طاقة الرياح وتطبيقاتها المختلفة تشغيل وصيانة وتركيب توربينات الرياح

طاقة الرياح وتطبيقاتها المختلفة تشغيل وصيانة وتركيب توربينات الرياح

ما هي طاقة الرياح

تستخدم طاقة الرياح كمصدر بديل من مصادر توليد الطاقة الكهربائية، بديالً عن الوقود الأحفوري النفط والغاز الطبيعي، فهذه المصادر تعد مصادر ضارة بالبيئة لما تولده من غازات سامة عند احتراقها، كما أنها تتميز بعدم توافرها في كافة مناطق العالم إضافة إلى تسببها بالحروب والكوارث على البشرية نتيجة لسعي كافة القوى العظمى للسيطرة على منابع النفط في العالم ، عدا عن ارتفاع التكلفة وقرب نضوبها، في وقت يكون فيه العالم بأمس الحاجة للطاقة التي تولد الطاقة الكهربائية، فقد دخلت الطاقة الكهربائية في كافة مفاصل الحياة البشرية في واالتصاالت والمستشفيات والإنارة والطرق و والنقل والتكييف والتبريد وغيرها العديد من المجالات المتنوعة والتي ال يمكن لها الاستغناء عن الطاقة الكهربائية مهما حصل. 

تستخدم الطاقة الحركية الناتجة من الرياح في توليد الطاقة الكهربائية عن طريق تحريك التوربينات الهوائية طاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية والتي بدورها تتحول إلى طاقة كهربائية تستطيع تشغيل الأجهزة وتوصل إلى المنازل، فأكثر ما تستخدم هذه الطريقة في توليد الكهرباء في المناطق الريفية البعيدة عن محطات توليد الطاقة الكهربائية الاعتيادية، بحيث تتناسب القدرة الكهربائية الناتجة عن الطاقة الحركية وطاقة الرياح مع كمية الرياح التي تهب والتي تحرك هذه التوربينات، فعند هدوء الرياح تخف القدرة الكهربائية مما يؤخذ على هذه الطريقة في توليد الكهرباء من عيوب. 

يبلغ معدل استخدام الطاقة الكهربائية المولدة من طاقة الرياح عن طريق التوربينات حوالي 57 ألف كيلو واط قبل حوالي عشر سنوات حيث فازت الدنمارك على النسبة الأعظم لتوليد الطاقة الكهربائية من طاقة الرياح، أما قبل عامين فقد حصل ازدياد ملحوظ في الاعتماد العالمي على توليد الطاقة الكهربائية من طاقة الرياح فقد بلغت القدرة الكهربائية المولدة منها حوالي 382 ألف كيلو واط. ياً أما تاريخ فقد استخدمت الدول والحضارات القديمة طاقة الرياح في طرق عدة متنوعة، منها استخدام المصريون القدماء لهذه الطاقة لتسيير القوارب على نهر النيل، كما استخدم المسلمون هذه الطاقة لطحن الحبوب المختلفة، بينما استخدم الصينيون هذه الطاقة لضخ المياه وضخ المياه المياه الجوفي بشكل خاص، مما يدل على أن هذه الطاقة معروفة منذ القدم على مستوى الحضارات المختلفة.

أما في دولنا العربية للأسف الشديد، فلم توجد إلى الآن دراسات جدية لتطوير وزيادة الاعتماد على هذه الطاقة لتوليد الكهرباء كما حصل في باقي الدول، كما أن نقص التعاون المش إلى ضعف الاعتماد على هذه الطاقة وغيرها من مصادر الطاقة النظيفة وغير الضارة بالبيئة.

التعاريف والمصطلحات الفنية :

مزارع الرياح: هي مجموعة من توربينات الرياح المتواجدة في مكان واحد يتم توصيلها سويا لتوليد الطاقة الكهربية التي تنقل عبر خطوط النقل والتوزيع للمستهلكين.

الشفرات: تعرف الشفرات بأنها الريش الخاصة بالتوربينة والتي تستخلص الطاقة الميكانيكية من الرياح لتحويلها إلى صورة أخرى من صور الطاقة، كالطاقة الكهربية والطاقة الميكانيكية وتصنع الشفرات عادة من مادة خفيفة الوزن كمادة الفيبر جلاس والخشب مادة الكربون.

الشبكة الكهربية:هي أداة النقل التي يتم عن طريقها نقل الطاقة الكهربية المنتجة من التوربينات إلى مراكز النقل والتوزيع وتوجد أنواع متعددة من الشبكات ويتوقف نوع الشبكة على نوع

التوصيل بها.

النظام المختلط: هو نظام يتم من خالله عمل منظومة كهربية صغيرة تندمج بها مصادر الطاقة التقليدية والطاقة المتجددة في المناطق المنعزلة عن الشبكة الكهربية ويتألف النظام في الغالب من توربينات رياح وخلايا شمسية ووحدات ديزل وبطاريات.

القدرة المقننة ل توربينة الرياح: هو أقصى خرج القدرة الفعالة توربينة الرياح في ظروف التشغيل القياسية.

 منحنى القدرة النظري للتوربينة: هو المنحنى المعتمد والمختبر من الشركة المصنعة للتوربينة. - منحنى القدرة الفعلي للتوربينة: هو المنحنى الخاص بالتوربينة بعد تشغيلها فعلياً ويجب مقارنته لتأثرها بعوامل خارجية تراكم التراب والثلج على سطح الريش بالمنحنى النظري نظراًدوريا . ً

سرعة الرياح: هي المسافة التي تقطعها الرياح في زمن معين و تقاس بالمتر/ ثانية.

 اتجاه الريح : هو الاتجاه الجغرافي الذي تهب منه الرياح واتجاه الرياح السائد في منطقة مةا هةو الاتجاه الأكثر شيوعا في هذه المنطقة.

توربينات السرعة الثابتة: تعتمد هذه التوربينات على ثبات سرعة دوران ريش التوربينات وبالتالي الجزء الدوار في المولد

توربينات السرعة المتغيرة : تعتمد هذه التوربينات على تغيير سرعة دوران ريش التوربينات وبالتالي الجزء الدوار في المولد، مما يؤدي إلى اختلاف خرج المولد.

الضوضاء أو الضجيج: هي الأصوات المتنافرة غير المرغوب فيها الناجمة عن مصادر داخلية أو خارجية وتؤثر بشكل أو بآخر على الصحة العامة ونوعية الحياة اليومية للإنسان.

الديسيبل "dB : "هو وحدة قياس شدة الضوضاء التي تتعرض لها الأذن البشرية.


معلومات السلامة والصحة المهنية:

 تعرف السلامة والصحة المهنية بأنها العلم الذي يهتم بالحفاظ على سالمة وصحة الإنسان ، وذلك بتوفير بيئات عمل آمنة خالية من مسببات الحوادث أو الإصابات أو الأمراض المهنية ، أو بعبارة أخرى هي مجموعة من الإجراءات والقواعد والنظم في إطار تشريعي تهدف إلى الحفاظ على الإنسان من خطر الإصابة والحفاظ على الممتلكات من خطر التلف والضياع.

 تدخل السالمة والصحة المهنية في كل مجالات الحياة فعندما نتعامل مع الكهرباء أو الأجهزة المنزلية والكهربية فال غنى عن أتباع قواعد السلامة وأصولها وعند قيادة السيارات أو حتى السير في الشوارع فإننا نحتاج إلى أتباع قواعد أصول السالمة , وبديهي أنه داخل المصانع وأماكن العمل المختلفة وفي المنشآت التعليمية فإننا نحتاج إلى قواعد السالمة ، بل إننا يمكننا القول بأنه عند تناول الأدوية للعلاج أو الطعام لنمو أجسامنا فأننا نحتاج إلى أتباع قواعد السالمة.

الأهداف العامة التي تسعى السلامة والصحة المهنية إلى تحقيقها:

  •  حماية العنصر البشري من الإصابات الناجمة عن مخاطر بيئة العمل وذلك بمنع تعرضهم للحوادث والإصابات والأمراض المهنية.
  • الحفاظ على مقومات العنصر المادي المتمثل في المنشآت وما تحتويه من أجهزة ومعدات من التلف والضياع نتيجة للحوادث.
  •  توفير وتنفيذ كافة اشتراطات السالمة والصحة المهنية التي تكفل توفير بيئة آمنة تحقق الوقاية من المخاطر للعنصرين البشري والمادي.
  •  تستهدف السلامة والصحة المهنية كمنهج علمي تثبيت الآمان والطمأنينة في قلوب العاملين أثناء قيامهم بأعمالهم والحد من نوبات القلق والفزع الذي ينتابهم وهم يتعايشون بحكم ضروريات الحياة مع أدوات ومواد وآلات يكمن بين ثناياها الخطر الذي يتهدد حياتهم وتحت ظروف غير مأمونة تعرض حياتهم بين وقت وآخر لأخطار فادحة.

ولكي تتحقق الأهداف السابق ذكرها لابد من توافر المقومات التالية:
  • التخطيط الفني السليم والهادف لأسس الوقاية في المنشآت.
  •  التشريع النابع من الحاجة إلى تنفيذ هذا التخطيط الفني.
  • التنفيذ المبنى على الأسس العلمية السليمة عند عمليات الإنشاء مع توفير الأجهزة الفنية المتخصصة لضمان استمرار تنفيذ خدمات السلامة والصحة المهنية.

أثناء تواجدك في موقع العمل يجب عليك ما يلي:


- الالتزام بارتداء ملابس ومهمات السالمة والوقاية مثل الخوذة والنظارة الواقية والحذاء الواقي والأحذية العازلة للتيار الكهربائي والقفاز والسترة حزام الامان كما بالشكل رقم (1) 
الالتزام بارتداء ملابس ومهمات السالمة والوقاية مثل الخوذة والنظارة الواقية والحذاء الواقي والأحذية العازلة للتيار الكهربائي والقفاز والسترة حزام الامان

- تستخدم أحزمة الامان لوقاية العاملين من مخاطر السقوط من أماكن مرتفعة عند الصعود إلى أعلى التوربينة ويتم تزويد هذه الحزمة بوسيلة تثبيت بجسم العامل ووسيلة تثبيت أخرى يتم توصيلها بجسم ثابت بمكان العمل كما هو موضح بالشكل رقم (2)
تستخدم أحزمة الامان لوقاية العاملين من مخاطر السقوط من أماكن مرتفعة عند الصعود إلى أعلى التوربينة ويتم تزويد هذه الحزمة بوسيلة تثبيت بجسم العامل ووسيلة تثبيت أخرى يتم توصيلها بجسم ثابت 
- الحرص على تنظيم وترتيب العدد والأدوات بعد انتهاء العمل.

- المداومة على المحافظة على نظافة الورشة وموقع العمل ونشر الملصقات الخاصة بالسلامة والصحة المهنية في أماكن واضحة بالورشة ومكاتب العاملين كما بالشكل رقم (3)

المداومة على المحافظة على نظافة الورشة وموقع العمل ونشر الملصقات الخاصة بالسلامة والصحة المهنية في أماكن واضحة بالورشة ومكاتب العاملين

تشغيل توربينات الرياح

المفاهيم الاساسية لطاقة الرياح

- تاريخ طاقة الرياح:

استخدمت طاقة الرياح منذ آلاف السنيين في دفع المراكب على سطح الماء وطحن الحبوب والري وضخ إلى جانب بعض التطبيقات الميكانيكية األخرى وتشير المراجع العلمية إلى أن الفُ المياه رس هم أول من استخدم طاقة الرياح في طحن الحبوب وضخ المياه أما في أوربا فقد انتشرت طواحين الرياح منذ القرن الثاني عشر حتى وصل عددها في عام 1571 ميلادية إلى أكثر من 8111 طاحونة في هولندا وأكثر من 11111 طاحونة في إنجلترا، وكان الغرض الرئيسي لعملها هو ضخ المياه من المناطق المنخفضة إلي ُ مناطق الزراعات العالية أو إدارة أحجار "الرحى" لطحن حبوب القمح والذرة وغيرها ويوضح الشكل رقم (4 ) أقدم طاحونة رياح في العالم.

طاقة الرياح وتطبيقاتها المختلفة تشغيل وصيانة وتركيب توربينات الرياح
تراجع الاعتماد على طواحين الرياح بعد اختراع جيمس واط الآلة البخارية في نهاية القرن الثامن عشر، ثم عاد الاهتمام بها كأحد مصادر الطاقة النظيفة بعد ارتفاع أسعار النفط عام 1752 وظهور مشاكل بيئية ناتجة عن حرق الوقود، مما دفع بتكنولوجيا تصنيع توربينات الرياح في العشرين عاما األخيرة إلي مستوي عال من النضج تجلى في ارتفاع جودة وكفاءة التوربينات إلى جانب انخفاض تكلفة الإنتاج، وبالتالي تزايد الاعتماد عليها على الرغم من أن أول توربينة رياح لغرض توليد الطاقة الكهربائية شيدت في اسكتلندا سنة 1885 على يد جيمس بليث، إال أن استخدام توربينات الرياح لم يتم بشكل موسع حتى سنة 1751 بسبب ضعف كفائتها ومردودها الضعيف من انتاج الطاقة.

واليوم تستخدم طاقة الرياح في توليد الكهرباء عن طريق تحويل طاقة الحركة الموجودة في الرياح إلى طاقة كهربية، كما ينظر لها على أنها تكنولوجيا ناضجة، في المواقع ذات سرعات الرياح المرتفعة تكون تكلفة الإنتاج اقتصادية ومنافسة لتكنولوجيات الطاقة التقليدية، وخاصة عند أخذ التأثيرات البيئية في الاعتبار، وحساب أسعار الوقود المستخدم في المحطات الحرارية بسعر السوق ( بدون دعم حكومي)، وتسمي الماكينات التي تعمل في توليد الكهرباء توربينات الرياح بخلاف نظيرتها المستخدمة في طحن الحبوب والتي يطلق عليها طواحين الرياح.

 - منشأ الرياح:

الرياح شكل من أشكال الطاقة الشمسية (حوالي 2 % من طاقة الشمس المرسلة إلى الأرض( فضوء الشمس يسقط بكميات غير متساوية على مناطق الأرض المختلفة مما يجعل بعض أجزاء الجو أشد حرارة من فإ يصعد إلى طبقات الجو العليا ويحل ّ الأجزاء األخرى وحيث أن الهواء الدافئ أخف من الهواء البارد فانه يصعد الي طبقات الجو العليا ويحل  محله الهواء البارد ولكون سطح الأرض مكون من تضاريس مختلفة الارتفاع ومسطحات مائية مختلفة  التي ٍو لسطح الكرةٍو مما ينتج عن ذلك تسخين غير متساو تقوم بامتصاص الإشعاع الشمسي بشكل غير متساو األرضية فينشأ عنه حركة الهواء التي تتجلى على شكل الرياح كما موضح بالشكل رقم (5 )وكما أن نظرية الأواني المستطرقة كما تنطبق على حركة الماء فإنها تنطبق أيضا على حركة الهواء فكلما زاد الفرق بين مناسيب الماء زادت سرعة اندفاع الماء أيضا كلما زاد الفرق في الضغط انطلق الهواء بسرعة أكبر وتقاس هذه السرعة بالمتر/ ث.


- نسيم البر والبحر:

يتولد نسيم البر والبحر في المناطق الساحلية نتيجة االختالف السعة الحرارية للبحر والساحل فالأرض لها سعة حرارية أقل من البحر ، ولهذا فهي تسخن بسرعة خالل النهار و تفقد حرارتها بسرعة أكبر في البحر وخالل النهار يكون البحر أبرد من الأرض ، ولهذا يتولد تيار هوائي بارد على الساحل ليحل محل التيار الدافئ الخارج من الأرض المرتفع الى الاعلى ، وهذا هو نسيم البحر أما خالل الليل فينعكس تيار الهواء فجراً ليتحرك من الأرض هواء بارد يلطف حرارة البحر وهذا هو نسيم البر ، لذلك نرى أن البحارة يبحرون حيث يدفع الهواء القادم من الساحل أشرعتها باتجاه البحر والشكل (6 )يوضح نسيم البر والبحر .

نسيم البر والبحر

▪ الطاقة الكامنة في الرياح:

تحول التوربينة الطاقة الموجودة في الرياح إلى عزم دوران عن طريق الريش وتعتمد القدرة المولدة من   التوربينة (P )على كثافة الهواء () ووحدتها كجم/ م3  ( وتكون هذه القيمة صيفا حوالي 1.23 ، وشتاءا  حوالي 1.11 والقيمة القياسية لكثافة الهواء تكون 0.607 ) ومكعب سرعة الرياح 3V  بالمتر / الثانية وكفاءة تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربية أو ميكانيكية (Cp ) ومساحة سطح الدوران المعرض للرياح (A) وكفاءة التوربينة (µ ) .

وحيث أن طاقة الرياح ما هي الا طاقة حركة فإنه يمكن تقدير الطاقة الموجودة في الرياح من المعادلة  التالية
▪ الطاقة الكامنة في الرياح:

ويتم عادة التعبيرعن الطاقة المتوفرة في الرياح باستخدام العلاقة التالية :
الطاقة المتوفرة في الرياح
حيث أن قيمة P/A  تعرف بكثافة الطاقة وتقدر بالوات/ المتر المربع.

▪ الكتلة الحجمية للهواء (ρ)

طاقة الحركة في أي جسم تعتمد على وزنه وكذلك الحال في طاقة الحركة الموجودة بطاقة الرياح والتي تعتمد على كثافة الهواء وبعبارة أخرى فأنه كلما كان الهواء أثقل (كثافة عالية) كانت الطاقة المولدة أكبر والعكسّ صحيح ، ففي المناطق الباردة تكون الكثافة أعلى منها في المناطق الحارة وأيضا عند الأماكن المرتفعة عن سطح البحر يكون الضغط الجوي منخفضا فتكون الكثافة منخفضة والعكس صحيح.

والمعادلة التالية توضح تناسب الكثافة (ρ )عكسياً مع درجة الحرارة (T )وطردياً مع الضغط الجوى (B) حيث أن الكثافة المعيارية عند سطح البحر ودرجة حرارة 15 درجة مئوية تساوي 225.1 كجم/ م 3 والثابت العام للغازات (R )يساوى 287.05 جول/كجم.كلفن.
(ρ) =B/R.T


▪ معامل كفاءة تحويل طاقة الرياح (Cp) 

يقصد به كفاءة تحويل الطاقة الكامنة في الرياح إلى طاقة يمكن الاستفادة منها سواء كانت كهربائية أو ميكانيكية وقد أثبت العالم الألماني ألبرت بيتزا المتخصص في علم ديناميكا الهواء أن أقصى قيمة نظرية لهذا الثابت هي حوالي 7722 %ويعرف بحد بيتز في التوربينات ذات المحور الأفقي )أقصى طاقة يمكن استخلاصها من الرياح( أما التوربينات الرأسية فيصل هذا الثابت إلى حوالي 17 % ولكن يعوض هذا الفارق بكبر مساحة السطح والشكل رقم )5 )يوضح العلاقة بين سرعة الرياح والطاقة المولدة في حالة Cp =0.593  وفى الحالة المثالية عندما 1= CP  وأيضا في حالة التطبيقات العملية إنتاج الطاقة باستخدام توربينات الرياح كما فى الشكل رقم (7).

العلاقة بين سرعة الرياح والطاقة المولدة في حالة Cp =0.593 
والشكل رقم (8 )هو توضيح الشكل رقم (7)

اقصي كفاءه يمكن استخلاصها من الررياح


العوامل التي يتوقف عليها معامل كفاءة التحويل (Cp)


1- السرعة النسبية طرف الجناح
هي النسبة بين السرعة عند نهاية الريشة "سن الريشة Blade Tip "وسرعة الريح، والتي تزيد كلما زاد طول الريشة، وتتحدد حدودها المثلي بين 06 إلى 06 ويمكن العمل عند أقصى قيمة كفاءة التحويل (CP) وذلك بالمحافظة على تغيير سرعة طرف الريشة مع تغير سرعة دخول الرياح إما عن طريق تغيير الحمل عمليا لما يحتاج إليه من تعقيد في التصميم ً أو تغيير زاوية الخطوة للريشة، ولكن ذلك يصعب تطبيقه لما يحتاج اليه من تعقيد في التصميم وارتفاع التكاليف.

2- كفاءة تصميم الريشة
تعتمد قيمة معامل كفاءة التحويل (CP(على تصميم الريشة وشكلها الانسيابي ويتضح ذلك من خالل تنوع تصميم العضو الدوار والشكل رقم )7 )يبين التغيرات التي تحدث على سرعة الرياح وطاقة الحركة الكامنة في الرياح بعد الاصطدام ريش التربينة.

▪ سرعة الرياح والعوامل المؤثرة في إنتاج الطاقة:

▪ سرعة الرياح والعوامل المؤثرة في إنتاج الطاقة:

تعتبر سرعة الرياح أهم عامل في معادلة الطاقة ويتأثر إنتاج توربينات الرياح تأثرا مباشرا بسرعة الرياح حيث تتناسب الطاقة المنتجة تناسباً طردياً مع مكعب السرعة، ولبيان هذه العالقة نضرب المثال التالي، إذا كانت سرعة الريح 7 متر/ثانية فإن الطاقة الناتجة تعادل تقريبا 137 وحدة طاقة، فإذا ارتفعت السرعة وأصبحت 6 متر/ثانية فإن الطاقة الناتجة تزيد إلي 316 وحدة طاقة ويبين هذا المثال البسيط كيف أن ارتفاع سرعة الرياح بمقدار 1 متر/ثانية أدي إلي زيادة كبيرة في الطاقة المنتجة، أيضا تتأثر الطاقة المنتجة من التوربينات بعوامل أخرى منها كثافة الهواء وارتفاع البرج ومساحة سطح الدوران وتأثير التوربينات على بعضها البعض" Effect Wake ،" إال أن التأثير المباشر يكون مع سرعة الرياح وبالتالي تنعكس سرعة

الرياح مع تكلفة التوربينة كما هو موضح بالشكل رقم )11 )ويبين الشكل سعر الطاقة المنتجة من الرياح ومدى تناسبها مع المتوسط السنوي لسرعة الرياح حيث يمثل المحور الأفقي المتوسط السنوي لسرعة الرياح )متر/ثانية( ويمثل المحور الرأسي سعر الكهرباء المنتجة )دوالر أمريكي لكل كيلو وات ساعة( ومعادلة الطاقة كما يلي:-




- حصر مصادر طاقة الرياح:

إن تحليل مناخ الرياح وتحديد المواقع المثلى لتوربينات الرياح وموارد طاقتها يتطلبان بيانات دقيقة ولمدة طويلة قد تصل إلى عشر سنوات، بالإضافة إلى معرفة تفصيلية طبيعة سطح الأرض والتضاريس وخشونة سطح الأرض والعوائق، المحيطة بنقطة قياس الرياح وفيما يلي عرض مختصر للمفاهيم األساسية للدراسة الطبقة المجاورة لسطح الأرض، بما في ذلك تغير الرياح مع الارتفاع ويبين الشكل رقم )11 )مدى تغير

سرعة الرياح مع الارتفاع عن سطح الأرض في طبقات الجو الدنيا مع عدم تغيرها في طبقات الجو العليا وهذا التغير في طبقات الجو ناتج عن خشونة سطح الأرض والعوائق والتضاريس.

- حصر مصادر طاقة الرياح:

- خشونة سطح الارض:

المقصود بـ خشونة سطح الأرض هو نوعية الأرض مثل البحار والمحيطات والوديان والمناطق الرملية والزراعية والمدن وكل سطح له تأثير مختلف على سرعة الرياح ويعبر عن كل سطح بطول معامل الخشونة بالمتر)zo (وهو يعرف بأنه الطول بالمتر الذي تكون سرعة الرياح عنده مساوية للصفر كما بالشكل رقم لطبيعة سطح الأرض وهو يكون أعلى ما يكون في الغابات الكثيفة)13 )ويختلف معامل الخشونة وفقاً

حيث يصل ذلك المعامل إلى 1 متر أما أقل نسبة لهذا المعامل فهي في المسطحات المائية ويكون في حدود 121113 متر.



- العوائـــق:

شديدا على سرعة الرياح، لذا يجب أن يكون برج القياس بعيدا بقدر ً العوائق من العوامل المؤثرة تأثيرا

المكان عن العوائق لتلافي تأثيرها مثل مبنى سكني تتأثر الرياح بشكل كبير بوجود ذلك العائق ويمتد أثر ذلك العائق رأسيا إلى ثالثة أمثال ارتفاع العائق تقريبا، وإلى ثلاثين أو أربعين مثال من ارتفاع العائق أفقيا فإذا كان موقع محطة القياس ضمن هذا الحيز فمن الضروري أن يحسب أثر هذا العائق. - التضاريس:

تغير ارتفاعات سطح االرض حول الموقع من العوامل المؤثرة على سرعة واتجاه الرياح وقد يكون هذا التأثير موجبا أو سالبا حيث أن نسبة الزيادة في السرعة تصل إلى 81 % والتناقص في السرعة يتراوح من .%41 إلى% 31

ويبين الشكل رقم )12 )سريان الرياح قبل وفوق المرتفع حيث 2L هو قطر المرتفع وهو الارتفاع الذي يحدث عنده أقصى تزايد في سرعة الرياح ويتم حساب قيمة H وفق معادلات رياضية معلومة.

▪ قياس سرعة الرياح:

ويستخدم لذلك مقياس الرياح )الأنيمومتر( ذو الأكواب وهو جهاز مكون من 2 أو 4 ريش بكل ريشة كوب بحجم فنجان الشاي تقريبا ويعرف مقياس الرياح تدور على محاور رأسه قد يتصل هذا الجهاز بعداد لقياس عدد اللفات في فترة زمنية محددة ومن الجداول الخاصة المرفقة بالجهاز يمكن تحديد السرعة، أو قد يتصل الجهاز بقياس مدرج داخل محطة الرصد يعطى مؤشرا لسرعة الرياح.

ومن المعروف مدى تأثير المتوسط السنوي لسرعة الرياح على الطاقة المولدة من الرياح وبالتالي على دراسات الجدوى الأمر الذي يستلزم تحرى الدقة في قياسات طاقة الرياح وأيضا أماكن وضع أبراج القياس وارتفاعاتها بحيث تكون بعيدة عن العوائق وعلى ارتفاع كبير من سطح الأرض ويفضل أن يكون نفس ارتفاع التوربينة مساو لارتفاع برج القياس.

▪ قياس اتجاه الرياح:

يمكن بالعين المجردة تحديد الاتجاه عن طريق مشاهدة تصاعد أدخنة المصانع وحركة العالم وقد كان يستدل على اتجاه الرياح قديما بما لحظة اتجاه انحناء الأشجار فيكون اتجاه الرياح الأعظم هو الإتجاه المعاكس الاتجاه الانحناء كما بالشكل رقم )14 -أ( .


وتطورت وسائل تحديد اتجاه الرياح كما بالشكل رقم )14 -ب( حيث يستدل باتجاه رفرفة العالم على معرفة اتجاه هبوب الرياح.



تستخدم وعمليا دوارة الرياح في تحديد اتجاه الرياح وذلك لتوجيه التوربينة ناحية الاتجاه السليم لهبوب ً

الرياح وكذلك تستخدم في أبراج القياس لتحديد اتجاهات الرياح المختلفة تمهيدا لتحليل هذه البيانات لمعرفة اتجاهات الرياح بالموقع وعمل إحصائيات لتحديد الاتجاه السائد للرياح وكذلك توزيع السرعات المقاسة على الاتجاهات المختلفة، ويؤخذ هذا في الاعتبار عند تحليل البيانات وتخطيط مزارع الرياح أن تكون الأجهزة


المستخدمة في قياسات الرياح على درجة عالية من الدقة إلى أنه في الأرصاد الجوية تقاس الرياح ليس بغرض الطاقة ولكن لأغراض أخرى مثل التوقعات الجوية، لذلك يكون استخدام هذه البيانات في حصر مصادر الرياح بصفة استرشادية فقط لحصر المناطق الغنية بالرياح وبداية لعمل قياسات دقيقة كما بالشكل رقم )17.)



▪ أبراج القياس:

أنسب الطرق لقياس سرعة الرياح في موقع ما هو وضع الأنيمومتر أعلي برج القياس حتى ال يتأثر الأنيمومتر بالبرج، ويفضل أن يكون ارتفاع البرج نفس ارتفاع التوربينة المزمع تركيبها والشكل رقم )16 ) يبين تركيب برج القياس.


- تحليل بيانات الرياح:

بعد تجميع بيانات الرياح لمدة عام كامل على الأقل يتم تحليل البيانات ويستنتج منها ما يلي:- - رسم وردة الرياح وفقا اتجاهات الرياح حيث يتم تصنيف سرعة الرياح واتجاهاتها وذلك لمعرفة اتجاهات سرعات الرياح السائدة بالموقع وذلك للحاجة إليها عند ترتيب صفوف التوربينات عند الإنشاء ويتضح من الشكل رقم )15 )أن سرعات الرياح السائدة تهب من اتجاه الشمال الغربي.


- حساب المتوسط السنوي لسرعة الرياح.

- حساب تغير سرعة الرياح خلال ساعات اليوم موسميا وسنويا.

- حساب المتوسطات الشهرية سرعة الرياح واتجاه ودرجة الحرارة والضغط الجوى. - حساب التوزيع التكراري لمعاملات الرياح خالل العام.



▪ طبيعة الرياح في مصر:

تسود الرياح الشمالية في مصر وخاصة في الساحل الشمالي وشمال الدلتا والبحر األحمر وتشكل نسبة 46 %من الرياح السائدة طوال العام وتكون شمالية غربية شتاءا وأقرب إلى الشمالية في الربيع والخريف، وتمثل الرياح الشمالية في جنوب الدلتا حوالي 23 ، %وفى فصل الخريف والشتاء تزداد نسبة الرياح الشمالية الشرقية.

أما رياح الخماسين فتهب على مصر في فصل الربيع من جهة الجنوب والجنوب الغربي وهي رياح شديدة محملة بالأتربة تهب على فترات متقاربة من أواخر شهر مارس إلى أوائل شهر مايو وهي رياح تتسم بكونها عواصف رملية حيث يالحظ ذلك في الأماكن المكشوفة وخاصة بالبحر األحمر ومنطقة خليج السويس.


لذا تتميز مصر بالعديد من المناطق ذات سرعات الرياح العالية، ومن أهم هذه المناطق تلك الواقعة على ساحل البحر األحمر وخليج السويس مثل الزعفرانة وخليج الزيت، وبصفة عامة تكون سرعات الرياح في شهور الصيف أعلى منها في شهور الشتاء في تلك المناطق، ويصل المتوسط السنوي لسرعة الرياح بالزعفرانة حوالي 7 متر/ثانية على ارتفاع 37 متر، في حين أنها تصل إلى 11 متر/ثانية في خليج الزيت عند نفس الارتفاع كما في الشكل رقم )18 )باللون األحمر.

في مارس 3112 صدر أطلس رياح تفصيلي لخليج السويس بالتعاون مع الجهات الدولية كما هو موضح بالشكل رقم )18 ، )وفي فبراير 3116 صدر أطلس رياح جمهورية مصر العربية، ونظرا لتمتع مصر بالعديد من المناطق ذات سرعات الرياح العالية ساهمت العديد من الجهات الدولية مع مصر في إنشاء مشروعات رياح لتوليد الكهرباء وربطها على الشبكة الموحدة ومن المتوقع إنتاج نحو 13 %من الطاقة الكهربية بحلول عام 3131 من الطاقة المتجددة.

المفاهيم األساسية لتوربينات الرياح

- استخدام توربينات الرياح في إنتاج الكهرباء:

كان أول من استخدم توربينات الرياح في توليد الكهرباء هو جيمس بالليث الاسكتلندي في يوليو عام 1885م كما هو موضح بالشكل رقم )17 ،)حيث تم استخدام الكهرباء المنتجة من التوربينة التى أنشأها فى شحن


البطارية الخاصة بمنزله وبعد بضعة أشهر بنى المخترع الأمريكي تشارلز وهو أول توربينة رياح تعمل تلقائيا إنتاج الكهرباء في كليفلاند بولاية أوهايو الأمريكية ولكنها لم تستغل االس تغالل الأمثل بسبب توافر مصادر الطاقة التقليدية األخرى كمصدر رئيسي لإنتاج الطاقة الكهربية.



وفي بداية السبعينات من القرن الماضي عندما نشأت أزمة البترول بدأت مجموعات علمية في مناطق متعددة من العالم بالتفكير الجدي في استغلال طاقة الرياح لإنتاج الكهرباء، مما استلزم عمل مسح عام لطاقة الرياح المتاحة في مناطق مختلفة من العالم ومن أشهر هذه الدراسات أطلس طاقة الرياح للواليات المتحدة الأمريكية الذي أنجزته معامل شمال غرب المحيط الهادي في الولايات المتحدة، و أطلس رياح الدنمارك الوطنية في الدنمارك وقد نشر هذا الطيلسان في عام 1781 فضال عن كثير من الذي وضعته معامل ريزو للدراسات

الصغيرة األخرى والتي عنيت بتحديد مواقع الاستفادة من طاقة الرياح مثل الأطلس المنشور عن كندا عام 1784 ، وعن هولندا عام 1786 ، وأطلس الرياح الأوروبي عام 1787 ، وعن مصر أطلس رياح خليج السويس عام 1776.

- تعريف توربينات الرياح الصغيرة:

تعرف توربينات الصغيرة في الأسواق على أنها التوربينات التي تتراوح قدراتها من 6 وات وحتى 211 ك وات حيث تعرف التوربينات الصغيرة بأنها تلك التي تنتج كمية صغيرة من الكهرباء تكفي لتشغيل الأجهزة المنزلية كما تم تعرفها اللجنة الكهروتقنية الدولية في المواصفة التي أصدرتها بأنها تلك التوربينات التي يقل


أي أن قدرة التوربينة الواحدة تصل إلى 71 ك.وات وقد أطلقت بعض

3 مساحة سطحها ريشها عن 311 م


الدول تعريفات خاصة بها فهناك من يعرفها بأن قدرتها تتراوح من 17 إلى 111 ك.وات. - اختيار مواقع مزارع الرياح:

24

بعد أن وصلت توربينات الرياح إلى مرحلة معقولة من التطور والنضج التقني أصبح من الواجب على أصحاب مشروعات الرياح أن يختاروا المواقع المناسبة لإنشاء محطات الرياح و اختيار موقع المحطة عدة شروط يجب التأكد من استيفائها، وبيانها كالتالي:

1- يجب أن يكون الموقع ذو سرعات رياح عالية، ومناسبة لنوع التوربينة المستخدمة . 2- يجب أن يكون الموقع في الخالء وال تحيط به عوائق عالية حتى ال تعوق حركة الرياح . 3- يجب أن يكون الموقع قريبا من خطوط الشبكة الكهربية في حالة ما إذا كانت الكهرباء المولدة سيتم

ضخها في الشبكة الكهربية وفي حالة الأماكن المعزولة يجب أن يكون موقع المحطة قريبا من موقع األعمال.

4- يجب أن يكون سعر أرض الموقع معقول حتى ال يؤثر ذلك سلبا على اقتصاديات المشروع . 5- يجب أن يكون الموقع قريباً قدر الإمكان للمرافق حتى يستطيع القائمون على المشروع تنفيذه بدون عوائق وحتى ال يتحمل المشروع تكلفة البنية األساسية.

- تصميم و تخطيط مزارع الرياح:

تعتبر هذه الخطوة من أهم الخطوات التي يترتب عليها نجاح المشروع أو فشله، حيث يتم وضع تصميم أماكن التوربينات في المساحة المحددة للمشروع على أن تتكون من عدة صفوف تكون عمودية على اتجاه الغالب للرياح في المنطقة، كما يجب مراعاة وضع التوربينات بحيث تبعد عن بعضها بعضا بمسافات ال

يجب اإل قلل منها، بحيث ال تقل المسافة بين كل توربينة وأخرى في نفس الصف ثالثة أضعاف قطر العضو الدوار بالتوربينة إلى خمسة أضعاف كما هو واضح بالشكل رقم )31 )وكذلك ال تقل المسافة بين كل صف وآخر من خمسة أضعاف قطر العضو الدوار بالتوربينة إلى تسعة أضعاف فمن المهم تحقيق المعادلة الصعبة باختيار أماكن التوربينات أخذا في الاعتبار أقصى طاقة يمكن إنتاجها من المحطة و اسعار الكابلات الكهربية والطرق الداخلية في المحطة لتجنب الفقد الكبير في الطاقة الناتج عن التأثير المتبادل بين التوربينات وإلا لن تعمل مزرعة الرياح بشكل اقتصادي منذ البداية.

يعَّبر عن ذلك الفقد فى الطاقة الناتج عن التأثير المتبادل بين التوربينات بالمردود الأيروديناميكي للمزرعة والذي يع ّرف بأنه الطاقة المنتجة من كامل المزرعة كنسبة من مجموع معدل الطاقة المنتجة التي يمكن أن تنتج فيما لو كانت التوربينات تعمل بشكل مستقل كالً على حدة بدون تداخل ويكون أقل من 111 %كما يتم تحديد المسافات بين التوربينات وبعضها البعض للأسباب التالية:

- تحقيق الاستفادة القصوى من الطاقة المستخلصة من الرياح وحتى ال تتأثر التوربينات بالصفوف الخلفية كثيرا.

- تالفي الضوضاء الناتجة عن دوران ريش التوربينات والحد من خفقان التظليل ) اللماعية ( الناتج عن سقوط أشعة الشمس على ريش التربينة أثناء الدوران.


- كمعامل أمان تجنباً لوقوع أي حوادث عند حدوث كسر ريش التربينة.



- مساحة سطح الدوران في التوربينة:

تعبر مساحة سطح الدوران عن المساحة الناشئة عن دوران الريش والتي تتحدد بطول الريشة فكلما زادت أطوال الريش كلما زادت مساحة سطح الدوران، وبالتالي حجم الهواء الذي يضرب مستوي الدوران، ويطلق أيضا على مساحة سطح الدوران قطر التوربينة ومساحة سطح الدوران في التوربينة تحسب من العالقة


حيث D هو قطر العضو الدوار بالتوربينة ، π تساوى 2214 كما هو موضح بالشكل رقم

2

A=π D /4


)31 )وتتناسب مقدار الطاقة التي يمكن الحصول عليها من التوربينة مع مساحة العضو الدوار التي بدورها تتناسب مع مربع القطر.


الشكل رقم )33 )يبين قدرة التوربينة والقطر المناظر.



- تقدير الطاقة المولدة من التوربينة:

سنويا يلزم معرفة منحنى أداء التوربينة )Curve Power )وهو يمثل ً لتقدير الطاقة المنتجة من التوربينة

العالقة بين سرعة الرياح والقدرة المنتجة بالكيلو وات كما بالشكل رقم )32 )حيث تبدأ التوربينة في التوليد عند قيمة محددة لسرعة الرياح تسمى سرعة الدخول )ارتباط التوربينة بالشبكة الكهربية( أو نقطة القطع

) In Cut (عند حوالي 2 م/ث كما أن التوربينة ال تدور بسرعة النهائية مع زيادة شدة الرياح فعندما تصل سرعة الرياح إلى 37 م/ث لمدة عشر دقائق متواصلة فإن التوربينة تتوقف عن العمل وذلك للمحافظة على التوربينة من خطورة الرياح الشديدة وتسمى هذه السرعة بسرعة الفصل (Out Cut (والمنطقة التي تسبق سرعة الفصل هي المنطقة التي تثبت فيها قيمة التوليد مهما زادت سرعة الرياح .






ويعطى منحنى القدرة الفعلي للتوربينة قراءة دقيقة أدائها خلال فترة التشغيل مقارنة بالمنحنى النظري المعطى من قبل الشركة المصنعة للتوربينة وذلك لوجود عوامل قد تؤدى إلى انخفاض إنتاجها مثل تراكم الأتربة على سطح الريش وهو ما يستلزم غسيل الريش بصفة دورية للمحافظة على منحنى القدرة لها وبالتالي على الإنتاج السنوي لها وقد يسبب تراكم الجليد على سطح الريش في المناطق الباردة انخفاضا في منحنى القدرة لها حيث يتم تزويد الريش بمصدر حراري إذابة الجليد المتراكم.

فكرة عمل توربينات الرياح

تتلخص فكرة إنتاج الطاقة الكهربية من توربينات الرياح حيث تعمل الطاقة الحركية للرياح على إدارة الريش المثبتة على التوربينة، حيث نجد أن ريش التوربينة مثبتة علي صُرة ترتكز على عمود الدوران الرئيسي الموصل بصندوق سرعات يتولى رفع سرعة الدوران، ثم تنتقل الحركة إلى عمود الدوران السريع فيقطع

بدورانه مجال مغناطيس داخل مولد، مما يؤدي إلى توليد الكهرباء. وبالتالي يمكننا الاعتماد على توربينة رياح صغيرة إنارة منزل أو مدرسة أما إذا ارتفعت سرعة الرياح فإن الفرامل تمنع الريش من الدوران َعرف السرعة العالية في مخافة أن يؤدي دورانها بسرعة عالية إلى تحطمها وتكسير الجزاء الّدوارة، وتُ

التوربينة بأنها الأعلى من 37 متر/ثانية وضمان توجيه ريش التوربينات نحو اتجاه الريح، يوجد نظام توجيه خاص بالتوربينة يعمل على توجيه التوربينة في اتجاه الرياح، وتوجد توربينات رياح تستخدم نظام توجيه واحد يمين و يسار والشكل رقم )34 )يوضح مكونات التوربينة.



تختلف قدرات التوربينات حسب تصميمها فمثلا توجد توربينة قدرة 211 كيلو وات، و لتوضيح معني "قدرة التوربينة" فسوف نضرب المثال التالي، إذا أضأنا عشرة لمبات قدرة الواحدة 111 وات فإننا نحصل علي 1111 وات أي واحد كيلووات، وهو ما يعني أن التوربينة الـ 211 كيلو وات تكفي لإضاءة 2111 لمبة قدرة الواحدة 111 كيلووات، وقد بلغت قدرات التوربينات في الوقت الراهن حوالي 7111 كيلووات إال أن استخدامها مازال على نطاق ضيق.




يطلق على توربينات الرياح التي تعمل في مكان واحد اسم مزرعة رياح ، وفي مصر يوجد العديد من هذه المزارع التي تختلف قدراتها وطرازاتها، وتعد منطقة الزعفرانة بالبحر األحمر أحد أهم المناطق التي تضم العديد من مزارع الرياح والمتوقع أن تستوعب مزارع أخرى. ونظرا للتأثير المهم لسرعة الرياح على الطاقة المتولدة فإن بعضا من هذه المزارع تقام داخل المياه ويطلق عليها المزارع البحرية، أما تلك التي تقام على اليابسة فتسمي المزارع الشاطئية.

تصنيف توربينات الرياح

يعتمد تصنيف توربينات الرياح على عدة اعتبارات منها محور الدوران وعدد الريش ) الشفرات( وطبيعة وتصنيفات اخرى نستعرضها الحقا والغرض من الاستخدام ونظام التشغيل سواء تم ربط ً استقبالها للرياح

التوربينة بالشبكة الكهربية أو تم تشغيلها في المناطق المعزولة عن الشبكة وآيا كان التصنيف فإن الغرض األساسي في استخدام توربينات الرياح هو تحويل الطاقة الكامنة في الرياح إلى طاقة ميكانيكية أو كهربية ويتم التصنيف كما يلي :-

 حسب محور الدوران:

▪ توربينات الرياح الأفقية المحور.

تصنف توربينات الرياح بالنسبة لمحور الدوران إلي نوعين هما توربينات أفقية المحور وتربينات رأسية المحور والتوربينات الأفقية المحور هي التي يكون محور دورانها موازيا لسطح الأرض ويمكن وضعها إما في مواجهة أو عكس اتجاه الريح وتتميز التوربينات التي توضع في مواجهة الريح "Wind Up" تأثرها بالرياح بشكل مباشر وهذا النوع من التوربينات هو الشائع الاستخدام، أما التوربينات رأسية المحور فهي التي يكون محور دورانها عمودي على سطح الأرض، ويمكن استخدام كال النوعين في توليد الكهرباء وإن كانت التوربينات الرأسية المحور غالبا ما تستخدم في الأغراض الميكانيكية مثل ضخ المياه وحاليا تستخدم توربينات الرياح الأفقية المحور ثالث ريش كما هو موضح بالشكل )37 -أ( علماً بأن بدايات هذا النوع ترجع إلي التوربينة ذات الريشة الواحدة ثم تطورت إلي ريشتين، ويرجع سبب انتشار استخدام الثالث ريش إلي أن توزيع وتوازن الأحمال على محور الدوران يكون أفضل من استخدام ريشة واحدة أو ريشتين، ويعد حساب الأحمال الواقعة على محور الدوران أمرا بالغ الأهمية وتوجد توربينات متعددة الريش إال أنها غالبا ما تستخدم في ضخ المياه وقد تطورت قدرات التوربينات الأفقية المحور مع مرور الوقت، ففي مصر استخدمت توربينات ذات قدرات 111 و211 كيلوات في المزارع التجريبية التي أنشئت بالغردقة في التسعينات، ثم تطور الأمر تستخدم توربينات ذات قدرات أكبر بمزارع الزعفرانة، وتستخدم التوربينات الأفقية المحور في توليد الكهرباء.


- توربينات الرياح الرأسية المحور.

توربينات الرياح العمودية المحور لها محور دوران عمودي يختلف عن التوربينات الأفقية المحور لكونها تستغل الرياح في كافٍة الاتجاهات دون الحاجة إلى إعادة تنظيم الجزء الدوار عندما يتغير اتجاه الرياح ولها ريش )شفرات( منحنية متصلة من أحد جوانبها بالجزء العلوي من عمود الدوران ، بينما يتصل الجانب الآخر بالجزء السفلي لعمود الدوران ويكون على شكل منحنى يشبه حبل القفز أو شكل خفاقة

البيض )مضرب البيض(، كما هو الحال في توربينة داريوس وتنسب هذه التوربينة إلى المهندس الفرنسي "جورج داريوس والذي ابتكرها عام 1721 كما بالشكل رقم )37 -ب( وغالبا ما يزيد عدد الريش عن ثالثة، والتي عادة ما تستخدم في التطبيقات الميكانيكية مثل ضخ المياه، ويتميز هذا النوع من التوربينات بسهولة عمليات التشغيل والصيانة مقارنة بالتوربينات الأفقية المحور.


وهذا الشكل ُك ْف ء و مالئم لتحمل القوة الطاردة المسلطة على الريش ومع هذا فإن هيئة الريشة المنحنية ت ّسبب مشاكل في التصنيع والنقل والنصب ولتخطي هذه المصاعب تم اقتراح أنواع عديدة من الحلول منها ريش على شكل حرف (H (أو حرف (V (كما بالشكل رقم )36 )وتعتمد فكرة عملها ببساطة على دفع الرياح

للريش ومن ثم يدور العمود الرأسي المقترن بالمولد الموجود بأسفل التوربينة فينتج الكهرباء.  حسب عدد الريش ) الشفرات(.

- أحادية الريشة:

يتميز هذا النوع بسرعة دوران الدوار العالية مما يقلل من نسبة رفع السرعة الدورانية ويحتاج هذا النوع إلى وضع

نسبياً ثقل في الجهة المقابلة للجناح لعمل اتزان في حالة الدوران وتصدر عن هذا النوع ضوضاء عالية مقارنة بالأنواع الأخرى وغالبية هذا النوع ذات قدرات صغيرة، وتستخدم عادة كأنظمة منفردة في ً

المناطق البعيدة عن الشبكة الكهربية.


- ثنائية الريشة:

يتميز هذا النوع بقلة تكلفة العضو الدوار وخفة وزنه وسرعة دورانه العالية مما يقلل من نسبة رفع السرعة الدورانية وبالتالي يقلل من تكلفة صندوق التروس ، كما يتميز بسهولة تركيب الريش ) الشفرات( إذ يمكن تركيبها وهي على الأرض ولكن من عيوب هذا النوع زيادة الحمل على التوربينة نتيجة ارتفاع سرعة الدوران وارتفاع نسبة الضوضاء الصادرة عنها.

- الهيئة الريشة:

لما يتميز به من اتزان العضو الدوار وانخفاض نسبة الضوضاء وهذا النوع هو الشائع الاستخدام نظراً

الصادرة عنه وانخفاض الحمل الناتج من دوران العضو الدوار والأنواع الثالثة موضحة بالشكل رقم .)35(



- متعددة الريش:

يتميز هذا النوع بمقدار العزوم العالية والسرعة البطيئة والقدرات المحدودة، لذا تستخدم طاقة الدوران في التطبيقات الميكانيكية لضخ المياه في المزارع بالمناطق الصحراوية والمناطق المعزولة عن الشبكة الكهربية كما هو موضح بالشكل رقم )38.)


 حسب زاوية مواجهة الرياح للريشة )زاوية الخطوة(:

يمكن لتوربينات الرياح أن تعمل عند سرعة ثابتة أو متغيرة في توربينات السرعة الثابتة استخدمت منذ نشأة التوربينات واستمرت إلى نهاية التسعينات وتزود بمولد يربط بالشبكة مباشرة مع استخدام بادئ سرعة لتقليل استهلاك القدرة غير الفعالة أما توربينات السرعة المتغيرة فمنذ بداية هذا العقد بدأ التخطيط والعمل على إنشاء مزارع الرياح ذات السرعة المتغيرة ويمثل مفهوم هذا التوجه إلى استخدام التوربينات ذات التقنيات فهي مصممة إنجاز أقصى استفادة ممكنة من الرياح وعلى مدى واسع من سرعات متغيرة وهذا المفهوم يعطي إمكانية للتوربينة للتكيف مع سرعة الرياح ) تسارع أو تباطؤ( والنظام الكهربي لهذه التوربينات يزود عادة بمولد تزامنى يرتبط بالشبكة من خالل مبدل قدرة الكتروني و التوربينية ذات السرعة المتغيرة تحقق زيادة في استخلاص الطاقة من الرياح وتحسين الجودة الكهربية وتقلل الاجهادات الميكانيكية على التوربينة

ومن مساوئها الفاقد الحاصل من جراء استخدام الكترونيات القدرة واستعمال مكونات أكثر يضيف كلفة أكثر. ويعتبر إدخال التوربينات ذات السرعة المتغيرة في مزارع الرياح الكبيرة وربطها بالشبكات الكهربية زاد من عدد أنواع المولدات المستخدمة وأيضا قدم هذا النظام حرية الخيار باستخدام مزيج من أنواع المولدات والمبدلات اإللكترونية.

▪ زاوية الخطوة الثابتة:

استخداما ويتم تثبيت الريشة ) الشفرة( زاوية طبقا لتصميم الريشة ً يعتبر هذا النوع الأكثر والأسهل

الديناميكي الهوائي ويبين الشكل رقم )37 )مقارنة بين منحنى القدرة لكال النوعين السابقين، إذ يمثل المحور الأفقي سرعة الرياح م/ث ويمثل المحور الرأسي القدرة بالكيلو وات.

▪ زاوية الخطوة المتغيرة:

ويتميز هذا النوع بالاستفادة الكاملة من سرعات الرياح المتاحة ، لهذا يحتاج هذا النوع إلى تصميم خاص للتحكم في هذه الزاوية مما يزيد من التكلفة.

 حسب وضع الريش بالنسبة لاتجاه الرياح:

▪ ريش أمامية:

حيث تكون الريش في مقدمة حاوية الأجزاء الدوارة ) الناسيل( فيكون تأثير الرياح مباشرة عليها وهذا ا . ً النوع هو األكثر استخدام في الوقت الحاضر

▪ ريش خلفية:

حيث تكون الريش في مؤخرة الناس مما يؤثر على خواص الرياح المؤثرة على الريش كما في الشكل رقم )21 )وهذا النوع قليل جداً في سوق توربينات الرياح.


 حسب الاتصال بالشبكة الكهربية:

▪ متصلة بالشبكة:

وهذا النوع هو الشائع الاستخدام لما له من مميزات، إذ أنه يمكن توصيل أي عدد من التوربينات بالشبكة حيث أنه هو الأساس حاليا الطاقة الكهربية كما في الشكل ً الكهربية في استخدام توربينات الرياح في إنتاج

رقم )21.)



▪ منفردة:

هذا النوع ذو قدرات صغيرة ومحدودة، ويستخدم بجانب مصدر توليد كهربائي آخر (النظام المختلط) فةي المناطق المعزولة عن الشبكة الكهربية وذلك بغرض الحصول على مصدر للكهرباء كما في الشكل رقم .)23(


 حسب نوع المولد:

▪ مولد حةي:

يتميز هذا النوع بسهولة ربطها بالشبكة الكهربية وإن كان له تأثير واضح على انخفاض معامل القدرة بالشبكة الكهربية حيث يتم إثارة ملفات القدرة غير الفعالة من الشبكة ويتم تقليل سحب القادرة غير الفعالية من الشبكة عن طريق توصيل مجموعة من المكثفات توصل على التوازي مع المولد لتوليد جزء مدن تلدك

القدرة، وال يبدأ في توليد طاقة كهربية إال عند سرعة معينة تسمى بسرعة التوليد، لذا تحتاج التوربينات التي تستخدم هذا النوع من المولدات إلى صندوق تدرس حتى يرفع سرعة دوران العضو الدوار إلى سرعة التوليد

▪ مولد تزامني:

يتميز هذا النوع بإمكانية التوليد عند السرعات الدورانية المختلفة مما يؤدي إلى عدم الحاجة إلى صندوق تروس وبالرغم من أن هذا يقلل من تكلفة التصنيع إال أنه يحتاج إلى أجزاء إلكترونية إضافية لتوافق خصائص التوليد (جهد وتردد) مع خصائص الشبكة الكهربية وتحتاج هذه الأجزاء اإللكترونية إلى صيانة دورية للمحافظة عليها وخاصة

 حسب مكان التركيب:

▪ توربينات أرضية:

وهى التي يتم تركيبها على اليابسة سواء أكانت زراعية أو صحراوية وهى تشكل الغالبية العظمى من حيث مكان التركيب والشكل رقم )22 )يوضح هذا النوع من التوربينات.


▪ توربينات بحرية :

الرياح البحرية تميل للتدفق بسرعة وقوة أكبر من الرياح على اليابسة، ذلك ألن خشونة سطح البحر أقل منها عند اليابسة لعدم وجود عوائق أو مصدات تعوق سريان الرياح وعوائق هبوب الرياح أقل وبالتالي فإن ذلك يسمح للتوربينات بتوليد طاقة كهربية بشكل أكبر ويتم تركيب التوربينات على ساحل البحر أو داخل المياه الضحلة وذلك بسبب القيود المفروضة على المواقع المناسبة على اليابسة بسبب الكثافة السكانية والتطورات المتلاحقة والشكل رقم )24 )يبين هذا النوع من التوربينات ومن مميزات التوربينات البحرية انخفاض نسبة الضجيج الصوتي حيث أن التوربينات خالل عملها تحدث صوت مزعج والذي يؤدي إلى التسبب بمشاكل للناس الذين يسكنون في المناطق المجاورة للتوربينات، ، لذلك تواجد التوربينات في البحر يخفف من تأثير هذه المشكلة سواء على الإنسان أو الحيوانات التي تعيش في المناطق المجاورة.

مكونات توربينة الرياح

تتكون التوربينة من الأجزاء التالية كما هو موضح بالشكل رقم )27:)

1 - العضو الدوار.

3 - حاوية الأجزاء الدوارة )الناسيل(.

2 - البرج.

4 - لوحة التحكم.

7 - القاعدة الخرسانية.

وفيما يلي تفصيل الجزاء التوربينة المختلفة:


- العضو الدوار:

يتكون العضو الدوار من ثالثة أجزاء رئيسية كما هو واضح بالشكل رقم )26:)

1 - الريش ) الشفرات( 3 -الصرة 2 -غطاء الصرة.

41

▪ الريش ) الشفرات(:

الغرض من استخدام الريش هو تحويل الطاقة الحركية للرياح إلى عزم دوران ميكانيكي يؤدي إلى دوران بقية الأجزاء الدوارة وقد أستخدم الخشب قديما في تصنيع الريش وما يزال يستخدم في بعض التوربينات ذات القدرات المحدودة ثم استبدل الخشب بالحديد الصلب ولكن نظرا إلى ثقل وزنه وتكلفته العالية وكذلك

نظرا لخواصها ً تأثيره على الإشارات الخاصة بالإذاعة والتلفاز أصبحت تستخدم الآن الألياف الزجاجية الثابتة على مدى عمر التوربينة وخفة وزنها بينما يصنع جذر الريشة من الصلب.

▪ الصرة:

عادة ما تصنع من الحديد الزهر أو الصلب، ويثبت بها فلنشات يتم ربطها بمسامير تثبيت الريش ) الشفرات( وكذلك فلنشة رئيسية لتثبيتها بمحور الدوران الرئيسي كما في الشكل السابق والغرض منها هو نقل القوة والعزم من الريش إلى محور الدوران الرئيسي.

والصرة دائماً ما تكون مجوفة حيث يستخدم هذا التجويف في التوربينات ذات الريش المتغيرة الزاوية لوضع منظومة تغيير الزاوية داخلها أما في التوربينات ذات الزاوية الثابتة فهي تستخدم لوضع المنظومة الخاصة بالفرامل )المكابح( الهوائية بداخله وفي بعض التوربينات يستخدم لتثبيت مجسات قياس سرعة الرياح.

▪ غطاء الصرة :

ويصنع عادة من الألياف الزجاجية، ويستخدم لتغطية الصرة بحيث يساعد على سهولة انسياب الرياح على سطح الريش )الشفرات( وحماية الأجزاء الموجودة بداخله من الأتربة والرمال والأمطار وإعطاء منظر جمالي مقبول للتوربينة.


- حاوية الأجزاء الدوارة )الناسيل( وأهم محتوياتها:

وتصنع من ألواح من الصلب والألياف الزجاجية، وتحتوي على الأجزاء الآتية كما بالشكل رقم )25: )

1- قاعدة حاوية الأجزاء الدوارة ) الناسيل(.

2- محور الدوران الرئيسي ) عمود السرعة البطيئة(.

3- صندوق التروس.

4- المكابح الميكانيكية ) الفرامل(.

5- نظام التوجيه.

0- الوصلة المرنة.

7- المولد.

▪ قاعدة الناسيل:

تصنع من ألواح الصلب المجمعة باللحام، ويثبت في الجزء السفلي منها فلنشة مائلة بواسطة اللحام لتثبيت منظومة توجيه التوربينة، ويتم تصميم القاعدة بحيث تنقل جميع القوى الديناميكية الاجهادات من العضو الدوار إلى البرج.

▪ محور الدوران الرئيسي )عمود السرعة البطيئة(:

يصنع من الصلب المصمت عالي الجودة، ويوجد في إحدى نهايتيه فلنشة للتثبيت مع فلنشة الدوران الرئيسية والنهاية األخرى تثبت مع صندوق التروس ويحمل على كراسي تحميل عالية الجودة كما هو واضح بالشكل رقم )28 )حتى تكون قادرة على نقل القوى المحورية والعزم الدورانية إلى قاعدة حاوية

مثبتا ليمتص قوى الرياح الأفقية وتغطى كراسي التحميل ً الأجزاء الدوارة ويكون كرسي التحميل الخلفي

وعمود الدوار معاً بغطاء من الحديد الزهر، ويكون على هيئة أنبوبة أسطوانية لحمايتهم من الأتربة والرمال وتكون الأغطية الجانبية كراسي التحميل مزودة بموانع تسرب لحماية الكراسي من دخول الأتربة وكذلك خروج الشحوم.

▪ صندوق التروس:

يصنع الصندوق من الحديد الزهر عالي الجودة، وتصنع التروس من الصلب عالي الجودة وعادة ما يكون صندوق التروس مكونا من مرحلتين أو ثالث مراحل والغرض من صندوق التروس تحويل العزم العالي عند السرعة البطيئة للعضو الدوار إلى عزم صغير مع سرعة عالية لتشغيل المولد الكهربي ويتم استخدام نوع معين من الزيوت للقيام بعملية التزييت بين التروس طبقا للتصميم الهندسي لصندوق التروس حتى يتحمل درجات الحرارة العالية الناتجة من دوران احتكاك التروس دون أن تتغير خواصه ويجب أن يتحمل صندوق التروس التشغيل بدون توقف طوال العمر الافتراضي للتوربينة الذي يتجاوز العشرين عاما والشكل رقم )27 )يعطي شكلا توضيحيا لصندوق التروس. ً

وتكون نسبة التحويل أو الرفع في صندوق التروس هي حاصل قسمة السرعة العالية ) سرعة دوران المولد( على السرعة المنخفضة ) سرعة دوران العضو الدوار(.

▪ الفرامل )المكابح( الميكانيكية:

الفرامل الميكانيكية كما بالشكل رقم )41 )عبارة عن قرص من الصلب عالي الجودة حتى يتحمل درجة الحرارة العالية الناتجة من الاحتكاك بينه وبين الوسائد وتعمل هذه الوسائد )Pads )إما بنظام كهربي أو نظام هيدروليكي ويركب قرص الفرامل إما على عمود العضو الدوار) عمود السرعة البطيئة( أو على العمود الواصل بين صندوق التروس والمولد الكهربائي ) عمود السرعات العالية(.


- نظرية عمل الفرامل الكهربية:

عند انقطاع التيار الكهربي عن الملف المغناطيسي تتحرر الحافظة المعدنية وتقوم السوستة ) الياي( بسحب تيل الفرامل إلى الداخل فيتم الضغط على قرص الفرامل حتى يتم إيقاف التوربينة كما بالشكل رقم )41.)

▪ الفرامل )المكابح( الهوائية:


تستخدم الفرامل )المكابح( الهوائية لتقليل سرعة الدوران في حالة التوقف العادي والطارئ بجانب الفرامل الميكانيكية وتستخدم الريش في التوربينات ذات الريش المتغيرة الزاوية ك فرامل )مكابح( هوائية، حيث تقريبا فتنخفض سرعة دوران الجزء الدوار كما هو ً تلف الريشة حول محورها الطولي بزاوية 71 درجة

واضح بالشكل رقم )43 -أ(.



أما في التوربينات ذات الريش ثابتة الزاوية فيستخدم طرف الجناح الامامى فرامل هوائية، حيث يلف حول محور ريشة الطولي بزاوية 71 درجة ليصبح متعامداً معه فتنخفض سرعة الدوران كما في الشكل رقم )43 -ب(.


▪ نظام التوجيه.

هناك نوعان من أنواع التوجيه بالتوربينات يتمثل في:

- نوع ميكانيكي:هي عبارة عن ذيل يشبه دفة السفينة في مؤخرة الناس وتستخدم في التوربينات الصغيرة جدا ضخ المياه والتي ال تحتوى على وحدة فرامل ميكانيكية أو كهربية حيث يستعان بهذا ً و توربينات

الذيل فى توجيه التوربينة ناحية اتجاه الرياح كما في الشكل رقم )42.)


- نوع كهروميكانيكى: وهو عبارة عن منظومة تقوم بتحريك الناس في اتجاه الرياح وتتكون المنظومة من:

❖ حساس اتجاه الرياح: يعطى إشارات تبين اتجاه الرياح.

❖ موتور التوجيه : يقوم بتحريك الناس إلى اتجاه الرياح الفعلي.

❖ فرامل التوجيه: تقوم بالحفاظ على ثبات الناسيل أثناء الدوران.

❖ مجموعة التوجيه: تزيد من عزم الدوران وتقنن من سرعة الدوران الناسيل لتفادى حدوث إجهادات أثناء الدوران وحتى تتجه ناحية اتجاه الرياح الصحيح.

❖ ترس التوجيه: هو ترس داخلي كبير يربط بين الناسيل و البرج و يتحرك الناس من خالله حيث يسمح نظام التوجيه بدوران الناسيل للتوجيه دائما في اتجاه الرياح بناء على إشارة من دوارة الرياح الموجودة أعلى النايل ويتم دفع الناس دائما في اتجاه الرياح كما بالشكل رقم )44 )وذلك لتحقيق الاستفادة القصوى من الطاقة الكامنة في الرياح.

ويعتمد هذا النظام على توربينات تستخدم نظام توجيه واحد )يمين ويسار فى نفس الوقت( وأخرى تستخدم نظامين للتوجيه أحدهما يمني والآخر يسار كما بالشكل رقم )47.)

▪ الوصلة المرنة:

وتستخدم هذه الوصالت للربط بين بعض أجزاء التوربينة، حيث توجد وصلتان بين صندوق التروس والمولد الكهربائي والغرض منها حماية أجزاء التوربينة لقدرتها على امتصاص األعمال المفاجآت والصدمات، وتسمح إزاحات زاوية نصف قطرية محاور الدوران وأجزاء التوربينة والشكل رقم )46 ) يوضح الوصلة المرنة.


▪ المولد الكهربائي:

يعتبر المولد الحثي من المولدات الأكثر استخداما في توربينات الرياح ويكاد يكون استخدامه في الحياة العملية قاصرا عليها، ولعل الشيء الهام أن هذا المولد قد صمم في الأصل كموتور لذا فهو يستخدم ملفات ينشأ عنها مجال مغناطيسي عند تزويدها بالكهرباء في بداية عمل المولد وذلك بدال من الأقطاب

المغناطيسية المستخدمة في المولد التزامني، كما يتميز برخص سعره مقارنة بـ المولد التزامنى. وعادة ما تستخدم التوربينات مولدات تعتمد علي أربع أو ست ملفات، ويرجع هذا إلي أن السرعة العالية في الدوران تقلل حجم المولد وتكلفته، حيث أن عدد الأقطاب يتناسب تناسبا عكسيا مع سرعة الدوران التي يبدأ عندها توليد الطاقة الكهربية.

وغالبا ما تستخدم المولدات من النوع الحثي في المراوح المرتبطة بالشبكة الكهربية، ويربط بها مكثفات ً

كهربية لتحسين معامل القدرة وتقليل القدرة غير الفعالة المسحوبة من الشبكة الكهربية كما يمكن استخدام مولد واحد أو أكثر طبقا للتصميم الهندسي للتوربينة ويتكون المولد من الأجزاء الآتية من :

1 – العضو الدوار 3 – الجزء الثابت 2 – كراسي التحميل 4 – مروحة التبريد 7 – الجسم. - نظرية عمل المولد:

توصل التوربينة من خالل عمود الدوران الرئيسي مع مولد يحتوي على مجال مغناطيسي كبير وبدوران التوربينة يدور العمود الرئيسي فيقطع الملف المجال المغناطيسي فنحصل على التيار الكهربي، أي أن المولد يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية من خالل إدارة ملف في وجود مجال مغناطيسي، كما في الشكل التالي رقم )45.)


والشكل رقم )48 )يمثل الدائرة الكهربية المكافٍئة للمولد.


▪ البرج:

يُصةنع مةن الحديد المعالج حرارية أو الخرسانة ليتحمل مكونات الحاويات والتي يصل وزنها إلى قرابة الثالثة طةن، ويمثل البرج حوالي 26 %مدن مدن التوربينة ويمكن أن تختلف ارتفاعةات األبةراج لةنفس طراز التوربينية منها يؤدي للحصول على طاقة أكبر مةن التوربينةات ذات األبةراج العاليةة )نظرا لزيادة سرعة الريح مع ارتفاع التوربينية(، وإلى جانب احتواء الحاوية والبهرج على مكونات القوى الكهربية ومعدات التحكم المستخدمة في تشغيل ومراقبته أداء التوربينات، فإن الحاويةة تحةول األحمةال الهيكليةة إلةي

البرج ويأخذ البرج البناء الشبكي أو البناء الأسطواني أو المخروطي كما بالشكل رقم )44.)

▪ لوحة التحكم الرئيسية:

ومن خاللها يتم التحكم في تشغيل التوربينة وتحتوي على الأجزاء الرئيسية مثل :

1 - المفتاح الرئيسي لربط التوربينة بالمحول.

2 - مجموعة تحسين معامل القدرة )مكثفات وملفات(.

3 - المحولات الخاصة بتغذية دوائر التحكم والوقاية للتوربينة.

4 - دوائر التحكم والوقاية )دائرة التحكم في دخول التوربينة على الشبكة - الدائرة الخاصة بتوجيه التوربينة في اتجاه الرياح....،.....،.... (.

5 - دوائر لنقل البيانات )الجهد – التيار – درجة الحرارة.....( إلى الحاسب الخاص بالتوربينة الملحق بلوحة التحكم الرئيسية كما هو واضح بالشكل رقم )71.)


▪ لوحة التشغيل: وهي التي تقوم بمراقبة ومتابعة وظائف التوربينة وظروف التشغيل المختلفة وكذلك التحكم عن بعد من خالل غرفة التحكم المركزي للتوربينات وفق برنامج مخصص لذلك بالحاسب اآللي بغرفة التحكم والشكل رقم )71 )يبين لوحة التشغيل .

▪ القاعدة الخرسانية:

تصنع قاعدة التوربينة من الخرسانة المسلحة وفق حسابات وتصميمات معينة، ويوضع بداخلها فلنشة خاصة لتثبيت برج التوربينة عليها كما بالشكل رقم )73 )ويؤخذ في الاعتبار عند تصميمها الأحمال الديناميكية للتوربينة، وتعمل على نقل الأحمال والعزم من البرج إلى الأرض.


وتكون خطوات الإنشاءات كالتالي:

1 - حفر الأرض بالأبعاد المحددة.

3 - تنفيذ الهيكل الحديدي للقاعدة بواسطة متخصصين.

2 - تثبيت الجوايط التثبيت ) المسامير( مع الهيكل الحديدي.

4 - عمل مجارى ) فتحات( لدخول الكابلات الكهربية والكابلات الإشارة.

7 - تنفيذ عملية صب الخرسانة.

6 - بعد الانتهاء من تنفيذ الهيكل الحديدي يتم تغطية القاعدة بطبقة رملية تمهيدا لتركيب التوربينة عليها.

المفاهيم األساسية لتشغيل التوربينة

- خطوات تشغيل التوربينة:

مع التطور المستمر في صناعة التوربينات توصل القائمون على الصناعة في هذا المجال إلى إمكانية التحكم في أداء وتشغيل هذه الأنظمة عن طريق حاسب آلي يصنع خصيصا ليعمل على التحكم ذاتيا في تشغيل هذه الأنظمة واستمرار عملها بصورة آمنة كما يمنح الحاسب إمكانية التحكم اليدوي كا إيقاف التشغيل والتوجيه.

ولما كان هذا الحاسب يعمل ببرنامج خاص كان من الضروري وضع أجهزة قياس مختلفة الوظائف لتغذية هذا البرنامج بما يحتاج إليه من بيانات )data )تتيح عملية المقارنة بين البيانات المرسلة من خالل هذه


الأجهزة والبيانات الأولية المخزنة بالبرنامج (data Setting (مما يسمح لهذا الحاسب بالقيام بعملية التحكم في إيقاف التوربينة أو استمرار عملها وبالإضافة إلى استخدام الحاسب للبيانات المرسلة من أجهزة القياس للتحكم في المروحة فإنه يعطي القدرة على استعراض هذه البيانات من خالل شاشة خاصة تمكن المستخدم من قراءة بعضها لدراستها وتحليلها وقت الحاجة لتقييم أداء التوربينة كذلك يمكن لهذا الحاسب عرض العطل الفعال مع تاريخ وساعة حدوثه مع الاحتفاظ بعدد مرات تكرار الأعطال المختلفة منذ بداية تشغيل التوربينة.

ومع تعدد وظائف أجهزة وحساسات القياس يمكن تصنيفها اآلتي:

✔ حساسات لقياس خواص الرياح )سرعة الرياح - اتجاه الرياح (.

✔ حساسات لقياس سرعات الدوران ) سرعة دوران المولد - سرعة دوران العضو الدوار(. ✔ حساسات لقياس درجات حرارة بعض أجزاء التوربينة )المولد - صندوق التروس- لوحة التحكم الرئيسية...الخ(.

✔ حساسات لقياس ضغوط الأنظمة الهيدروليكية وأداء الفرامل بأنواعها.

✔ حساسات للتحكم في اهتزاز المروحة وعصر الكابلات.

✔ أجهزة قياس خواص الشبكة الكهربية )الجهد - التيار - التردد - الطاقة الفعالة وغير الفعالة(.

▪ وظيفة الحساسات والأجهزة الموجودة بالتوربينة:

- حساس سرعة الرياح:

ويثبت أعلى حاوية الأجزاء الدوارة ) الناسيل(، ويقوم بقياس سرعة الرياح وفي حالة السرعات العالية ) 37 م/ث لمدة عشرة دقائق ( تقف التوربينة ذاتياً كما بالشكل )72 )وتعرف هذه السرعة بسرعة خروج التوربينة وعندما تقل هذه السرعة تعمل التوربينة ذاتيا من جديد وبصفة عامة تكون سرعة بداية التوليد عند التوربينة حوالي 227 م/ث إلى 4 م/ث.

- حساس اتجاه الرياح.

ويقوم بتحديد اتجاه الرياح بالنسبة إلى المحور المركزي للناسيل ويثبت بجوار حساس سرعة الرياح، ويتم توجيه الناس تبعا للإشارة القادمة إليها من حساس اتجاه الرياح والمرسلة إلى الحاسب وال تتم عمليات التوجيه إذا قلت سرعة الرياح عن 2 م/ ث.


- حساس قياس سرعة الدوران:

ويكون أحدهما خاصا بقياس سرعة دوران المولد ويقوم الحاسب من خلال الإشارات المرسلة من هذا الحساس بتحديد لحظة الدخول على الشبكة (in Cut (ولحظة الخروج (out Cut (ويقوم الآخر بقياس سرعة العضو الدوار.

ويقوم الحاسب بربط السرعتين باستمرار تبعا لنسبة الرفع الخاص بصندوق التروس المحددة بالبرنامج حتى تتم مراقبة الأداء وإيقاف التوربينة في الحال في حالة حدوث زيادة سرعة المولد أو العضو الدوار عن الحد المطلوب.

- حساسات قياس درجات حرارة بعض أجزاء التوربينة :

وتنتشر هذه الحساسات في أماكن عديدة بالتوربينات وتعطي إشاراتها الحاسب فةي حالةة ارتفاع درجات الحرارة في أحد هذه الأجزاء عن الحد المسموح به تقف التوربينة ذاتيا، وتوضع هذه الحساسات بصندوق التروس لقياس درجة حرارة الزيت الخاص به وكراسي تحميل المولود الأمامية والخلفية وعلى ملفات المولد وعند الفرامل و كراسي تحميل السرعة البطيئة وفي لوحة التحكم.

- حساسات قياس ضغوط الأنظمة الهيدروليكية:


وتقوم بقياس الضغوط المختلفة بالدوائر الهيدروليكية الخاصة بالفرامل الميكانيكية والهوائية المستخدمة فى أنظمة الإيقاف )الفرامل(.

- حساس عصر الكابالت :

في حالة دوران حاوية الأجزاء الدوارة )الناسيل( حول محور البرج أكثر من ثالث لفات يعطي هذا حفاظا على سلامة الكابلات كما بالشكل رقم )74 ً .)الحساس إشارة إلى الحاسب إيقاف التوربينة وذلك

- حساس للاهتزاز:

في حالة تعرض التوربينة الاهتزازات يعطي هذا الحساس إشارة إلى الحاسب إيقاف التوربينة ويثبت هذا الحساس في مؤخرة التوربينة كما بالشكل رقم )77 )فإذا ما اهتزت الناسيل بسبب ارتفاع سرعة الرياح يهتز ذراع الحساس فيتم إغلاق الدائرة وتتوقف التوربينة.


▪ تشغيل نظام الفرامل:

يعتمد العمل في نظام الفرامل على ما يعرف بنظام الأمان الكامل وهو أن يكون الوضع العادي للفرامل في حالة فعالة وعند التشغيل يتم فتح الفرامل ويقوم الحاسب بإيقاف التوربينة عند حدوث أي خلل بأي جزء من أجزاء التوربينة.

يقوم الحاسب عند بداية تشغيل التوربينة بمراجعة جميع البيانات المرسلة إليه من خالل الحساسات المثبتة بأجزاء

التوربينة وأجهزة القياس الخاصة بالشبكة الكهربية للتأكد من توافقها مع بيانات البرنامج المصمم لعملية التشغيل فإذا ما وجدت هذه البيانات متوائمة يقوم الحاسب بإعطاء إشارة بدء التشغيل (start (حيث تتم عملية التشغيل كالآتي:

✔ توجيه حاوية الأجزاء إلى اتجاه الرياح طبقا للإشارة المرسلة إليه من حساس اتجاه الرياح). ✔ فتح فرامل ) مكابح ( الإيقاف للسماح دوران العضو الدوار.

✔ مراجعة قيمة سرعة دوران المولد الآتية من إشارة حساس سرعة دوران المولد حتى تصل إلى سرعة التزامن الخاصة بالتوليد وبعدها يتم ربط التوربينة بالشبكة عن طريق إعطاء الحاسب إشارة إلى الجزء الكهربي الخاص بعملية الربط الآمن للتوربينة بالشبكة وهو وحدة الثايرستور حيث أن وظيفة الثايرستور هي أن يقوم بإمرار التيار الكهربي بقيمة محددة وبالتالي يمنع التيار الكهربي من

الاندفاع بقيمة كبيرة جدا في بداية توصيل التوربينة بالشبكة الكهربية والذي بعده يتم ربط التوربينة بالشبكة عن طريق الموصل الرئيسي حيث تكون التوربينة في حالة التوليد العادية.


مفاهيم ذات صلة توربينات الرياح

▪ الإمكانيات المتاحة لطاقة الرياح:

بعد مسح المساحة الكلية على سطح الكرة األرضية للمناطق المناسبة لنصب توربينات الرياح فيها قام بعض العلماء في عام 1771 بتقدير الإمكانيات النظرية المتاحة في العالم في هذه المناطق فكانت 31 ألف تيرا وات – ساعة في السنة وهذه تعادل ضعف الاستهلاك العالمي للطاقة الكهربية في عام 1785 والذى وات( وبعد الأخذ في الاعتبار المحددات المختلفة التى 12 كان 711 تيراوات - ساعة )ا تيرا وات = 10

تواجه نصب مثل هذه المنظومات توصل هذا الفريق من علماء الطاقة إلى أنه يمكن نصب توربينات رياح 9


وات( حتى عام 3131 وهذه الكمية ستقوم بتوليد ما يقارب

بسعة 471 جيجا وات )ا ميجاوات= 10


من 711 تيرا واط - ساعة في السنة وهو ما يعادل 11 %من الاستهلاك العالمي للطاقة الحالي أو 227 % من الاستهلاك المتوقع في عام 3131 طبقا لتقدير مجلس الطاقة العالمي وهذه الكمية المولدة ستمنع انبعاث حوالي 811 مليون طن من غاز ثاني أكسيد الكربون لو أن توليد الطاقة الكهربية تم من المحطات التي تستخدم الفحم الحجري.

لقد بينت جمعية طاقة الرياح األوربية أنه بالإمكان توليد 11 % من الطاقة الكهربية المستهلكة في دول أوروبا في عام 3121 مستخدمة توربينات رياح بسعة 111 ميجا واط موزعة في أوروبا على مساحة مقدارها 7411 كيلو متر مربع وأن 77 % من هذه المساحة يمكن استخدامه لأغراض الزراعة ، بينما المتبقي ) 1 ) % هو المساحة اللازمة لتشييد قواعد توربينات الرياح وإنشاء والطرق وغيرها .

▪ التأثيرات البيئية لاستخدام طاقة الرياح:

إن تطور استخدام طاقة الرياح له فوائد ومساوئ بيئية لتوسيع إنتاج الطاقة من هذا المصدر يجب أن تكون المحاسن في حدها الأعلى بينما تكون المساوئ في حدها الأدنى.

▪ الفوائد البيئية:

إن توليد الطاقة الكهربية من طاقة الرياح ال يتضمن انبعاث ثاني أكسيد الكربون أو سقوط الأمطار الحمضية أو ملّوثات أخرى باستخدام طاقة الرياح يقلل الاعتماد على الوقود التقليدي والوقود النووي وبالإضافة إلى ذلك فإن توربينات الرياح ال تحتاج إلى مصادر مياه كبعض المصادر التقليدية والمتجددة وطاقة الرياح طاقة محلية متجددة ولا ينتج عنها غازات أو ملوثات، مثل ثاني أكسيد الكربون أو أكسيد

النتريك أو الميثان، وبالتالي فإن تأثيرها الضار بالبيئة طفيف جدا حيث أن 77 %من الأراضي المستخدمة كمزارع للرياح يمكن استخدامها في أغراض أخرى مثل الزراعة أو الرعي، كما يمكن وضع التوربينات الصغيرة فوق المباني كما أظهرت دراسة حديثة أن كل بليون كيلو وات في الساعة من إنتاج

طاقة الرياح السنوي يوفر من 441 إلى 461 فرصة عمل وقد كان لظاهرة الاحتباس الحراري وملوثات البيئة نتيجة الاعتماد على مشتقات البترول الأثر البالغ فى الاتجاه نحو مصادر بديلة للطاقة صديقة للبيئة حيث أنها الملاذ الآمن والوحيد لتفادى حدوث كوارث عالمية نتيجة نضوب البترول فى الوقت القريب. ▪ المساوئ البيئية المكتسبة:

المشاكل البيئية الناتجة عن استخدام منظومات طاقة الرياح هي الضجيج، و التداخل الكهرومغناطيسي ، والتأثيرات البصرية انعكاسات أشعة الشمس من شفرات التوربينات أثناء دورانها ومخاطر اصطدام الطيور المهاجرة بها وتفصيلها كالتالي :

أ - ضجيج التوربينات:

ال تعتبر توربينات الرياح عند مقارنتها مع الماكينات األخرى ذات ضجيج عال ولكن هنالك بعض المواقع التي يتم فيها مالحظة بعض الضجيج غير المديح ويوجد نوعان للضجيج أولهما يصدر مدن المعدات الكهربية والميكانيكية المستخدمة في تقنية طاقة الرياح كصندوق التدريس والمولد ، وهذا يسمى بالضجيج الميكانيكي أما ثانيهما فهو ناتج من تداخل تيار الهواء مع الشفرات ويس ّمى" بالضجيج الايروديناميكي ".

أو والضجيج الميكانيكي هو المشكلة الرئيسيّة ولكن من السهل تخفيضه باستخدام مجمع تروس أكثر هدوءا وضع الأدوات الميكانيكية في هياكل معزولدة لتخفيف الصوت أمدا الضجيج االيرودينداميكي فيعتمد علدى شكل الشفرة ( الريشة( ، والتداخل بين الهواء والشفرة والبرج ، و حافة الشفرة ورأسها وعلى كدون الشفرة تعمل أو ساكنة ، ونوعية الرياح ويزداد الضجيج الايروديناميكي عادة مع سرعة الدوران ، ولهذا فإن

قسما

الدوران بسرعة قليلة عندما تكون سرعة الرياح قليلة.من التوربينات يكون مصمما

ومعظم توربينات الرياح التجارية تخضع لقياسات ضجيج وفقاً للوائح التي وضعتها وكالة الطاقة العالمية أو القوانين الدنماركية وتزودنا قياسات الضجيج بالمعلومات التي يمكن على أساسها نصيب توربينات الرياح في الموقع المناسب أو للسيطرة على تأثير الضجيج وفي الدنمارك فإن القوانين تنص على أنه ال

يمكن نصب توربينات الرياح في المناطق السكنية إذا كان الضجيج الصادر منها يزيد عن dB 40 وفي المملكة المتحدة فإن حدود الضجيج في المناطق القريبة من الطرق يجب أال تزيد على dB 68 ويبين الشكل رقم )76 )مسار الضجيج الصادر من إحدى توربينات الرياح.


والجدول التالي يوضح الضجيج الصادر من مصادر مختلفة مقارنة الضجيج الصادر من توربينة الرياح.

المصدر مستوى الضوضاء )dB)

طائرة جيت على ارتفاع 371 متر. 117

مثقاب كهربائي. 77

شاحنة تسير بسرعة 48 كم/ س. 67

دائرة عمل مزدحمة. 61

توربينة رياح على بعد 271 متر. 27-47

غرفة نوم هادئة. 31


ب -التداخل الكهرمغناطيسي :

عند تركيب توربينات الرياح بالقرب من مناطق تستخدم الراديو والتلفزيون والمرسلات والمستقبلات جدا أن تنعكس بعض الموجات بطريقة تجعل الموجات المعكوسة تتداخل مع ً فإنه من المحتمل

الموجات الأصلية قبل وصولها إلى الجهاز، وهذا قد يسبب تشّوها في الموجة التي تصل إلى المستخدم وينشأ التداخل الكهرومغناطيسي من نوع مادة الشفرات وشكلها فإذا كانت الشفرات مصنوعة من معدن فإن التداخل محتمل الحدوث إذا كانت التوربينة قريبة من مناطق وجود هذه الأجهزة أما الشفرات بدالً من عكسها، والأبراج المربعة تعكس أكثر من الأبراج المدورة الخشبية فإنه عادة تمتص الموجات

وذلك لزيادة مساحة سطحها وأكثر المنظومات تأثراً بهذا النوع من الضجيج التلفزيونات ومنظومات اتصالات المايكروويف ، لذا وضعت بعض الوكالات معلومات كافٍية لتجنب مثل هذه التداخلات في المناطق التي توجد فيها هذه المنظومات والشكل رقم )75 )يوضح انعكاس الموجات الكهرومغناطيسية من على سطح الريشة مما يسبب التداخل بين الموجات.

ج -التأثيرات البصرية:

تت ّحدد هذه التأثيرات بعدة عوامل مثل حجم التوربينة وتصميمها ، وعدد الشفرات ، ولونها ، وعدد ترتيب التوربينات في الموقع ويتحدد قبول بعض المواطنين بوجود التوربينات بعدة عوامل أهمها عامل الثقافة وفهم مختلف التقنيات رأيه في أفضل مصدر من مصادر الطاقة و الصحف والمجالات أحيانا الأخبار عن مصادر الطاقة المختلفة تأثير كبير في موقف بعض المواطنين. ً التي تنشر


ونظرا لأهمية التأثير البصري لتوربينات الرياح فقد تم عمل محاكاة لموقع قبل وبعد إنشاء التوربينات ً

وقد تم مالحظة أن الموقع بعد إنشاء التوربينات أكثر قبوالً من ذي قبل كما بالشكل رقم )78 - أ( والشكل رقم )78 -ب(.

د - تأثير توربينات الرياح على حياة الطيور:


توربينات الرياح تؤثر سلباً على هناك سؤال يتردد دائماً من قبل علماء وأصدقاء البيئة وهو هل فعالً حياة الطيور؟ من خالل المشاهدات في أماكن تمو ُّضع توربينات الرياح تم مالحظة أن الطيور المحلية المتواجدة ضمن المنطقة في الأصل تتعلم بعد فترة كيفية تغيير مسار طيرانها وأن تطير حول التوربينات أو بعيداً عنها، حيث يمكنها تمييز ريش العضو الدوار التي تدور بسرعة بطيئة نسبياً

الغريبة أو الطيور المهاجرة والتي غالباً بالنسبة لها، ولكن الخطورة تكون على حياة الطيور ما تطير على شكل مجموعات عند ارتفاعات ال تقل عن 311 متر، وهذه الارتفاعات ال تصل إليها ريش العضو الدوار، إال أن بعض الطيور تطير على ارتفاعات منخفضة مما يعرضها للخطر كما بالشكل رقم )77 )ففي الدول األوروبية ُيعتبر هذا الأمر من القضايا التي تسبب جدالً واسعاً، في أسبانيا تم العثور على أعداد كبيرة من الطيور النافقة حول التوربينات، وهذا ما قد يمنع في المستقبل هذه الأنواع من الطيور من العودة إلى مثل هذه المناطق والخطورة تكمن فيما لو كانت مناطق مزارع الريح نفسها منطقة تكاثر الطيور مما يسبب مشكلة في انقراض بعض أنواع الطيور، لذلك تبذل المزيد من الجهود

في البلدان الغربية لمنع إقامة مزارع رياح على نفس المسارات التي تطير ضمنها الطيور المهاجرة. إال أن الدراسات أثبتت أن أعداد الطيور التي تقتل بسبب توربينات الرياح ال تتجاوز 1211 %من عدد الطيور التي تقتل سنويا . ً


صيانة توربينات الرياح

التعاريف والمصطلحات الفنية:

- الصيانة الدورية: هةي األعمال التي يتم تنفيذها على المعاهدة كل مدة زمنية أو عدد ساعات تشغيل محددة والتي تم تخطيطها مسبقا دون خروج المعتدة عن الخدمة وطبقا لتوصيات الشركة المنتجة وحسب الجداول الموضوعة لذلك .

- الصيانة الوقائية: هي مجموعة من الأنشطة المخططة والمحددة مسةبقاً والتي تهتم على الآلة أثناء عملها بصورة دورية منتظمة.

- الصيانة التصحيحية:هي الصيانة التي تتم على الآلة بقصد استعادة كفاءتها.

- اإلصالح :هو الصيانة التي تتم على الآلة بعد تعطلها المفاجئ أو المتوقع .

- اإلصالح المفاجئ: وهو الذي يحدث نتيجة عطل مفاجئ وذلك لعدم الجهراء صيانة سليمة سواء صيانة وقائية أو دورية وهذا يدعو إلى بقاء المعدة خارج الخدمة حتى نهاية اإلصالح.

- مخطط الصيانة:هو مخطط يوضح توقيت إجراء الصيانات المختلفة ومدتها للتوربينات. - التشحيم والتزييت: هو إضافة الشحم أو الزيت للأجزاء الدوارة والتي يحدث بها احتكاك مستمر. - أدوات النظافة: هي كل المواد و الأدوات المناسبة لنظافة أجزاء التوربينات المختلفة وتعهد النظافه

من أهم بنود الصيانة، حيث أن نظافة المعدة بعد الانتهاء من إجراءات الصيانة يعتبر من األعمال الجوهرية والضرورية.

- كتالوج الصيانة: هةو كتيب مرفق مع التوربينية يحدد كةل بنود الصيانة والتعليمات التي من الضروري إتباعها أثناء تنفيذ بنود بالصيانة.


معلومات السلامة والصحة المهنية:


التعامل مع مواد الحفظ والتنظيف وإزالة عند صيانة توربينات الرياح محفوف بالمخاطر حيث أن هذه المواد تنتج مركبات ضارة بالصحة ذات تأثير سلبي جدا على البيئة من مصادر مياه الشرب إلى مواد الأكل وبعضها قابل لالشتعال جدا علاوة على تأثيرها الضار إذا تكرر استعمالها ) على الأيدي والوجه وأي جزء من جسم الإنسان ( لذلك يلزم أن يهتم العاملون في صيانة التوربينات بإتباع قواعد السالمة حرفيا : ً ومنها

  • - ارتداء سترة العمل كاملة لتستر الجسم واليدين والرجلين والوجه ) سترة / حذاء جلد / قفاز جلد كبير / نظارة تغطى الوجه كله ( كما بالشكل رقم )1.)
  • - ارتداء حزام األمان المخصص للأماكن المرتفعة من أهم أدوات السالمة والوقاية كما بالشكل رقم .)3(
  • - الاهتمام بقواعد الصرف لمخلفات الصيانة لتأثيرها الضار على منشآت الصرف وصحة البيئة )سطح ومنافذ (.
  • - الاهتمام منافذ التهوية وتغيير الهواء لشفط الأبخرة بالورشة لحماية الجهاز التنفسي عند تجهيز المهمات التي تخص الصيانة.
  • - حماية بيئة العمل من مخلفات العمل من كهن مشبعة بالزيوت والشحوم.
  • - تصريف الزيوت والشحوم الهالكة بطريقة آمنة.
  • - عند الصعود لأعلى التوربينة نتوخى الحذر الشديد في استخدام سلم البرج ونتأكد من سالمة وصالته الحديدية ونقاط اللحام بالبرج عن طريق مسئولي السلامة والصحة المهنية بالموقع.
  • - الكشف الطبي الدوري على فنيي الصيانة وخاصة أمراض القلب لخطورة ذلك على حياتهم عند العمل على ارتفاعات شاهقة التوربينة.


صيانة توربينات الرياح الصغيرة

المفاهيم الاساسية صيانة توربينات الرياح


المعنى الصحيح للصيانة:

الصيانة هي مجموعة من الإجراءات والعمليات التي تتخذ بهدف الحفاظ على المعتدة في مستوى أداء قياسي محدد طبقا لظروف العمل وتشمل العمليات إعادة المعاهدة لحالتها القياسية بعد حدوث انحراف عنها أو لتجنب هذا الانحراف لوضع الآلة في وضع الاستعداد التام للعمل.

أهمية وأهداف الصيانة:

الصيانة عملية مستمرة حتى فةي حالةة وكهوف التوربينية وتعطلها عن العمل حيث تتعرض أجزاء مكوناتها وأجهزة التحكم بها لأعطال مثل التآكل والتلف والصدأ خالل فترة عمرها التشغيلي ويبرز الدور المهم لعمليات الصيانة في تحقيق الأهداف الآتية :

  •  المحافظة الدائمة على الحالة الجيدة للتوربينة بمختلف مكوناتها وضمان حسن الأداء وبالتالي جودة عملها. - اإل قلل من حدوث الأعطال وما تسببه من خسائر اقتصادية لعملية إنتاج الطاقة الكهربية نتيجة لتوقف التوربينة وتكاليف إعادة التشغيل.
  • زيادة العمر الافتراضي للتوربينات وبالتالي الحصول على عائد اقتصادي أكثر جدوى.
  •  تحقيق ظروف تشغيل مستقرة وبالتالي زيادة شروط ومناخ السالمة الصناعية لموقع العمل. 

 أنواع الصيانة:


تنقسم أعمال الصيانة حسب نوع العمل إلى اآلتي:

▪ الصيانة الوقائية :هي مجموعة الأنشطة المخططة والمحددة مسبقاً والتي تتم بصفة دورية وحسب خطة زمنية موضوعة تحدد من قبل مصنعي التوربينة أو من قبل الفنيين ذوي الخبرة القائمين بالصيانة لمعالجة القصور إن وجد قبل وقوع العطل أو التوقف عن العمل وتهتم عمليات الصيانة الوقائي حيث الفحص الدوري الظواهري أجزاء ووحدات التوربينة وإجراء عمليات التنظيف التشحيم والتزييت وتغيير بعض الأجزاء البسيطة إذا لزم ذلك والتعزيم والتربيط على مختلف المسامير.

▪ الصيانة التصحيحية:

هي مجموعة العمليات التي تتم الصالح التوربينات حسب خطة زمنية موضوعة تحدد مةن قبةل مصنعي اآللي أو من قبل الفنيين ذو الخبرة القائمين بالصيانة ويتم فيها:
  •  تغيير الأجزاء التالفة أو الأجزاء التي انتهى عمرها الافتراضي.
  •  إجراء عمليات اإلصالح على بعض الأجزاء بهدف إعادة استعمالها مرة أخرى مثل إصالح الجزء المتآكل أو المتشقق جزئيا باللحام.
  • إجراء عمليات الضبط والمعايرة لبعض أجزاء التوربينة التي تحتاج إلى ذلك.

▪ الصيانة التنبؤية:

هذا النوع من الصيانة يحاول اكتشاف الأعطال عن طريق التنبؤ بحالة مكونات التوربينة الداخلية من جراء ما يظهر عليها خارجيا حيث يمكننا قياس درجة حرارة بعض النقاط في التوربينة ولو بشكل تقريبي عن طريق اللمس باليد ، وكذلك يمكننا قياس الاهتزازات على نقاط معينة مثل المولد وصندوق التروس وكراسي التحميل والتي توضح كثيرا من الأعطال التي قد تحدث مستقبالً مثال ، كذلك يمكنك عمل تحليل زيت صندوق التروس خلوه من شوائب معينة وفى حالة وجود شوائب بالزيت يتم معالجته نظراً للتأكد من للتأثير السلبي للشوائب على خصائص الزيت.

▪ الصيانة الطارئة:

هي مجموعة العمليات التي تتم الصالح المكونات نتيجة لحدوث تلف مفاجئ يؤدي إلى وقوف التوربينية الغير مخطط لها وعادة ما يكون سبب هذا العطل ناتج عن عدم إتباع تعليمات الم ّصنع نتيجة التشغيل الخاطئ أو عدم تطبيق بنود الصيانة الوقائية الصحيحة.

خطوات تطبيق الصيانة:

قبل البدء في سرد خطوات تطبيق الصيانة البد أن نتذكر أنه من واجبات اإلدارة المسؤولة عن الموقع اختيار الشخص المسئول عن الصيانة أوال ، وهو الشخص الذي سوف يحمل على عاتقه عبء تنفيذ هذه الخطوات ويتم دعمه بالكامل من قبل اإلدارة لتذليل كل الصعوبات التي قد تعترض تنفيذ خطوات تطبيق الصيانة و نلخص خطوات تطبيق الصيانة الصحيحة فيما يلي:

▪ تحديد أجزاء التوربينة المراد صيانتها:

يتم حصر جميع مكونات التوربينية التي تحتاج إلى صيانة وترتيبها حسب الأهمية فهي جدول أولية يوضح مواصفات المكونات وعددها وموقعها في التوربينة وغيرها من المعلومات المهمة اللازمة للتعرف علةى كةل مكون من مكونات التوربينة.

▪ التأكد من توفر جميع كتالوجات الم ّصنع:

إن تتوفر جميع كتالوجات الم ّصةنع الخاص بالتشغيل والصيانة وقطع الغيار لجميع المكونات المراد عمل الصيانة لها من أهم الأمور التي يجب عدم إغفالها في تطبيق عمليات الصيانة إذ أن الم ّصنع عادة ما يقوم بذكر


جميع التعليمات المهمة التي تختص طريقة التشغيل الصحيحة وعمليات الصيانة وقطع الغيار في هذه الكتالوجات وفي حالة عدم وجود كتالوجات المورد أو ألم ّصنع يتبع اآلتي:

 تحديد عمليات الصيانة:

يهتم اخلطة الع علةى كةل تعليمات المورد والشركة الصانعة المذكورة فهي الكتالوجات الخاصة بالصيانة، ألن الم ّصنع أو المورد هو الجهة الموثوقة التي يستطيع فريق الصيانة االعتم اد عليها فهي تطبيق عمليات الصيانة الوقائية والصالحية وطلب قطع الغيار ويستلزم ذلك أن يكون فريق الصيانة على إط الع دائم ومستمر بهذه

الكتالوجات و قراءتها واستيعابها قبل البدء في أعمال الصيانة والرجوع إليها كلما دعت الحاجة لذلك.  نماذج وجداول الصيانة:

بعد تحديد عمليات الصيانة يتم تفريغ عمليات الصيانة في نماذج يهتم تصاميمها حسب نوع األعمال. في األعمال اليومية يتم تجميعها في نموذج واحد لكل توربينة ، األعمال الأسبوعية يتم تجميعها أيضا فهي نموذج واحد ، والشهرية وهكذا ويتم إعطائها إلى فريق الصيانة للبدء في تنفيذ العمليات المذكورة فيها ويتم إرجاعها إلى مسئول الصيانة للنظر في الملاحظات المدونة فيها إن وجد، وإجراء اللازم نحوها ثم يهتم حفظهما ف ي الس جالت الخاصة بالتوربينة.

خطة الصيانة:

بعد ما تم حصر جميع عمليات الصيانة المطلوب لجميع مكونات التوربينية وتموت معرفه انواع الصيانة لكل عملية يتم وضع تصور مستقبلي لعمليات الصيانة بعمل خطة صيانة زمنية شهرية ونصف سنوية لآلات تحدد فيه مواعيد الصيانة المختلفة لكل مكون من مكونات التوربينة حسب تعليمات الشركة الصانعة ويراعى أيضا اآلتي :
  •  توفر العمالة المحلية المدربة.
  • توفر قطع الغيار والعدد والأدوات اللازمة.
  •  أجازات الأعياد وإجازات الفنيين وغيرها من العوامل المؤثرة في عمليات الصيانة ويتم ترتيب أوقات إنجازها على مخطط أشهر السنة الكاملة.

 اختيار وتدريب العمالة الفنية:

من أهم العناصر التي ترفع كفاءة عملية الصيانة للمعدات وخفض تكاليفها هةو عناصر العماله المدربه أعمال الصيانة، فبعد استحداث خطة الصيانة يكون على مسئول الصيانة انتقاء االف راد الذين يتوسم فيهم القدرة على استيعاب الأشياء ومكونات الوحدات والمعدات والقدرة على تمييز الأعطال وأسبابها وإصلاحها وعمل البرامج اللازمة لتدريبهم على المعدات ذاتها وعلى كيفية إنجاز أعمال الصيانة في وقت قصير مما يقلل فترة توقف العمل كما يقلل الخسائر في الإنتاج وغير ذلك.


كما أن العمالة المدربة على الصيانة تخفض كمية قطع الغيار المستخدمة وذلك بالكشف على الوحدات ومعرفة ما يمكن استبداله وما يتم تنظيفه وإصلاحه وتركيب بالتوربينة مرة أخرى.

واستخدام العمالة المدربة أدوات الفك والتركيب يجب أن يتم دائما على أسس سليمة مما يوفر في استهلاك هذه الأدوات كما يوفر أيضا في قطع غيار المعدات تحت الصيانة وذلك مثال عند استخدام المطارق في الطرق على أجزاء مختلفة من التوربينة بغرض الفك أو التركيب مما يؤدي إلى تلف أجزاء منها أثناء أجراء الصيانة وهذا ما تفعله العمالة غير المدربة ونستخلص من ذلك أن استخدام العمالة المدربة يؤدى إلى ما يلي :
  • رفع كفاءة تشغيل التوربينات.
  • تقليل التلفيات والفاقد أثناء عملية الصيانة.
  •  تقليل قطع الغيار المستهلكة.
  •  تقليل الوقت اللازم للصيانة وإتمامه في التاريخ المحدد طبقا للجداول.
  •  الاستعداد التام لمواجهة الظروف الطارئة والحالات الحرجة.

وتشمل تخصصات المهندسين والفنيين لقسم الصيانة جميع التخصصات اللازمة ) كمةاً وكيفةاً( لتنفيذ أعمال الصيانة على الوجه المطلوب.

توفير قطع الغيار :

من المعروف أن كل جزء في التوربينة يؤدى وظيفته خالل فترة عمره الافتراضي وذلك عند تشغيل التوربينات تحت الظروف وبالشروط المحددة مةن قبةل م ّصةنع التوربينية، ومنها لا شك فيه أن تتوفر المواد مثل الزيوت والشحومات والسواك ومواد التنظيف وخلافة وكذلك قطع الغيتار الالزم لها تأثير مباشر في نجاح خطط الصيانة الموضوعة في الموقع وتنفيذها في تواريخها المحددة دون تأجيل ويؤدي عدم توفر قطع الغيتار إلى زيادة الأعطال و تفاقمها وزيادة مدة خروج التوربينية عن العمل وبالتالي يؤثر ذلك ففي النهاية على ضعف الإنتاج وجودته وتوفير قطع الغيار لابد من إتباع خطة شراء مدروسة ومخططة تعتمد على اآلتي :

▪ تحديد أنواع قطع الغيار :

يمكن تصنيف أنواع قطع الغيار حسب التالي :
  •  قطع غيار أساسية في التوربينة أو ثانوية .
  •  قطع غيار ذات عمر افتراضي كبير أو صغير.

▪ تحديد حجم الاحتياج من قطع الغيار:

في البداية يمكن تحديد قطع الغيار التي يجب أن تتوفر في الموقع من كتالوجات الم ّصةنع الخاص بقطاع الغيتار إذ أن معظم الم ّصنعين يقوموا بتحديد الحد الأدنى لتواجد قطع الغيار وخاصة الاستهلاكية منها فهي الكتالوجات الخاصة بقطع الغيار، وفي حالة عدم وجود هذه المعلومات فهي الكتالوج فإنه يهتم متابعة اآللي خالل ساعات تشغيلها ومن واقع ملف الصيانة الخاص بها يتم معرفة المعدلات الفعلية استهلاك قطع الغيار. ▪ تحديد حجم الطلب االقتصادي لمخزون قطع الغيار:

وبعد تحديد حجم الاستهلاك السنوي يتم تحديد حجم الطلب االقتصادي لمخزون قطع الغيار والذي يعتمد على قيم عديدة لابد من توافرها منها تكلفة أوامر التوريد في السنة وتكلفة التخزين وحجم الاستهلاك. ويمكن وضع سياسة عامة لتخزين قطع الغيار لحدين تتوفر المعلومات الخاصة بحساب المعدل االقتصادي للتخزين تتلخص في أن القطع المتوفرة محليا ال يتم شرائها وتخزينها في مخازن الموقع ألنه يسهل شراؤها في أي وقت أما القطع التي ال تتوفر محليا والتي تحتاج الوقت الطويل لتوريدها فإنه يتم طلب المهام منها وخاصة ذات الاستهلاك الكثيف وتخزينها في الموقع لحين الحاجة أما عن طلب القطاع األخرى فإنه يتم شراؤها عندما يحين وقت الحاجة إليها حسب خطة الصيانة.

 نظام تسجيل المعلومات:


البد أن يكون لدى إدارة الصيانة نظام كامل لتسجيل كل عمليات الصيانة بكل تفاصيلها الدقيقة التي تقوم بها خالل فترة عمر التوربينة حيث أن المعلومات التي تسجل في هذا النظام هي التي تكون بمثابة المرجع الأول والأخير تقارير الصيانة التي يتم رفعها لإلدارة وتقدير الموازنات وخطط الصيانة وشراء قطع الغيار وخطوة المراقبة غيرها من الأمور التنظيمية األخرى ومن الأنظمة المفيدة التي تضمن تنظيم وتسجيل عمليات الصيانة هو استخدام نظام أمر العمل فهو الوثيقة التي تخول فنيي الصيانة البدء في إجراء الصيانة ويتم إصداره مةن مسئول الصيانة.

 تنظيم العمال وتوزيع المسئوليات:


▪ التنظيم من الناحية الفنية:

إن من أفضل الأنظمة التي تضمن تنظيم أعمال الصيانة من الناحيه الفنيه هةي عمل بطاقات وصفة لجميع أعمال الصيانة الكبيرة منها والصغيرة وال بد أن تشمل هذه البطاقات على الأقل على اآلتي: - عناصر العمل المراد إنجازه.
  •  الوقت المطلوب لإنجاز كل عنصر.
  • جميع العدد والأدوات المطلوبة إلجراء العمل.
  • عدد العمالة المطلوب لإنجاز العمل.
  •  جميع قطع الغيار المتوقع احتياجها إنجاز العمل.

ولهذه البطاقات فوائد كبيرة حيث أنها تعتبر من المراجع الهامة لفريق الصيانة عند تنفيذ األعمال وعمل خطوة الصيانة و تقديرات حسابات العمل الإضافي وغيرها من الأمور.

▪ التنظيم من الناحية اإلدارية:

توضيح الهيكل التنظيمي للموقع لجميع العاملين في قسم الصيانة لمعرفة مسميات الوظائف في كل قسم ودرجة وتبعية كل وظيفة إلى األخرى ويجري توزيع العاملين في قسم الصيانة على هذه الوظائف وتعريف كل موظف بمسؤوليات ومهام هذه الوظيفة.

اختيار اأ لأشخاص ألداء األعمال، توزيع المسؤوليات والعمل، وإصدار أوامر العمل وغيرها من األعمال التنظيمية التي تضمن سير عمليات الصيانة في الموقع.

مراقبة تنفيذ الخطة:


ويقصد بالمراقبة ما يلي:

- تحديد الاختلافات بين ما تم تحديده في خطة الصيانة وبين ما تم إنجازه بالفعل ويتم ذلك بإصدار تقرير شهري عن جميع إنجازات أعمال الصيانة ومقارنتها األعمال الموضوعة بالخطة مسبقا.

- تحديد وتحليل أسباب االختالف فتتم دراسة أسباب االختالف ات مةن قبةل مسئولي الصيانة مثال تقصير وإهمال فريق الصيانة، نقص أو زيادة في العمالة، نقص في الأدوات والعدد، وعدم توفر قطع الغيار وغيرها ثم اتخاذ الإجراءات التصحيحية لذلك.

- بمجرد أن يتعرف مسئولي الصيانة عن أسباب الفروق، فينبغي أن يتخذ جميع اإل الإجراءات التصحيحية الممكن إنهاء هذه األسباب ويمكن رفع التوصيات ومتطلبات الإجراءات التصحيحية الأقسام المختلفة ذات العالقة في الموقع للمساهمة في إنهاء هذه األسباب.

المعدات والأدوات المستخدمة في الصيانة:

مما الشك فيه أن تتوفر العدد اللازم لعمليات الصيانة المختلفة لها تأثير مباشر في نجاح خطط الصيانة الموضوعة للموقع وتنفيذها في الوقت المحدد لها دون أي تأخير ويتم تحديد العدد والأدوات المناسبة واللازمة لكل عمل من واقع تعليمات المصنعين أو من واقع الخبرة والتجربة، ويتم تسجيلها في نماذج خاصة تحفيظ فيه السجلات الخاصة بالصيانة.

بل أن وجود عدد متنوعة ومتطورة مثل مفاتيح هيدروليكية يكون له التأثير المباشر في تسريع وقت فك القطعة وقت تركيبها مرة أخرى وصيانتها، والذي يؤدي في النهاية إلى تخفيض أوقات إنجاز عمليات الصيانة وبالتالي يزيد من أوقات التشغيل.

وال بد من وجود أجهزة قياس متطورة مثل أجهزة قياس الحرارة - الرطوبة - الاهتزازات وغيرها للتعرف على حالة الآلة أثناء تنفيذ إجراءات الفحص الدوري أو الصيانة التصحيحية.

- المفاتيح: تستخدم المفاتيح لربط وفك المسامير والصواميل ولذلك يوجد العديد من أنواع وأشكال المفاتيح فمنها البلدي والحلقي )المشرشر( مفتاح الن كى كما يعتبر مفتاح العزم من أهم المفاتيح في الصيانة حيث يستخدم في التربيط والفك مسامير تثبيت البرج بالقاعدة الخرسانية وكذلك مسامير ريش التوربينات ومسامير تثبيت صندوق التروس والمولد بجسم الناسيل.

- مفتاح العزم: وهو أداة شد أو إرخاء عناصر ربط المسامير الكبيرة نوعةاً أو الصواميل بدقة معقولة بتطبيق عزم دوران )dl;mk rasmi) المسمار والصامولة وهو ذو رأس به فهرا يدخل به رأس المسمار والصامولة والله آلهة داخلية يستعمل بها حيث تكون مسألة إحكام التماسك بين مسننات الرابط )المسمار والصامولة( والمربوط )العنصر المسنن الآخر الذي تتداخل معه تلك المسننات( لضمان تنفيذ عمليه آلة ربط هذه بقيمة مقررة أو محسوبة مسبقا وهذا المفتاح يسمح لمستخدمه لقياس العزم المطبق على العنصر الرابط وبالتالي المقارنة مع متطلبات الربط المحددة سلفا وهكذا يمكن تطبيق شهد أو تحميةل األجةزاء المربوطةة بواسةطة أداة الربط بطريقة صحيحة خاضعة للقياس حيث يقاس العوازم كدالة يعبر عنها برقم أو قيمته تقرأ على المفتاح والشكل رقم )2 )يبين مفتاح العزم.



كما يبين الشكل رقم (4 )طريقة استعمال مفتاح العزم.


فمنها القصير والطويل والعادة 2 -المفكات: تستخدم لفك وربط المسامير الصغيرة الحجم وتتعدد أشكالها أيضاً

والمتصلبة )الصليبة ( وذو الرأس الخماسي والسداسي كما بالشكل رقم )7.)

3 -المشاحم والمزايا: هي أدوات يتم من خاللها إضافة كمية الشحم أو الزيت لبعض أجزاء التوربينة وتتكون من حاوية صغيرة يوضع بها الشحم أو الزيت المراد إضافته أو حقنه ويتم ذلك عن طريق الضغط على مكبس صغير ليتم الدفع بالشحم أو الزيت في الخرطوم ومنه إلى أجزاء التوربينة كما بالشكل رقم )6 .)


4- ماكينة غسيل الريش: تستعمل في غسل ريش )شفرات( التوربينات وذلك للتخلص من الأتربة ومخلفات الطيور المتراكمة على سطحها حيث يسبب تراكم الأتربة فقدا في الطاقة المولدة من التوربينة يصل إلى 11ً % وذلك ألن تراكم هذه التربة تغير من طبيعة السطح الأملس للريشة وبالتالي تتغير خصائص الرياح عند يتم غسيل الريش وجعلها نظيفة دائما وذلك للمحافظة على الشكل العام للتوربينة كونها ملامسته لها وأيضاً

صديقة للبيئة ويتم الغسيل عن طريق ضخ خليط من المياه وسائل الصابون تحت ضغط شديد ناحية الريش بعد أن يتم إيقاف التوربينة حيث يتم ذلك باستعمال الونش لرفع مجموعة من فنيي الصيانة في قفص حديدي مأمن حيث يتم توجيه فوهة موجه الرزاز) الباشبورى( ناحية الريش ثم بعد ضخ الماء الصابون يتم استعمال فرشاة بيد طويلة لتنظيف الرواسب العالقة والشكل رقم )5 )يبين ماكينة الغسيل .

والشكل )0 )يبين طريقة تنفيذ الغسيل.

5- فرش النظافة: يبين الشكل رقم )7 )أنواع الفرش المستخدمة فى نظافة لوحات التحكم والتشغيل بالتوربينة.

6- نافخ الهواء: يستعمل لتنظيف الأجزاء الكهربية والالكترونية وإزالة الأتربة من لوحات التحكم في الأماكن الضيقة كما بالشكل رقم )11.)


7- فوط قماش وصابون سائل: تستعمل الفوط لمسح الزيوت والشحوم المتناثرة بعد إجراء عملية الصيانة والصابون السائل يستعمل لغسيل الريش وكذلك الجازولين )أحد مشتقات البترول( يستعمل في نظافة األجزاء المتسخة بالزيوت والشحوم كما في الشكل رقم )11:)