ومع توسع المدن وتزايد الطلب على الطاقة، كثف البحث عن مصادر مستدامة لا مركزية للطاقة، وبرزت المحورات الكهربية في العالم الريحي (VVAWTs) كتقنية قاهرة للبيئات الحضرية، مما يتيح وسيلة لتوليد الكهرباء النظيفة مباشرة حيث تستهلك، وخلافا لنظرائها الأفقي الأكبر حجما، فإن الـ " VAWTs " مصممة لتزدهر في الظروف المعقدة والريحية الاضطرابات التي تتميز بها المدن.

كيف يعمل المحور الشهيري

VAWTs are defined by their column orientation: the main rotor shaft stands perpendicular to the ground, and the birth and gearbox (if present) rest at or near the base. This formation allows the turbine to accept wind from any direction without requiring a yaw mechanism. The two principal VAWT designs are the Darrieus

وفي توربينات داريوس، تُحرك المصعد الهوائي بسرعة أكبر من سرعة الرياح، وتُحقق سرعة التناوب العالية والكفاءة، وتعتمد الرافونيوس على اختلافات في السحب بين الجانبين المكون والمكون للزجاج، وتنتج التمزق حتى في سرعة الرياح المنخفضة جدا، ولكن مع انخفاض كفاءة التدفق.

أهم المزايا في البيئات الحضرية

ولا تقتصر عمليات التكتل الضوئي على صيغ مخفضة من التربينات الريحية الريفية؛ بل هي مصممة لمعالجة القيود المحددة التي تعاني منها الهياكل الأساسية للمدينة، ولا سيما أن المخططين الحضريين يبحثون عن تكامل توليد الطاقة المتجددة دون التضحية بالأجهزة التخديرية أو العجز.

الاتفاق والتركيب المرن

وتشغل طائرات VAWTs بصمة أقل من مركبات HAWT ذات طاقة معادلة مقاسية، ويسمح معاملها الرأسي بأن تكون مثبتة على أسطح المباني، ورؤوس المباني، والتوازنات، بل وأن تدمج في سمات معمارية مثل المظلات أو الإشارات، ولأن المولدات الكهربائية وأجزاء النقل لا تتطلب حفرا أو أبراجا طويلة، مما يقلل من تكاليف التصميم الأمامي والتحميل الهيكلي على المباني القائمة.

منخفض النوايا والتأشيرات

وكثيرا ما تقيد أوامر الضوضاء الحضرية تشغيل المعدات الميكانيكية، وتعمل طائرات VAWT عادة بسرعة تناوبية أقل من طائرات HAWT، مما يولد ضوضاء أقل هوائية، كما أن عدم وجود آلية للياو ووضع قرص محرك على المستوى الأرضي يزيد من الإهتزازات الميكانيكية، إذ ينتج العديد من نماذج VAWT الحضرية مستويات سليمة مقارنة بثلاجة أو مكيف الهواء (40-50)

الفعالية في الرياح العازلة والرياح المتقلبة

وتتمثل الميزة الأكثر استشهاداً في قدرة القوات المسلحة على أداء الرياح المضطربة، وتخلق المباني دوايات، وتبث آثاراً، وتتسبب في انقطاع أو تلف مفاجئات يمكن أن تسبب توقف أو تلويثاً غير كفء، وتولد المركبات ذات الترددات العالية، التي تستهلك طاقة متغيرة بشكل عام، وتحصل باستمرار على الطاقة من هذه التدفقات الفوضوية، كما أنها تبدأ في إنتاج الطاقة بسرعة أقل من الرياح (متوسط 2 إلى 3 أمتار مربعة).

هاء - سهولة الصيانة والسلامة

وكل العناصر الحاسمة - المولدات، والجهاز المزود بالأجهزة، والمكابح، والضوابط - متاحة على مستوى الأرض أو السطح، مما يبسط عمليات التفتيش الروتينية ويقلل من الحاجة إلى معدات التسلق المتخصصة أو المعدات الثقيلة، ويقلل أيضاً من خطر وقوع حوادث وتلف، وبالإضافة إلى ذلك، تعتبر المركبات ذات الترددات البيضاء أكثر أماناً للحياة البرية: فالطيور والبطاريات يمكن أن تكتشف وتتجنب التناوب الأفقي ببطء.

التكامل الجمالي

ويمكن أن تكون التصميمات الحديثة للمتفجرات من مخلفات الحرب بيانات معمارية، ويمكن أن تكون أشكالها النحتية (الثوبات السائلة، الشفرة الرأسية) مكملة للسلاسل التعاقبية بدلا من التصدع معها، إذ ينتج العديد من الصانعين توربينات مع المعاطف الملونة، أو الإضاءة المدمجة للأجهزة المتفجرة، أو شفرات الشفافة التي تدمج في السقفية، وهذه المرونة الاصطناعية تساعد على التغلب على مقاومة الريحية.

التحديات واستراتيجيات التخفيف

وعلى الرغم من وعدهم، تواجه منظمات المرأة في غرب ووسط المحيط الأطلسي عدة حواجز أمام انتشار التبني في المناطق الحضرية، وقد وضع المهندسون والمخططون الحضريون استراتيجيات للتخفيف من كل من هذه الشواغل، كما أن البحوث الجارية تضيق تدريجيا الفجوة بين أداء القوات المسلحة في تيمور الشرقية وأداء التحالف.

انخفاض كفاءة بيك

(أ) الحد الأقصى للفاعلية النظرية (حد أقصى) ينطبق على جميع التوربينات الريحية، ولكن الـ (VAWTs) تحقق عادة نسبة 35 إلى 45 في المائة من البيتس، مقارنة بنسبة 45 إلى 50 في المائة بالنسبة لأجهزة التنفس الصناعي الكبيرة، ويعود انخفاض الكفاءة إلى انخفاض مستوى الطاقة في النصف الثاني من كل ثورة، والتفاعل بين السائلين والاقليمين، غير أنه في البيئات الحضرية ذات الريح المتغيرات المميتة.

الربط الهيكلي والتكامل

إن تصاعد التربين في مبنى قائم يتطلب تحليلا هيكليا دقيقا، ووزن التربين، وقوى دينامية من الرياح والتناوب، وتردد الدم، وربما تكون إعادة تجهيز المباني القديمة غير عملية أو مكلفة، وتشمل استراتيجيات التخفيف استخدام مواد مركبة خفيفة الوزن (اللياف الكربون، والألومنيوم، والبوليمرات المعززة) وأجهزة البناء المحلية التي توفر نماذج للرياح.

الطاقة التي يلد وفترة السداد

وغالباً ما تكون موارد الرياح الحضرية أضعف من المواقع الريفية بسبب انخفاض متوسط السرعة وارتفاع كثافة الاضطرابات، وقد يؤدي ضعف موقع شبكة VAWT إلى توليد بضع مئات من الكيلوتات/ساعة سنوياً، مما يؤدي إلى فترة انتكاس طويلة.() ومن الضروري إجراء تقييم دقيق للمواقع باستخدام أجهزة قياسية، وديناميات السائل المحسوب، وبيانات تاريخية عن الأحوال الجوية.()

الضجة واليقظة (منقحة)

While generally silence, some VAWT models produce a low-frequency hum or blade swish that can be troublesome in near-field installations. Proper isolation mounts, careful placement away from windows, and periodic balancing all help. New helical-blade designs, like those from Envergate, reduce tonal noise by spreading

النزاعات الصناعية وفضائل استخدام الأراضي

وحتى إذا كان من المُصمم جيداً، فإن المُلاك أو الجيران قد يرفضون ذلك إذا كان يُنظر إليه على أنه من الطراز، فالحل يكمن في المشاركة المبكرة لأصحاب المصلحة وترتيب التصميم، وبعض المهندسين يُدرجون أصنافاً مرئية تُرسل أوراق اعتماد المبنى الخضراء، مثل السقف الأخضر أو الجدران الحية، وفي المناطق المُختلطة الاستخدام، يمكن وضع حد أدنى من التربينات على هياكل وقوف السيارات، على طول المسارات البصرية، أو فوق السك الحديدية.

الابتكارات التكنولوجية التي تقود عملية اعتماد الأسلحة النارية

وهناك عدة سلف تجعل من تطبيقات المناطق الخالية من الأسلحة الكيميائية أكثر قابلية للاستمرار وأكثر فعالية من حيث التكلفة بالنسبة للتطبيقات الحضرية.

المواد وصنعها

فالعمليات المركبة المجهزة المجهزة المجهزة بقوة الكربون تتيح أن تكون الشفرات أخف وأكثر دوامة من الألياف أو الألومنيوم، كما أن التصنيع الإضافي )الطباعة ٣ دال( يتيح سرعة وضع صور اللوحات العادية وإنتاجها، وتقوم بعض الشركات باستكشاف البخار والسترين الحيوي من أجل تربوة قابلة للتحلل البيولوجي بالكامل)١٥(.

التصميمات الهجينة والمتصلة بالنقل

ويخلق الجمع بين قسم ابتدائي من طراز سافونيوس وقاعدة رئيسية من طراز داريوس توربيناً يُستخدم فيها اللقطات ذاتية في سرعة الرياح المنخفضة جداً (حوالي 1.5 متر/متر) ثم يحقق كفاءة عالية في مجال الرفع، ويشتمل ربط النيتروز على اثنين من المركبتين المركزيتين اللتين تدوران في اتجاهات معاكسة، بينما يضاعفان بشكل فعال سرعة الرياح النسبية ويولدان قدراً أكبر من الطاقة من نفس المساحة المربحة.

مركب مدمج للطائرات الريحية المروحية

يمكن إدماج الـ (VAWTs) فعلياً في بناء البنايات - كما تُستخدم مُشابكات الرياح في السحابات، داخل الأفران التي تُستخدم في الهواء الطلق، أو على طول خطوط السكك الحديدية، ويستخدم مركز التجارة العالمي في البحرين ثلاثة وحدات من طراز HAWT، ولكن المشاريع الجديدة مثل برج نهر بيرل في غوانغزو، وشركة سترات في لندن تُدمج وحدات الصواريخ VAWT في إطارها الأساسي.

Smart Controls and Grid Integration

ويمكن أجهزة استشعار المتحكمين بالمايكرو وأجهزة استشعار النيتروجين من أجهزة التردد العالي جداً من تعديل أجهزة القذف والكابح والكهرباء الإلكترونية في الوقت الحقيقي استناداً إلى ظروف الرياح والطلب على الشبكات، ويمكن لبعض النظم أن تتخلص من الطاقة الزائدة في مدفئ المياه أو مصارف البطاريات، وتعظيم الاستهلاك الذاتي، وتسمح أجهزة اللافت الموحدة بتشغيل الشبكة دون إدخال تعديلات معقدة، كما توفر شركات متعددة للخدمات تدريباً صافياً على منشآت الرياح الصغيرة.

دراسات الحالة والتطبيقات العالمية الحقيقية

وتبين عدة منشآت إمكانية وحدود استخدام الأسلحة الخفيفة في المناطق الحضرية.

وفي عام 2019، كلف مجلس مدينة دبلن بإجراء محاكمة لخمسة طائرات من طراز H-rotor VAWT على سطح مبنى بلدي، وعلى مدى سنتين، تولدت عن مشروع توربينات متوسط قدره 200 4 كيلوواط في الوحدة في السنة، بما يكفي لتقليل عدد الرؤوس المشتركة إلى 30 ألفاً، ولكن تكاليف الصيانة المتوقعة كانت أقل من 30 في المائة.

(أ) على امتداد واجهة كوبنهاغن المائية، تم تركيب صف من الـ (VAWT) في مصنع (ويندسبيير) على رصيف، تم تصميمه على عرض سياحي واحد على كل منهما،

(الدراسة الثالثة لـ(طوكيو روفيتوب ميكروغريد

دور المنظمات غير الحكومية في المدن الذكية في المستقبل

ومع اعتماد المدن لأهداف طموحة تتعلق بالاستدامة، توفر هذه المركبات مكاناً فريداً: جيل موزع يستخدم الحيز الرأسي غير المستعمل استخداماً كافياً، وهي تكملة لوحات شمسية (التي تنتج طاقة ضئيلة في الليل أو في الشتاء) ويمكن إدماجها في تخزين البطاريات لخلق محاصيل صغيرة تعزز القدرة على التكيف أثناء انقطاع الشبكات، كما أن هذه المركبات تتواءم مع مبادئ شبكة الإنترنت الخاصة بالأشياء (IoT) والمنابر الريحية الذكية يمكن أن تبلغ عن الجيل الحقيقي.

ويتزايد الدعم في مجال السياسات، إذ تقدم عدة دول أوروبية تعريفات على أساس التغذية أو إعانات رأسمالية للمنشآت الريحية الصغيرة في المناطق الحضرية، وتتابع الولايات المتحدة برامج مثل برنامج الطاقة الريفية في أمريكا، وهي الآن مفتوحة أمام مشاريع الريح الصغيرة الحضرية، وتضع المعايير من خلال هيئات مثل اللجنة الدولية للكهرباء معايير للأداء والسلامة تصمم خصيصاً لمركبات VAWTs، وحتى عام 2025، كان أكثر من 100 مدينة في العالم قد أدرجت في خطط العمل المتعلقة بالمناخ.

خاتمة

فالأرنبات الريحية العمودية ليست حلاً وسطياً لتحديات الطاقة الحضرية، ولكنها تمثل أداة عملية ومتطورة في مجموعة أدوات الطاقة المتجددة، وقدرتها على الحصول على الطاقة من الرياح المضطربة، وتركيب الأقدام، والضوضاء المنخفض، والمرونة الجمالية تجعلها مناسبة بشكل فريد لبيئة المدن التي من شأنها أن تهزم آلات التكسس الأفقي التقليدية، كما أن التحسينات المصممة في المواد، والفجوات المصممة.