مقدمة: لماذا تحتاج المدن إلى طاقة الرياح

وتستهلك المراكز الحضرية أكثر من ثلثي الطاقة العالمية وتنتج حصة مقابلة من انبعاثات الكربون، ونظرا لأن المدن ملتزمة بأهداف صافية للطاقة المتجددة، فقد تكثف البحث عن تكنولوجيات لا مركزية ومناسبة للمواقع، وأصبحت الأفرقة الشمسية على أسطح الأرض مشتركة، ولكن الطاقة الريحية لا تزال غير مستخدمة على نحو كاف في البيئات الحضرية الكثيفة، ولا يمثل التحدي نقصا في شكل رياح، بل صعوبة نشر ريبينات متطورة.

وعلى عكس ما هو معروف من توربينات أفقية ثلاثية الازدواج تهيمن على مزارع الرياح في المناطق الريفية والخارجية، فإن هذه المركبات تمثل فلسفة هندسية مختلفة اختلافاً جذرياً، وتسمح لها عمودها العمودي بقبول الرياح من أي اتجاه دون آليات للياو، كما أن تصميمها المتجدد الأقل بصرياً يمكن أن يدمج في هيكل البناء بدلاً من أن يشترط على مديري مشاريع صناعية كبيرة ومستقلة.

ما هو المحور الفيزيائي ويند توربينز؟

إن المحور الشفري " ويند توربين " هو محولة للطاقة الريحية التي توجه فيها عمودياً، وتتجه إلى الأرض، وهذا التشكيل يعني أن الشفرة الدوارة تمسح طائرة عمودية، وأن المولد، وصناديق التروس، والعناصر الأخرى التي تعمل على قيادة السيارات يمكن أن تكون في مستوى الأرض أو في قاعدة الهيكل، بدلاً من أن تزيل في قمة الريح.

فالأسلحة النارية ذات تاريخ أطول من كثير من الملاحظات، وكانت أول تربينات الرياح المعروفة، مثل المطاحن الفارسية للقرن التاسع، آلات ضريبية عمودية تستخدم في الحبوب الرماعة، وفي العصر الحديث، كان البحث في النيتروز المتسارع خلال السبعينات والثمانينات كجزء من استكشاف أوسع للطاقة المتجددة، وفي حين أن التربينات ذات النطاق الأفقي كانت تخفض من حيث التكلفة.

جيم - أسعار الصرف

وتندرج في الفئتين الأساسيتين المحدثتين على أساس مبدأ الأيرودينامي الذي تستخدمه لتوليد العراك:

  • Darrieus turbines:] Named after French inventor Georges Darrieus, these turbines use forces generated by airfoil-shaped blades. The Class Darrieus design resembles an whitebeater or a curved hoop, but variants include straightblad he-rotor designs (also called)
  • Savonius turbines:] These are drag-based devices, typically built from two or three scoops arranged in an S-shape. Savonius turbines produce high starting torque, operate well at low wind speeds, and areميكانيكية simple and robust. Their efficiency is lower than Darrieus designs, but they excel
  • Hybrid and novel designs:] Many contemporary manufacturers combine elements of both lift and drag designs, or incorporate features such as helical blades, changingplay, or shrouding to improve performance, reduce noise, or enhance structural integrity. Some designs use a helical turn to smooth power output and reduce the cyclic loading that can cause fatigue in straight-

كيف تتفاوت من المحور الأفقي

والفرق الأساسي بين متفجرات الأسلحة النارية والمحور الأعظم هوريزونتي ويند توربينز يكمن في توجه محور الروتاتم، وهذا يبدو بسيطاً جداً في سلسلة من التواريخ العملية والتشغيلية:

  • Wind acceptance:] HAWTs must yaw to face the wind direction; VAWTs accept wind from any direction without adaptation. In urban settings where wind direction changes rapidly due to building wakes and channeling effects, this eliminates the energy losses andميكانيكي wear associated with frequent yaw corrections.
  • Compponent placement:] HAWTs place the birth, gearbox, and other heavy components in a nacelle at the top of the tower, requiring crane access for maintenance. VAWTs can location these components at ground level, streamlineing installation, inspection, and repair.
  • Structural loading:] HAWTs experience gravity-induced cyclic loading on blades as they rotate through the capital plane, which contributes to fatigue. VAWT blades, rotating in a horizontal plane, do not experience this gravity cycling in the same way, though they do face periodic aerodyna loading as periodic
  • Noise profile:] VAWTs generally operate at lower tip-speed ratios than HAWTs, which means the blade tips move more slow through the air. This reduces aerodynamic noise from tracking edge turbulence and vortex shedding. Additionally, the absence of a gearbox in directTaldrive V.
  • Visual impact:] VAWTs are often shorter and more compact than HAWTs of equivalent capacity. and their column form can be perceived as less intrusive, and some architectural designs integrate them into building facades or structural elements.

Advantages of VAWTs in Urban Settings

وتتسق خصائص هذه المركبات مع عدة متطلبات محددة من البيئات الحضرية، مما يجعلها جذابة بشكل خاص بالنسبة للجيل الموزع في المدن.

Omnidirectional Wind Capture

إن أنماط الرياح الحضرية هي من الفوضى السمعة، فالبناء يخلق اضطراباً، ويوجه، ويتحول اتجاهاً يمكن أن يحدث في ثوان، ويسمح الاضطراب الذي يحتاجه المرء لتعقب الرياح بأن يتخلف عن هذه التغيرات، إما أن يهتز ببطء أكثر من التحولات الريحية أو أن يصب بسرعة، ويستهلك الطاقة ويزيد من اللبس الميكانيكي.

تصميم الاتفاق والكفاءة الفضائية

العقارات الحضرية باهظة الثمن، وحيز الطاقة المتاح غالباً ما يقتصر على أسطح المنازل والبالكونات وحواجز البناء والنكسات الصغيرة، وأجهزة التزود بالبطاطس ذات الصبغة الصغيرة لكل وحدة من وحدات الطاقة المركبة، وتوجهها الرأسي يعني أنها تحتل بصمة أرضية أصغر، ويمكن أن يتكون العديد من الاضطرابات ذات الصبغة الكهربية مباشرة على هياكل السطحية دون اشتراط وجود نظم أساسية واسعة النطاق للتصميمات

عملية هدوء

وتشكل الضوضاء التي تصيب الأربين عنصرين: الضوضاء الميكانيكية من الحافة (الصندوق الجليدي، والمولدات، ومعجبات التبريد) والضوضاء الهوائية من خلال السيوف التي تنتقل عبر الهواء، وتعالج هذه الضوضاء الارتفاعات كلا المصدرين، لأن المولدات وجهاز التروس يمكن أن يكونا على مستوى سطح الأرض، وربما يكونان معزولين عن الهيكل، وتحركات الضوضاء الميكانيكية إلى الأماكن المحتلة.

الصيانة المبسطة

إن إمكانية الوصول إلى عناصر القطارات على مستوى الأرض أو بالقرب منه هي ميزة تشغيلية كبيرة، ففيما يتعلق بمركبات التكتل الهوائية، تتطلب كل عملية خدمات رئيسية رافعة أو تسلق البرج، وكلتاهما مكلفتان ومخاطر أمان، وكثيرا ما يمكن أن يؤدي صيانة المركبات بواسطة فني يقف على السطح أو على أساس الهيكل، باستخدام أدوات موحدة ودون معدات رفع ثقيلة، مما يقلل من تكاليف الصيانة ويقلل من سرعة الوصول إلى الأماكن الحضرية.

تحسين السلامة في الحياة البرية

كما أن اصطدامات الطيور والضرب باللوحات الريحية تثير القلق إزاء أي مشروع للطاقة الريحية، ولا سيما في المناطق الحضرية والمناطق المحيطة بها التي قد تتداخل فيها ممرات الحياة البرية مع المناطق المتقدمة النمو، وقد تؤدي هذه البطاريات، مع مساحات النسيج الكبيرة وسرعة البقايا العالية، إلى خطر الاصطدام المرئي الذي ثبت توثيقا جيدا.

التحديات والنظر في نشر القوات المسلحة في المناطق الحضرية

وعلى الرغم من مزايا هذه الأسلحة، فإن هذه المركبات ليست حلاً عالمياً للطاقة الريحية الحضرية، ويجب التصدي للعديد من التحديات التقنية والاقتصادية والعملية لتحقيق إمكاناتها.

توربلنس وباتريند في المدن

كما أن نفس بيئة الرياح المضطربة التي تتعامل بها القوات المسلحة لجمهورية الكونغو الديمقراطية بشكل أكثر رشاقة من الطائرتين HAWT تفرض عقوبات، وتخفض سرعة التسلط من كفاءة أي تربين للرياح، لأنها تتسبب في تقلب كميات الريح وتدفع إلى الاضطرابات الناجمة عن الارتفاع الأمثل في سرعة الريح.

ناتج الطاقة والكفاءة

أما في المناطق المدارية المنخفضة المدارية، فإن الطاقة المتطاولة من الطاقة الكهربائية أقل من الطاقة الثابتة والمتجددة في المناطق الحضرية، حيث أن هذه الطاقة المتطاولة ذات الطاقة المتطاولة لا يمكن أن تنتج بصورة مباشرة أكثر من الطاقة المتطاولة، حيث أن هذه الطاقة المتطاولة من الطاقة المتطاولة التي تولدها الطاقة المتطاولة لا يمكن أن تنتج دائماً من الطاقة المتطاولة ذات النطاقات المتوسطة التي تبلغ 40 إلى 5 في المائة، بينما تصل هذه المركبات إلى 30 إلى 40 في المائة في المائة في المائة في المناطق الحضرية.

مضيق البنى التحتية والتركيب

إنّ تَنَقُّلَ a VAWT على a مبنى يَستحدثُ حمولات هيكلية التي يجب أن يَستوعبها، هذه تشمل حمولات ثابتة (وزن التربين وهيكل دعمه)، وحمولات دينامية (المناقلة والقوى المُنتقلة أثناء العملية)، و آثاراً مُتكررة (إذا تزامنت تواتر التمرد مع التردد الطبيعي للمبنى).

العوامل الاقتصادية وفترات استرداد الأجور

وتواجه هذه المنشآت صعوبات في الاقتصاد، إذ إن تكلفة كل كيلوت من الطاقة المركبة للمناطق غير المرخصة ذات القيمة المضافة للكهرباء، أو انخفاض قيمة الطاقة الكهربائية، أو عدم الاستفادة من نفس وفورات الحجم، أو انخفاض قيمة القروض المالية التي تدفعها المنظمات التي تولدها في السوق، أو انخفاض قيمة الطاقة الكهربائية في أماكن توليد الكهرباء بدرجة أكبر من معدلات القدرة على توليد الطاقة الكهربائية.

العقبات التنظيمية والتأثيرية

وتواجه توربينات الرياح الحضرية مشهدا تنظيميا معقدا، وقد لا تكون هناك أحكام محددة تتعلق بالطوابق الريحية، مما يتطلب من مطوري المشاريع العمل من خلال عمليات الفرق أو الاعتماد على الأحكام الهندسية التي يمكن أن تستغرق وقتا طويلا وتكلف، وقد تفرض لوائح الزوال قيودا على طول الهياكل، أو تضع شروطا للتخلف، أو تحد من الأثر المرئي لمعدات الطاقة المتجددة، وتسمح بالحد من القيود المفروضة على سلامة الأحياء الجليدية في المناخ البارد.

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

وعلى الرغم من التحديات، نُشرت طائرات VAWTs في البيئات الحضرية في جميع أنحاء العالم، مما يوفر بيانات قيمة والدروس المستفادة للمنشآت المقبلة.

ومن الأمثلة البارزة على ذلك نشر توربينات الداريوس الوبائية على سطح مركز التجارة العالمي في البحرين، الذي كان من أول عمليات التكامل الواسعة النطاق في التوربينات الريحية في مبنى تجاري، وفي حين أن هذا المشروع استخدم توربينات أفقية، فقد أثبت جدوى الريح المدمجة في المباني السكنية في منطقة " فاكوا " ، وفي الآونة الأخيرة، ظهرت منشآت " اسكتلند " في أبراج سكنية في اليابان.

ومن الحالات المثيرة للاهتمام بوجه خاص إدماج الـ VAWTs بالنظم الشمسية ذات الفولطية الضوئية على سطح نفس السطح، حيث يمكن للعوامل المكملة للجيل الشمسي (العمل أثناء النهار والصيف) والرياح (التي تصل في كثير من الأحيان إلى ذروتها في الليل وفي الشتاء) أن تُغمر منحنى الجيل الإجمالي، مما يقلل من الحاجة إلى تخزين البطاريات، ويزيد من نسبة الحمولة في الموقع التي يلقاها جيل متجدد.

وثمة تطبيق آخر ناشئ هو استخدام طائرات VAWT لبراج الاتصالات السلكية واللاسلكية غير الطاقية، ومراكز الرصد عن بعد، ونظم الطاقة في حالات الطوارئ، وفي هذه التطبيقات، يمكن أن تكون موثوقية استخلاص الرياح من أي اتجاه، إلى جانب القدرة على العمل بسرعة منخفضة، أكثر أهمية من كفاءة الذروة، ويمكن نشر التوربينات في مواقع تكون فيها وصلات الشبكات غير عملية أو باهظة التكلفة، كما أن احتياجاتها المنخفضة من الصيانة تجعلها مناسبة.

External resource:] The U.S. Department of Energy ' Wind Energy Technologies Office provides a useful overview of distributed wind technologies, including VAWTs, at ]energy.gov/eere/wind/distributed-wind.]

مستقبل الطاقة الحضرية المأهولة بالمركبات العضوية الثابتة

وتتكون مسارات هذه المركبات في البيئات الحضرية من البحوث الجارية والابتكار التكنولوجي وأطر السياسات المتطورة، وتدل عدة اتجاهات على زيادة إمكانية البقاء والاعتماد.

الابتكارات التكنولوجية

وتخفض أوجه التقدم في العلوم المادية، بما في ذلك استخدام ألياف الكربون وخطوط الوزن الخفيف، وزن وتكلفتها، بينما تحسن مقاومة التقلبات، ويجري استكشاف الصناعات الإضافية (الطباعة بواسطة دي) لإنتاج كميات كبيرة من الرؤوس التي تؤدي إلى تحقيق أفضل أداء في مجال الترميزات الهوائية بالنسبة لنظم الرياح المحددة، وتُعدل آليات الصمامات ذات القدرة على إحداث الاحتراق، وتُعدل زاوية التناوب على نطاق واسع

External resource:] The National Renewable Energy Laboratory (NREL) has published research on VAWT aerodynamic modeling and optimization, available at ]nrel.gov/wind.

التكامل مع نظم الدمج والبناء

ومع أن المباني أصبحت أذكى وأكثر ارتباطاً، يمكن إدماج هذه المركبات في نظم إدارة الطاقة التي تُفضي إلى توليد الطاقة وتخزينها واستهلاكها في الوقت الحقيقي، كما أن وجودها في أعلى مستوى من الطاقة، إلى جانب الألواح الشمسية، وتخزين البطاريات، ومركز للشحن الإلكتروني يمكن أن يعمل كحجة صغيرة، ويوفر الطاقة أثناء فترات انقطاع الشبكات، ويخفض رسوم الطلب، ويقدم خدمات الدعم في مجال التنبؤات المتعلقة بتطورات الطاقة.

دعم السياسات والتخطيط الحضري

ويمكن للسياسات البلدية والوطنية أن تؤثر تأثيراً كبيراً على اعتماد الطاقة الريحية الحضرية، إذ يمكن أن تؤدي التعريفات الجمركية، والائتمانات الضريبية، والمنح الخاصة بنظم الطاقة المتجددة الموزعة إلى تحسين اقتصاديات منشآت VAWT، ومن المرجح أن تؤدي عمليات الإتاحة، ووضع مدونات للتقسيم النموذجي لتقسيم المناطق التي تعالج بشكل صريح التوربينات الريحية، وتحديث رموز البناء التي تشمل أحكاماً لتوليد الرياح إلى خفض التكاليف غير الميسرة لتطوير المشاريع.

External resource: ] The U.S. Environmental Protection Agency' Green Power Partnership provides guidance on renewable energy procurement, including distributed wind, at ]epa.gov/greenpower.

خاتمة

وتوفر المحورية الرئيسية " وينس " مجموعة فريدة من القدرات التي تتوافق مع القيود والفرص التي تواجهها البيئات الحضرية، وتُحدِّد فوائدها في مجال الريح الواحدة، والارتباط بالبصمة، والعملية الهادئة، والإعالة الميسورة، خيارا قابلا للتطبيق في مجال توليد الطاقة المتجددة في الموقع في المدن التي لا يمكن فيها استخدام التربينات الأفقية التقليدية، غير أن انخفاض الكفاءة، وارتفاع تكلفة التركيب، والتحديات في مجال التكامل الهيكلي، والحواجز التنظيمية، لا تعني

بالنسبة للمخططين الحضريين، ومالكي المباني، ومهنيين الاستدامة، فإن طائرات VAWTs تستحق النظر كجزء من حافظة متنوعة للطاقة المتجددة تشمل تدابير الطاقة الشمسية والتخزين وكفاءة الطاقة، وبما أن التكنولوجيا لا تزال ناضجة، وتهيئة بيئة سياساتية أكثر دعما، فمن المرجح أن تؤدي هذه المركبات دوراً متزايداً في نظم الطاقة اللامركزية والمرنة والخفيضة الكربون في المدن المقبلة.

External resource:] The World Wind Energy Association publishes market statistics and reports on small wind and urban wind at ]wwindea.org].