الطاقة
بدون دوران، كل فوز: طاقة الرياح الثابتة تتحدى التقليدات
فكر في الرياح، وستفكر في الحركة، أليس كذلك؟ لكن ماذا لو استطعنا الحصول على الطاقة من الرياح دون الشفرات الدوارة المعتادة التي نعتاد رؤيتها؟
هذا ما يحدث مع بعض أحدث تقنيات طاقة الرياح. إنها تغير أفكارنا القديمة حول كيفية عمل طاقة الرياح، وتستحوذ على طاقة الرياح بطرق جديدة لا تحتاج دائمًا إلى الحركة.
بينما نتبنى هذه الابتكارات، من المهم أيضًا فهم قيود الأساليب التقليدية. تُنتج توربينات الرياح طاقة نظيفة ومتجددة، لكنها ليست خالية من العيوب. على سبيل المثال، توليد طاقة الرياح عبر التوربينات ليس خيارًا اقتصاديًا حكيمًا لإنتاج الطاقة في الأماكن التي لا تكون رياحها كافية.
وبما أن توربينات الرياح غالبًا ما تُثبت في مواقع نائية، قد تكون إقامة البنية التحتية مشكلة، خاصةً إنشاء خطوط النقل لنقل الكهرباء من مزارع الرياح إلى المنازل في المناطق الحضرية.
علاوة على ذلك، تُعرف التوربينات الكبيرة بإحداث ضوضاء وتعطيل الجمال البصري للمنطقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه التركيبات أن تؤثر أيضًا على الحياة البرية المحلية.
يمكن الآن حل كل هذه الصعوبات دون الابتعاد عن المفهوم الأساسي، وهو استخدام الرياح لتوليد طاقة نظيفة. الجواب يكمن في توربينات الرياح الثابتة، حيث يمكنها استغلال الطاقة دون إحداث الضوضاء أو غيرها من الصعوبات المصاحبة.
انقر هنا للحصول على قائمة بأكثر أسهم طاقة الرياح واعدة.
توليد طاقة الرياح الثابتة
إن توليد الرياح الثابتة يتعلق بإزالة الاعتماد على شبكة مركزية ثقيلة الموارد والاعتماد على مجموعة من موارد الطاقة الموزعة (DER) التي يمكن وضعها على أسطح المباني السكنية والتجارية. بينما تستخدم هذه الموارد الطاقة كل من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، تتمتع الرياح بميزة التوفر على مدار 24 ساعة طوال الأسبوع، على عكس أشعة الشمس.
في الوقت نفسه، يلتقط مولد الرياح الثابت طاقة الرياح من خلال استخدام أجنحة أو أجنحة هوائية مركبة عموديًا وليس شفرات توربينات كبيرة الحجم. يتدفق هذا التيار عبر توربين صغير موضعًا في قاعدة الوحدة ويولد الكهرباء أثناء دورانه، دون الحاجة إلى أجزاء كبيرة دوارة أو متحركة.
هناك العديد من المزايا لهذه العملية. فهي تقلل من التلوث الضوضائي، وتساعد في حماية الحياة البرية، وتستغل المساحة بفعالية، وتتطلب صيانة منخفضة.
على الرغم من أن تاريخ طاقة الرياح التقليدية، كما نعرفها اليوم، يعود إلى سنوات عديدة، فإن توليد طاقة الرياح الثابتة يضيف قيمة كبيرة لجهودنا في الاستدامة. وعلى الرغم من حداثته، لا يقلل ذلك من الوعود والإمكانات التي أظهرها بالفعل.
وفقًا لتقرير Architecture 2030، 50٪ من انبعاثات الكربون العالمية تنبع من المباني والبيئة المبنية. من هذا، يأتي 27٪ من عمليات تشغيل المباني، بينما يأتي 20٪ من مواد البناء، والإنشاءات، واستخدامات أخرى في قطاع البناء. لذلك، من الضروري أن نستخدم حلول طاقة المباني بشكل أكثر كفاءة، وتوليد الرياح الثابتة هو خطوة نحو ذلك.
قامت العديد من الشركات التجارية بتولي مهمة تحويل الرياح الثابتة إلى شيء قابل للتنفيذ. سنناقش هذه الشركات ونستعرض التكنولوجيا التي تستخدمها في حلولها.
الشركات ذات الحلول التحويلية في توليد الرياح الثابتة
1. Vortex Bladeless
تصف Vortex حلها لطاقة الرياح بعدة صفات. الطاقة بلا شفرات، أكثر أمانًا، أكثر هدوءًا، وأكثر خضرة.
بشكل عام، رؤية Vortex Bladeless هي تقديم بديل رياحي جديد من مستوى المستهلك للحدائق الكبيرة للرياح. وفي تحقيق رؤيتها، تعتمد الشركة على فيزياء مختلفة عن طاقة الرياح العادية. النتيجة متميزة ومليئة بالفرص.
تقنية توليد الرياح الثابتة: طريقة Vortex Bladeless
يشبه جهاز الدوامة برجًا أسطوانيًا. إذا بدأنا من الأسفل، فإن الجزء الأدنى ثابت ويُعرف بالقاعدة. الجزء فوق القاعدة هو النواة، التي تحتوي على قضيب كربوني بداخلها. فوق النواة، يوجد نظام ضبط المولد. وفوقهم جميعًا يوجد الصاري الأسطواني الذي يتأرجح بحرية عموديًا على اتجاه الرياح.
عندما تمر الرياح حول هذه الهياكل الأسطوانية، تُنشئ دوامات ضغط. تعتمد ترددات هذه الدوامات على سرعة الرياح. ومع وجود هياكل ذات تردد رنين طبيعي مشابه، تبدأ بالتأرجح وتستحوذ على طاقة الرياح.
بعد استحواذ الطاقة يأتي مرحلة تحويلها. للتحويل، تستخدم Vortex Bladeless تقنية المولد التقليدي، حيث يشهد الجهاز تفاعلًا بين الملفات والحقول المغناطيسية.
يُولد الكهرباء من خلال الحث الكهرومغناطيسي. كما تُستخدم المغناطيسات كجزء من نظام الضبط حيث يتم تعديل ثابت مرونة الصاري، مما يوسع نطاق سرعات الرياح التي يحدث فيها التأرجح.
على الرغم من أن تقنية Vortex لا تزال قيد التطوير، بمجرد أن تصبح واقعًا كاملًا، ستحظى بالعديد من المزايا مقارنةً بالتوربين العادي من نفس الحجم. ستكون Vortex بلا شفرات خالية من التروس والزيت، لا تحتاج إلى فرامل وأسهل في التصنيع. ستظل دائمًا موجهة على أساس مماثل. ستتطلب مساحة أقل وتتمتع بعمر افتراضي أطول.
Vortex Bladeless: ملف تعريف موجز
تأسست Vortex Bladeless على يد ديفيد سوريول وراؤول مارتن يونتا، ومقرها في مدريد، إسبانيا. هي شركة ناشئة في مرحلة مبكرة. وفقًا للبيانات المتاحة للجمهور، جمعت الشركة US$120,000 في تمويل ما قبل البذرة من Techstars في عام 2021.
بالنسبة لأولئك غير المألوفين بـ Techstar، فإنها تُصنّف نفسها كأكثر شركة مستثمرة في مرحلة ما قبل البذرة نشاطًا على مستوى العالم، مع محفظة مسرّعات بقيمة سوقية إجمالية تبلغ US$105 مليار.
2. Aeromine: Wind-Energy System Without the Blades
شركة أخرى تقدم حلولًا تحويلية لطاقة الرياح بلا شفرات هي Aeromine Technologies. تُثبت هذه الأنظمة بلا شفرات على أسطح المباني التجارية لاستخلاص الطاقة المتجددة في الموقع.
تستفيد Aeromine من مبادئ الديناميكا الهوائية. تستخدم مولدات رياح مدمجة في المباني تعتمد على أجنحة هوائية دون أي أجزاء متحركة.
يقوم الجسم المركزي المجوف للهيكل بتوجيه الضغط إلى المجمع والمروحة الداخلية. في الجزء الأدنى من الهيكل، يسحب الضغط المنخفض الهواء عبر المدخل ليتدفق عبر المروحة ويولد الطاقة قبل أن يخرج نفث الهواء من الجسم المركزي ويختلط بالرياح الحرة.
تدور مبدأ Aeromine حول عدم استخدام أجزاء خارجية والتخلص من الاهتزازات. بدلاً من ذلك، تستخدم الأجنحة الهوائية لالتقاط وتضخيم تدفق الهواء في مبنى أو هيكل تجاري. يبقى الحل متفوقًا على الطاقة الشمسية لأنه يتطلب عُشر مساحة السطح المستخدمة من قبل الألواح الشمسية.
حل Aeromine صامت وثابت. وهو قادر على توليد الطاقة في أي وقت تحت جميع ظروف الطقس. النظام هو مزيج نموذجي من 20-40 وحدة على حافة المبنى، حيث يواجه المزيج اتجاه الرياح السائد.
كما تدعي الشركة، فإن نظامها ينتج ما يقرب من 50٪ أكثر إنتاجية مقارنةً بالبدائل الأخرى للطاقة المتجددة. إذا تم دمجه مع حلول الطاقة الشمسية على الأسطح، يمكن لنظام توليد طاقة الرياح بلا شفرات تلبية احتياجات الطاقة في الموقع للمبنى بالكامل.
Aeromine Technologies: ملف تعريف موجز
تأسست في عام 2020 على يد مارتن مانيتشي، Aeromine Technologies يقع مقرها الرئيسي في منطقة هيوستن الكبرى، الولايات المتحدة. في 31 أكتوبر 2023، تلقت الشركة منحة بقيمة US$1.1 مليون من الوكالة الدنماركية للطاقة.
في يناير 2023، قدمت AEC Angels استثمارًا تأييديًا في تقنيات Aeromine. جاء أول استثمار لشركة Aeromine Technologies من Mass Challenge كمساعدة غير أسهمية.
لماذا يُنظر إلى توليد الرياح الثابتة كحل موثوق للمستقبل؟
أقوى تأكيد لتوليد طاقة الرياح الثابتة أو بلا شفرات كمسار لإنشاء طاقة نظيفة ومتجددة يأتي من مستثمريها.
حصل نظام Aeromine المبتكر لتوليد طاقة الرياح على أسطح المباني، الذي يحول تدفق الرياح في المبنى إلى طاقة متجددة، على منحة بقيمة US$1.1 مليون من الوكالة الدنماركية للطاقة، كما رأينا. تم منح المنحة بعد فحص جدوى الحل عبر تسعة معايير، بما في ذلك إمكاناته التجارية وقدرته على تحقيق أهداف سياسات المناخ.
ومع ذلك، لا يزال هناك الكثير للقيام به لجعله موثوقًا تمامًا. ستتعاون الجامعة التقنية الدنماركية (DTU) مع Aeromine لإجراء اختبارات أداء للتكنولوجيا على مجموعة من أنواع المباني وظروف الرياح المتنوعة.
وفقًا للبروفيسور كريستيان باك، رئيس قسم تصميم الأجنحة والمراوح في الجامعة التقنية الدنماركية، ستنظر الجامعة في نمذجة التدفق لأنواع مختلفة من المباني وقياس أداء الحل “لاشتقاق خوارزميات محسّنة لتقدير إنتاج الطاقة وتحديد الموقع المثالي على السطح”. سيؤدي ذلك إلى تحسين إضافي وتطبيق أكثر كفاءة للنظام.
نظرًا لأن الحل يمكن نشره على أسطح الشقق والمكاتب والمستودعات ومحطات الموانئ والمستشفيات ومراكز التجزئة وأي مبنى مسطح السقف، فإن معرفة تحسين الموقع ستؤدي إلى زيادة التكيف.
تقر Aeromine بوجود طلب كبير بالفعل على حلولها في السوق. في الواقع، وفقًا للمؤسس المشارك لشركة Aeromine مارتن مانيتشي، فإنها تتلقى “كمية هائلة من الاهتمام بالتقنية وتزيد من الإنتاج لتلبية الطلبات.”
يعتقد مانيتشي أيضًا أن حلهم سيجعل طاقة الرياح “ملائمة جدًا للأعمال المحلية”، وهو ما لم يحدث بعد.
يمكن العثور على مزايا مماثلة وأكثر لحلول Vortex Bladeless. على سبيل المثال، حلهم لتوليد الرياح الثابتة أقل تكلفة في التصنيع والصيانة.
بالنسبة لأولئك الذين يشكون في كفاءة التصميم من Vortex، يدعي الصانعون أن نموذج Vortex Mini – بطول 13 متر (42 قدم) وقدرة 4 كيلوواط – يمكنه التقاط ما يصل إلى 40٪ من طاقة الرياح في الظروف المثالية.
على الرغم من أنه أقل كفاءة بنسبة 30٪ مقارنةً بالتوربينات التقليدية، يمكن تعويض هذا النقص بوضع عدد مضاعف من توربينات Vortex في نفس مساحة توربين المروحة.
تحقيق أهداف الطاقة النظيفة
تحقيق أهداف صافي الانبعاثات الصفرية بحلول عام 2050 سيعتمد إلى حد كبير على الاستفادة الناجحة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية.
في مجال طاقة الرياح، بينما أصبحت التوربينات أكبر مع ارتفاعات محور أعلى وقطر دوار أكبر، يجب أن تزيد الإضافات السنوية لسعة الرياح حتى عام 2030 بشكل كبير لتلبية الأهداف.
لتحقيق هدف صافي الانبعاثات الصفرية لعام 2050، الذي يتوقع حوالي 7,400 تيراواط ساعة من توليد كهرباء الرياح في عام 2030، يجب أن يرتفع معدل النمو السنوي المتوسط لتوليد الطاقة إلى حوالي 17٪. لتحقيق ذلك، سيتطلب زيادة الإضافات السنوية للسعة من حوالي 75 جيجاواط في عام 2022 إلى 350 جيجاواط في عام 2030.
حتى الآن، تقتصر إضافات سعة طاقة الرياح إلى حد كبير على الصين، التي تُعد لاعبًا رئيسيًا في هذا المجال. تتحمل البلاد حاليًا نصف إضافات سعة طاقة الرياح العالمية في عام 2022.
كما لاحظت الوكالة الدولية للطاقة (International Energy Agency) تراجعًا في نمو تصنيع معدات طاقة الرياح. لتحسين الوضع، أوصت الوكالة بتسريع الوتيرة. ولاحظت أيضًا أن الابتكارات في القطاع تدور أساسًا حول زيادة الإنتاجية وخفض التكاليف.
في مثل هذا السيناريو المختلط، يمكن لتوليد طاقة الرياح الثابتة أن يضيف وقودًا للنمو. بفضل متطلبات المساحة المحدودة وقدرات الصيانة السهلة، يمكنه الانتشار بسرعة عبر المناطق التي تكون فيها امتدادات الأراضي الواسعة عائقًا.
من الجانب الإيجابي، شهدت استثمارات طاقة الرياح زيادة بنسبة 20٪ في عام 2022، متعافية من تباطؤ عام 2021. كما أصبحت جزءًا من جميع برامج التعاون الكبرى للطاقة المتجددة بدعم كبير من القطاع الخاص أيضًا.
الاستثمارات التي حصلت عليها Aeromine و Vortex، خاصةً من المجتمع العلمي ومجتمع التكنولوجيا المتحمسة، تُظهر أن طاقة الرياح الثابتة تستند إلى أسس صلبة. المزيد من الضبط الدقيق والمعايرة اللازمة سيجعلها خيارًا مثاليًا لنشر نطاق الطاقة النظيفة والمتجددة بسرعة أكبر.
انقر هنا للحصول على قائمة بأكثر أسهم الطاقة المتجددة واعدة للاستثمار.
