتوقع وتؤدي إلى مخاطر مالية عالية.

يمكن تقدير إنتاج الطاقة السنوي بالطريقتين التاليتين:

  • الرسم البياني لسرعة الرياح ومنحنى الطاقة
  • توزيع الرياح النظري ومنحنى الطاقة

بالإضافة إلى نظام الرياح ، هناك العديد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار عند الاختيار النهائي للموقع الأمثل لتركيب مزرعة الرياح. تشمل في الغالب ما يلي:

  • الوصول إلى شبكة الكهرباء
  • طريق الوصول
  • التأثيرات المحلية على البيئة ، بما في ذلك الأضرار التي لحقت بالمناظر الطبيعية
  • تقترب من السكن
  • تأثيرات الضوضاء
  • التداخل مع إشارات الراديو والتلفزيون

جعلت مواقع مزارع الرياح والظروف الجوية المرتبطة بها المهندسين يواجهون العديد من التحديات لتلبية متطلبات تصميم المصانع والأنظمة المثبتة. قد يؤدي ضعف الوصول إلى الموقع إلى منع توصيل المكونات

الكبيرة والثقيلة ، كما أن التضاريس الصخرية تجعل من الصعب التثبيت وكذلك نظام التأريض الكهربائي ويمكن أن يؤدي هطول الأمطار والضباب إلى تسرب المياه في توصيلات الكابلات.

16. إنشاء وتشغيل محطة طاقة الرياح.

استخدام معدات ثقيلة لإعداد الأرض ، ونقل مواد البناء ومكونات المشروع ، وكذلك لرفع التوربينات والأعمدة الكهربائية والأبراج. وبالتالي ، قد يكون هناك خطر محتمل من أن تؤثر مشاريع الرياح على الطرق الريفية

المصممة لحركة المرور المنخفضة أو المركبات الخفيفة. يجب إعادة بناء أو تعزيز أسطح المنازل الحالية لتحمل الأحمال الإضافية دون تدهور وتكرار الصيانة المخطط لها لهذه الطرق.

يوصى عمومًا بما يلي:

  • إنشاء طرق صغيرة واستخدام تقنيات الصيانة لتقليل الخسارة المؤقتة أو الدائمة للأرض
  • تقييد المركبات على طرق الوصول الحالية
  • الحد من عدد طرق الوصول الجديدة ، وعرض الطرق الجديدة ، وتجنب أو تقليل قطع أو حشوات
  • بناء طرق وصول جديدة تتبع الخطوط الحالية إلى أقصى حد ممكن

توجد توربينات الرياح عادةً في المناطق الريفية أو الجبلية ، حيث قد يكون الاتصال بأقرب محطة فرعية ضعيفًا وقد يكون الطلب المحلي على الكهرباء أقل بكثير من قدرة محطة الغلايات. تتمثل إحدى طرق تعريف “قوة”

شبكة النقل في مستوى الخطأ ، وهو مقياس للتيار المراد تدفقه عند حدوث فشل في الشبكة. في نهاية دائرة كهربائية طويلة ، يكون مستوى الخطأ أقل بكثير مما هو عليه في مركز شبكة متصلة ، على سبيل المثال في مدينة أو مركز صناعي.

عند مستوى عيب منخفض ، قد يكون تأثير توربينات الرياح كبيرًا بما يكفي لإزعاج المستهلكين المحليين الآخرين. لهذا السبب في بعض الحالات ، من الضروري تقوية الشبكة ، أو توصيل الشبكة بجهد أعلى أو منطقة بعيدة حيث يتم تعزيز الشبكة. سيؤدي هذا إلى زيادة التكاليف.

في المناطق الريفية أو الجبلية ، يفضل أن تكون أقرب نقطة في شبكة الكهرباء إلى خط فوق الأرض بدلاً من تحت الأرض. هنا يمكنك العثور على عدد من الأعمدة أو الأعمدة الكهربائية التي ستساعد مهندسي FPE

على تحديد موقع الأرض محل الاهتمام على خريطة النظام الخاصة بهم ومن ثم تحديد الجهد الكهربائي لخط الطاقة. أي شركة طيران ثنائية الأسلاك هي في نظام أحادي الطور وعادة ما تتطلب التعزيز إذا كان سيتم تركيب المولدات.

17. يعد التصميم الفني والاقتصادي لنظام التجميع الكهربائي لمحطة توليد الطاقة.

اتصالها بشبكة الطاقة عملية لتحسين العديد من المعلمات وتتطلب خبرة واسعة من المصمم / المهندس بالإضافة إلى توفر أنظمة حسابية خفيفة للعثور بسهولة على أفضل حل.

عادةً ما يعتمد المظهر العام لمزرعة الرياح على تحسين إنتاج المنتزه فيما يتعلق بموقع التوربينات الفردية وإمكانية الوصول إليها – وهذا هو البنية التحتية. تعد مساهمة الدائرة القصيرة في الشبكة معلمة مهمة

اعتمادًا على توفر وتقييم المعدات الكهربائية – المحولات والكابلات ووحدات الحلقة الرئيسية والمفاتيح وما إلى ذلك – اختر حلاً يلبي متطلبات التصميم الكهربائي الأساسية وتحقق من خلال الحسابات الحالية المعيبة.

يعتمد حساب الخسارة على ملف إنتاج مزرعة الرياح ، محسوبًا من المعلمات التي تصف الرياح – معلمات توزيع Weibull – ومنحنى طاقة توربينات الرياح المعنية.

تقدم محطات طاقة الرياح عددًا من التطورات المهمة مقارنة بمحطات الفحم أو النفط أو الغاز الطبيعي التقليدية ؛ على سبيل المثال ، لا تستخدم الوقود ، ولا تنبعث منه الملوثات أو غازات الدفيئة أو النفايات

السامة ولا تستهلك المياه أو الموارد النادرة الأخرى. ومع ذلك ، يمكن لمحطات طاقة الرياح إثارة المخاوف البيئية والمجتمعية. على سبيل المثال ، تولد ضوضاء ويمكن أن تكون متطفلة بصريًا للسكان الذين يعيشون بالقرب منها. كما يمكن أن تعطل الموائل البرية وتتسبب في إصابة الطيور أو موتها.

يشمل إنشاء وتشغيل محطة طاقة الرياح العديد من أنشطة البناء والتشغيل لمحطة توليد الطاقة التقليدية بما في ذلك بناء الطرق ، وتطهير الأراضي ، والاتجار بالآلات واسعة النطاق ، وإنشاء خطوط الربط والنقل. بالإضافة إلى ذلك ، تثير مشاريع الرياح قضايا ذات صلة بالمجتمع ، لا سيما فيما يتعلق بالتأثير البصري والضوضاء.

على عكس معظم محطات توليد الطاقة ، فإن مشاريع طاقة الرياح أكثر تدخلاً من التضاريس منها المكثفة. لإنتاج ميغاواط ، فإن الأرض اللازمة لمشروع طاقة الرياح تتجاوز الأرض اللازمة لمعظم تقنيات توليد الطاقة. 

ومع ذلك ، في حين أن مرافق الرياح يمكن أن تتوسع في منطقة جغرافية كبيرة ولها نطاق واسع من التأثير فإن مشروع البصمة المادية يغطي جزءًا صغيرًا نسبيًا من هذا المجال. على سبيل المثال ، يمكن لمشروع طاقة الرياح بقدرة 50 ميجاوات أن يشغل أرضًا مساحتها 1500 فدان ، لكن مساحة الأرض الفعلية التي

تشغلها محطات طاقة الرياح قد تكون فقط من ثلاثة إلى خمسة بالمائة من المساحة الإجمالية ، مع ترك الباقي متاحًا للاستخدامات الأخرى المتوافقة.

نظرًا لأن إنتاج طاقة الرياح يقتصر على المناطق التي تتنبأ فيها الظروف الجوية بموسم طويل نسبيًا من موارد الرياح القوية والمتسقة ، فقد حدث تطوير مشاريع الرياح في جميع أنحاء العالم بشكل أساسي في

المناطق الريفية والمفتوحة نسبيًا. غالبًا ما تستخدم هذه الأراضي للزراعة والرعي والترفيه والمساحات المفتوحة والمناطق ذات المناظر الخلابة وموائل الحياة البرية وإدارة الغابات ورواسب الري الموسمي. عادة ما يكون تطوير طاقة الرياح متوافقًا مع المزرعة أو الرعي في الموقع.

18. تطوير مشاريع طاقة الرياح.

قد يؤثر على الاستخدامات الأخرى في / أو بالقرب من الموقع (الموقع) ، أو في المنطقة المحيطة. بعض المتنزهات والاستخدامات الترفيهية التي تسلط الضوء على قيم الحياة البرية ومحميات الحفاظ على الحياة البرية – وخاصة الطيور – لا يمكن أن تكون متوافقة مع تطوير مشاريع الرياح القريبة.

توربينات الرياح هي هياكل مرئية للغاية. تبلغ أبراج توربينات الرياح الحديثة من 30 إلى 50 مترًا فوق سطح الأرض دون حساب ريش الدوار التي يمكن أن يصل قطرها إلى 40 قدمًا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم ترتيب

التوربينات في معظم الأحيان في عشرات اللوحات أو أكثر على التلال والتلال المرئية. إذا كان التأثير البصري لتوربينات الرياح يولد شكاوى يعتمد جزئيًا على مكان تركيبها.

مهما كان الموقع ، يمكن اتخاذ إجراءات لتقليل عدد الشكاوى من خلال بناء توربينات أقل إثارة للإعجاب وأكثر متعة. على سبيل المثال ، الأبراج الأنبوبية أقل هجومًا من الأبراج الشبكية.

تعيش الغالبية العظمى من المتضررين من الضوضاء الناتجة عن توربينات الرياح على بعد أميال قليلة من محطات طاقة الرياح عالية الطاقة أو بضع مئات من الأمتار من محطة توربينات صغيرة أو فردية. على الرغم

من أن الضوضاء في هذه المسافات ليست عالية جدًا – ينتج عن توربين بقوة 300 كيلووات مستوى ضوضاء يقل 120 مترًا عن ذلك الناتج عن إشارة المرور على بعد 30 مترًا – إلا أنه لا يزال مرتفعًا بما يكفي لسماعه في الغرف ويمكن أن يكون مهمًا في ليلا عندما تقل حركة المرور وضوضاء المنزل.

عند التخطيط لمشروع الرياح ، يجب الانتباه إلى أي ضوضاء يمكن سماعها خارج المباني المجاورة. في الداخل ، من المحتمل أن يكون مستوى الضوضاء أقل حتى مع فتح النوافذ. الضجيج الذي سينتج عندما تهب

الرياح من التوربينات إلى المنازل ، عادة ما يميز تأثير الضوضاء المحتملة. ثم تتم مقارنتها بضوضاء الخلفية الموجودة بالفعل في المنطقة دون تشغيل مزرعة الرياح.

في السنوات الأخيرة ، تم تسليط الضوء على الآثار المحتملة لمشاريع الرياح على الحياة البرية والمساحات الطبيعية.

قد تكون هناك مشاكل في العديد من المواقع ، حيث أن بعض خصائص الموقع الجيد لمزارع الرياح هي أيضًا جذابة للطيور. على سبيل المثال ، غالبًا ما تكون الممرات الجبلية عاصفة لأنها توفر قناة لتمرير الرياح عبر الجبل ؛ للسبب نفسه ، غالبًا ما تكون المسارات المفضلة للطيور المهاجرة.

أحد الجوانب المهمة هو أهمية الوفيات والإصابات الجسدية على الطيور المحلية. من الناحية المثالية ، لا ينبغي قتل الطيور ، لكن هذا غير عملي في كثير من الحالات.

أظهرت بعض الدراسات أن الطيور والحيوانات الأخرى تميل إلى تجنب التعشيش أو الصيد في المنطقة المجاورة مباشرة لتوربينات الرياح. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للأنشطة مثل بناء الطرق وإزالة الغابات أن تدمر الموائل وتسمح بإدخال الأنواع غير المرغوب فيها. تتفاقم المشكلة بسبب حقيقة أن أفضل مواقع التوربينات تقع معزولة في مناطق تستضيف أنواعًا مختلفة من النباتات والحيوانات.

19. أثناء تطوير مشروع الرياح.

يجب حماية المواقع ذات الصدى الأثري أو الثقافي وتجنبها. قد تتراوح مساحة التأثير المحتمل لمشروع الرياح من بضع عشرات من الأمتار إلى كيلومتر واحد أو أكثر. هذا هو السبب في أن مجموعة الموافقات

المطلوبة لمشروع الرياح تتطلب عادة رأي السلطات في مجال الثقافة والتراث الأثري. أثناء تركيب البنية التحتية للرياح ، يتم إجراء مراقبة أثرية من قبل الجهات المختصة للمواقع التي قد تحتوي على آثار أثرية.

20. بشكل عام ، في عملية اختيار الموقع.

يلزم وجود خطة موقع للمصادقة على شروط تركيب مزرعة رياح. يجب أن تحدد هذه الخطط الشروط والمعايير مثل:

  • حجم توربينات الرياح ، بما في ذلك الحجم الأقصى للدوار ، الحد الأدنى والحد الأقصى للارتفاع ارتفاع البرج ، إلخ
  • التركيب والتصميم بما في ذلك البرج والدوار وإخطار المرافق وعلامات التحذير والوصول إلى البرج
  • الإعداد ، بما في ذلك مسافة سحب المرجل من المرافق المجاورة ، والطرق ، ومحطات طاقة الرياح الأخرى ، والتصميم الجمالي (مثل برج أنبوبي أو شبكي) والقرب من خط الطاقة
  • لوائح الضوضاء والتداخل في الراديو والتلفزيون
  • اللوائح الأخرى ، بما في ذلك التأمين والوصول العام إلى منشآت الرياح ومتطلبات إيقاف التشغيل

قناة MBC1

زر الذهاب إلى الأعلى
error: ممنوع النسخ