يستمر تطوير توربينات الرياح بتصاميم حديثة تسمح بمواكبة متطلبات توفير طاقة متجددة ذات موثوقية عالية، إذ تؤدّي طاقة الرياح والطاقة الشمسية أدوارًا رئيسة في توليد الكهرباء على نطاق واسع.

وتتراوح توربينات الرياح، المصنّفة حسب الحجم والموقع، من النماذج الصغيرة الحجم للاستعمال الحضري والسكني، إلى التركيبات البرية والبحرية واسعة النطاق.

وتهيمن على الأعمال التجارية توربينات الرياح ذات المحور الأفقي (HAWTs)، التي تتمتع بكفاءة عالية، ولكنها تعاني من عيوب مثل الإجهاد الهيكلي والتأثيرات البيئية.

وعلى الرغم من عدم استعمالها بشكل كافٍ، فإن توربينات الرياح ذات المحور الرأسي (VAWT) تعمل بشكل جيد للغاية في البيئات الحضرية وبيئات الرياح المتغيرة.

وفي أحدث تطور اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، ستخضع توربينات الرياح ذات المحور الرأسي للتجارب بالقرب من مدينة أديلايد الأسترالية، من خلال شراكة بين جامعة فلندرز الأسترالية وشركة في إيه دبليو تي-إكس إنرجي الناشئة (VAWT-X Energy).

توربينات الرياح ذات المحور الرأسي

قادت توربينات الرياح ذات المحور الأفقي (HAWTs) الطريق في التحول العالمي إلى الطاقة المتجددة، تاركةً توربينات الرياح ذات المحور الرأسي (VAWTs) دون اهتمام كبير.

ومع ذلك، يتحدى خبراء الهندسة في جامعة فلندرز هذا الاتجاه، من خلال العمل مع تصميم شركة "في إيه دبليو تي-إكس إنرجي" لتطوير نماذج أولية مبتكرة للتوربينات الرأسية واسعة النطاق، والتي ستُختَبَر في ظروف العالم الحقيقي عام 2025.

وقام الفريق بتطوير واختبار مجموعة نموذجية أولية لتوربينات الرياح ذات المحور الرأسي بقوة 6 كيلوواط، للتثبيت في شبه جزيرة فلورييو خلال الأسابيع المقبلة، وفق المعلومات التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.

ويهدف التصميم المبتكر إلى تعزيز الاستدامة وخفض تكاليف الطاقة للتطبيقات السكنية والزراعية والصناعية الخفيفة بالقرب من المناطق الحضرية، وكذلك لمزارع الرياح البحرية الكبيرة.

ووفقًا للفريق، فإن التوربين الرأسي المستقل، المصمم للتشغيل الهادئ والتنوع، أثبت أنه يتمتع بالكفاءة نفسها الخاصة بالنماذج الأفقية التقليدية، أو ربما أكثر كفاءة منها.

إمكانات توربينات الرياح المختلفة

في مقال مراجعة حديث نُشر في مجلة إنرجيز (Energies)، قدّم رئيس مجموعة أبحاث تقنيات طاقة الرياح المتقدمة (AWET) -مقرّها جامعة فلندرز- أمير زانج، وزملاؤه رؤى حول إمكانات توربينات الرياح ذات المحور الرأسي من نوع داريوس (Darrieus).

ووفق المعلومات التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، تتمتع هذه التوربينات -من نوع داريوس- بكفاءة أكبر، ولكنها تعاني من صعوبات هيكلية كبيرة بسبب شفراتها الطويلة المنحنية التي تُربَط عند طرفي عمود الدوار.

في الوقت نفسه، تُعدّ التوربينات ذات المحور الرأسي من نوع سافونيوس (Savonius) بسيطة، ولكنها أقل فاعلية؛ فهي تستعمل أشكالًا أو أكوابًا نصف أسطوانية لالتقاط طاقة الرياح، بحسب ما نقلته منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ" (Interesting Engineering).

وقال أمير زانج، في بيان: "يمكن أن تزدهر التوربينات ذات المحور الرأسي من داريوس في بيئات متنوعة، سواءً أُنشئت بوصفها وحدات فردية، أو جزءًا من البنية التحتية الحضرية، أو وُسِّعَ نطاقها لمزارع الرياح الأكبر".

وأضاف: "إنها توفر مزايا مثل كثافة الطاقة العالية في مزارع الرياح، واستقرار أكبر للاستعمال البحري، والقدرة على التكيف مع المناطق الحضرية ذات الرياح المتغيرة، كل ذلك مع كونها أكثر هدوءًا وأكثر اقتصادًا في التشغيل".

من جانبه، أكد مؤسس شركة في إيه دبليو تي-إكس إنرجي، جاري أندروز، أن التوربينات الجديدة تهدف إلى معالجة بعض التحديات الديناميكية الهوائية طويلة الأمد.

وقال أندروز: "يحلّ تصميم توربينات إيه دبليو تي-إكس إنرجي الجديدة بعض التحديات التقليدية لتصاميم داريوس".

وأضاف: "نعتقد أن توربيناتنا ذات المحور الرأسي ليست أكثر كفاءة فحسب، بل إنها أكثر سهولة في الوصول إليها لتطبيقات مثل الكهرباء خارج الشبكة، وحلول الطاقة المستدامة للشركات الصغيرة والمزارع".

إنتاج الكهرباء المتجددة في أستراليا

مع هذه التطورات، يمكن أن تقدّم توربينات الرياح ذات المحور الرأسي الحلزوني ذات الشفرتين قريبًا بديلًا أكثر استدامة وتنوعًا لإنتاج الكهرباء المتجددة في أستراليا وأماكن أخرى، كما يقول الباحثون.

ووفق المعلومات التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، يتكوّن تصميم هذه التوربينات ذات المحور الرأسي الحلزوني بالشفرتين منخفض الصيانة، من دوار مع عمود متصل بكابح ومولّد.

وإلى جانب تمويل الأسهم الخاصة، سيستمر البحث والتطوير خلال العام الجاري (2025) بمنحة جديدة من الحكومة الأسترالية، كما يُدعم المشروع بمنحة قدرها 300 ألف دولار من وزارة التنمية الحكومية في ولاية جنوب أستراليا.

ويتماشى التطوير مع هدف جنوب أستراليا لقيادة التحول العالمي في مجال الطاقة بهدف جريء يتمثل في تحقيق 100% من الكهرباء المتجددة الصافية بحلول عام 2027.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصادر:

1. تطوير توربينات الرياح ذات المحور الرأسي من الموقع الرسمي لجامعة فليندرز.
2. معلومات إضافية عن تطورات توربينات الرياح الرأسية من منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ".