مقدمة
تعد توربينة الرياح هي المعدة الرئيسية لمنظومة طاقة الرياح والتي عن طريقها يتم استقبال طاقة الرياح للاستفادة منها، والمعدات بشكل عام يجب أن يرفق معها ورقة بيانات (Datasheet) تحتوي على مواصفات فنية (Technical Specifications) لمعرفة تفاصيل المعدة و القيم المهمة التي تحتويها، لكن أحد المشاكل التي تواجه الكثير هي صعوبة فهمها، لذا دعونا نتعرف على كيفية ذلك.
والمعدة التي سنتحدث عنها هي توربينة رياح V110-2.0 MW من إنتاج شركة Vestas، وسنتعرف على بعض أهم المواصفات الفنية الخاصة بها خصوصاً المواصفات الكهربائية والموجودة بالصور (1) و (2).
صورة (1): ورقة البيانات (Datasheet) لتوربينة رياح (الصفحة 1). [1]
صورة (2): ورقة البيانات (Datasheet) لتوربينة رياح (الصفحة 2). [1]
قبل قراءة هذا المقال يفضل قراءة مقال “توربينات الرياح” أولاً لمعرفة وفهم كل ما يتعلق بتوربينات الرياح.
أولاً: اسم المعدة:
أحياناً اسم المعدة يحتوي على بعض من تلك المواصفات التي تهمنا ومن ضمنها توربينة الرياح المستخدمة هنا وهي V110-2.0 MW، والتي تحتوي على الآتي:
1- V:Vestas وهي الشركة المنتجة للتوربين.
2- 110: هي طول قطر الشفرة الواحدة للتوربين.
3- 2.0 MW: هي القدرة المقننة (Rated Power) للتوربين.
ثانياً: تنظيم القدرة (Power Regulation):
والمقصود بها هي طريقة تنظيم التوربينة للقدرة الناتجة من طاقة الرياح أثناء استقبال التوربينة لها، وفي هذه الحالة نجدها (Pitch regulated with variable speed) أي أنه يتم تنظيم القدرة عن طريق تنظيم زاوية الالتفاف لأجنحة التوربينة لإيصالها إلى القدرة المقننة باختلاف سرعة الرياح التي تستقبلها التوربينة، كما هو مبين بالصورة التالية:
صورة (3): تغيير زاوية التفاف الأجنحة حسب سرعة الرياح. [2]
ثالثاً: بيانات التشغيل (Operating Data):
1- القدرة المقننة (Rated Power): وهي أقصى قدرة تستطيع التوربينة إنتاجها، ويتم الوصول إليها عند السرعة المقننة (Rated speed).
2- Cut-in wind speed: وهي السرعة التي تبدأ بها التوربينة بالدوران، أي أن التوربينة لن تدور إذا كانت السرعة أقل من سرعة Cut-in وبالتالي لن تنتج طاقة.
3- Rated Wind Speed: وهي السرعة التي تنتج بها التوربينة القدرة المقننة، وعندما تزيد عن ذلك ستبقى القدرة المقننة محافظة على قيمتها إلى أن تصل إلى Cut-out.
4- Cut-out wind speed: عكس Cut in wind speed وهي السرعة التي إذا تم تجاوزها ستتوقف التوربينة عن العمل.
والمنحنى المبين بالصورة (4) يوضح كيف ستتأثر القدرة الناتجة من توربينة الرياح في حال إن كانت تعمل على السرعة Cut-in و Cut-out و Rated.
صورة (4): أثر القدرة الناتجة من توربينات الرياح على سرعات مختلفة. [3]
أحياناً يتم ذكر معلومة مهمة في المواصفات الفنية لتوربينة الرياح وهي Re cut-in wind speed والتي تعني السرعة التي إذا قلت عنها تعود التوربينة للعمل من جديد بعد توقفها بفعل نظام المكابح الموجود بالتوربين، وذلك بسبب تجاوزها سرعة Cut-out التي إن لم تتوقف ستنفجر التوربينة ومن ثم انتهائها.
رابعاً: العضو الدوار (Rotor):
1- Rotor Diameter: وهو قطر الجناح الواحد من أجنحة التوربينة.
2- Swept Area: وهي مساحة دوران التوربينة والمبينة بالصورة (5) وتعطى بقانون مساحة الدائرة، وهي كالآتي:
A= pi*D/4
حيث أن D تمثل قطر جناح التوربينة.
صورة (5): مساحة دوران التوربينة (Swept Area). [4]
خامساً: البيانات الكهربائية (Electrical):
1- التردد (Frequency): وهو التردد الذي يعمل عليه التوربينة.
2- نوع المولد (Generator Type): وهو نوع المولد الموجود بداخل التوربينة أو بمعنى أصح نظام التوليد الكهربائي للتوربينة، والنظام المستخدم هنا هو النظام الشهير Doubly Fed Induction Generator والذي يختصر بـ DFIG.
سادساً: الإنتاج السنوي للطاقة (Annual Energy Production):
وهذه أحد أهم البيانات الموجودة على المواصفات الفنية لتوربينة الرياح والتي من خلالها نستطيع استخراج كمية الطاقة التي تنتجها التوربينة خلال سنة كاملة، وتختلف باختلاف متوسط سرعة الرياح سنوياً (Yearly average wind speed)، كما هو مبين بالصورة التالية:
صورة (6): منحنى يوضح مقدار إنتاج الطاقة سنوياً باختلاف متوسط سرعة الرياح للتوربينة. [1]
هام
يجب أن نفرق بين مصطلحين هامين وهما السرعة المقننة (Rated Speed) والسرعة المتوسطة (Average Speed)، والفرق بينهما كالتالي:
السرعة المقننة (Rated Speed): هي السرعة التي عندها تبدأ التوربينة بإنتاج القدرة المقننة (Rated Speed) أو بما يعرف بالقدرة الكاملة (Full Power).
السرعة المتوسطة (Average Speed): هي متوسط السرعة خلال فترة زمنية معينة قد تكون الفترة يوم، أو أسبوع، أو سنة أو غير ذلك.
وللاطلاع على المواصفات الفنية كاملة للمنتج (الصفحة 8):
مصادر:
[1] 2_MW_Product_Brochure_Vestas
[2] Wind Turbine Control Methods, URL
[3] Wind turbine power ouput variation with steady wind speed., URL
[4] Performance comparison of vertical axis and horizontal axis wind turbines to get optimum power output, URL
