لخّصلي

وبرامج تطوير التمويل العديدة المتعلقة بالآلات واسعة النطاق. يشير الشكل (17) إلى أن الزيادة شبه الأسيّة في قطر الدوار المسجلة حتى عام 2000 [28]، بشكل أساسي للتطبيقات البحرية للحد من متطلبات تكلفة المنشآت البحرية، مما أدى إلى زيادة أخرى في الدوار فوق 160 مترًا (انظر الجدول 1). تم بالفعل تطوير توربينات بقدرة 10 ميجاوات وهي جاهزة للتسويق (على سبيل المثال، AMSC SeaTitan بقطر دوار 190 مترًا، منشآت هجينة تجمع بين الخرسانة والفولاذ، تشكل الأساسات القائمة على الجاذبية المستخدمة على نحو مماثل مع الركائز الأحادية في أعماق مياه السنونو التي تقل عن 30 مترًا 9. بينما تقدم الستر والحوامل الثلاثية زيادة مقارنة بعام 2014 حيث بلغت 5. 6٪ على التوالي (انظر الشكل 18). توجد تقنيات جديدة في مرحلة التطوير من أجل تمكين التركيبات في المياه العميقة. تعمل أكبر توربينات الرياح العائمة بقوة مقدرة 7 ميجاوات في اليابان فيما يتعلق بتنظيم الطاقة، توجد في الواقع أربع تقنيات رئيسية تستخدم للتحكم. ورغم أنها الطريقة الأقل تكلفة، ● في تقنية التحكم في ميل الشفرات (ASC)، إلى جانب الحفاظ على إنتاج الطاقة عند سرعات الرياح العالية. ● تُعد تقنية التحكم في ميل الشفرات (IPC) إحدى أكثر التقنيات الواعدة لتنظيم الطاقة، حيث تدار كل شفرة أثناء حركة الدوار. فإن هذه التقنية أكثر تعقيدًا وتتطلب تكلفة أعلى. مما أدى إلى تحسين التقاط الطاقة دون القدرة المقدرة لصالح تقليل الأحمال. يشير تطور تقنيات التحكم في الطاقة منذ عام 2005 في أوروبا إلى أنه اعتبارًا من عام 2008، فإن PSC و ASC غائبان تقريبًا في التركيبات الجديدة مما يشير إلى أن هذه التقنية للآلات الكبيرة خيار غير قابل للتطبيق عمليًا. تركز جهود البحث والتطوير في الغالب على تحسين أداء التوربين عن طريق تقليل الحمل الهيكلي دون زيادة التكلفة بشكل كبير وعن طريق تنشيط التدفق حول سطح الشفرات. تتجلى آثار التحسينات التكنولوجية التي حدثت خلال العشرين عامًا الماضية في متوسط ​​معامل القدرة السنوي (CF) لمنشآت طاقة الرياح، بينما كانت هذه القيمة أقل من 18% في عام 1995 (انظر الشكل 20) [13، وتعزى هذه الزيادة طويلة الأمد في متوسط ​​معامل القدرة السنوي إلى: ● تحسين كفاءة توربينات الرياح الحديثة. ● تقييم متطور لإمكانيات طاقة الرياح المحلية. وإنارة الشوارع والإشارات،

خلال السنوات الخمس والثلاثين الماضية، يمكن ملاحظة تطور توربينات الرياح من خلال رفع مستواها تدريجيًا لتحسين استغلال الأراضي، وتقليل متطلبات الصيانة والتشغيل (O&M)، وبرامج تطوير التمويل العديدة المتعلقة بالآلات واسعة النطاق. يشير الشكل (17) إلى أن الزيادة شبه الأسيّة في قطر الدوار المسجلة حتى عام 2000 [28]، يتبعها اتجاه استقرار في مجال الطاقة يتراوح بين 2 و3 ميجاوات. منذ عام 2012، تم تطوير توربينات تجارية جديدة تصل إلى 7-8 ميجاوات، بشكل أساسي للتطبيقات البحرية للحد من متطلبات تكلفة المنشآت البحرية، مما أدى إلى زيادة أخرى في الدوار فوق 160 مترًا (انظر الجدول 1). في الواقع، تم بالفعل تطوير توربينات بقدرة 10 ميجاوات وهي جاهزة للتسويق (على سبيل المثال، AMSC SeaTitan بقطر دوار 190 مترًا، وتوربين Sway ST10). في الوقت الحاضر، يُعدّ التصميم الفولاذي الأنبوبي الحل الأكثر شيوعًا لأبراج توربينات الرياح. ومع ذلك، ونظرًا للاتجاه المتزايد نحو الآلات الأكبر حجمًا وارتفاعات المحاور الأعلى، يجري البحث حاليًا في تطوير مفاهيم بديلة جديدة. وتُستخدم العديد من الشركات المصنعة، بما في ذلك Enercon وNordex وSenvion، منشآت هجينة تجمع بين الخرسانة والفولاذ، حيث تُستخدم الخرسانة في بناء القاعدة، بينما تُستخدم المقاطع الأنبوبية الفولاذية في الأجزاء العلوية من البرج.

من ناحية أخرى، ترتبط التقنيات المستخدمة في المنشآت البحرية ارتباطًا وثيقًا بعمق المياه وموقع الاستثمار. وبحلول نهاية عام 2015، تم تركيب 3313 بنية تحتية في أوروبا، وكانت الركائز الأحادية هي الأكثر شيوعًا بنسبة تزيد عن 80%. تشكل الأساسات القائمة على الجاذبية المستخدمة على نحو مماثل مع الركائز الأحادية في أعماق مياه السنونو التي تقل عن 30 مترًا 9.1٪ من إجمالي التركيبات، بينما تقدم الستر والحوامل الثلاثية زيادة مقارنة بعام 2014 حيث بلغت 5.4٪ و3.6٪ على التوالي (انظر الشكل 18). في هذا الوقت، توجد تقنيات جديدة في مرحلة التطوير من أجل تمكين التركيبات في المياه العميقة. وتشمل هذه المفاهيم العائمة مثل وحدة "Hywind" في النرويج على عمق 220 مترًا ومفهوم توربينات الرياح "Blue H" في إيطاليا على عمق 110 مترًا [23]. خارج أوروبا، في عام 2015، تعمل أكبر توربينات الرياح العائمة بقوة مقدرة 7 ميجاوات في اليابان فيما يتعلق بتنظيم الطاقة، توجد في الواقع أربع تقنيات رئيسية تستخدم للتحكم. التحكم السلبي في التوقف (PSC) والتحكم النشط في التوقف (ASC) والتحكم في الميل (PC) والتحكم الفردي في الميل (IPC).
● التحكم في ميل الشفرات (PSC) هو أبسط أشكال التحكم في الطاقة، حيث يُحفّز تصميم الشفرات تدفق الهواء على التوقف عند سرعات الرياح العالية. ومع ذلك، ورغم أنها الطريقة الأقل تكلفة، إلا أن الإنتاج لا يصل إلى الحد الأقصى، وفي الظروف الجوية القاسية، تتعرض الشفرات لإجهادات عالية.

● في تقنية التحكم في ميل الشفرات (ASC)، تُدار الشفرات عند سرعات رياح أعلى من القيمة المُصنّفة لتحقيق ظروف التوقف. وتتمثل ميزتها الرئيسية في إنتاج طاقة أكثر سلاسة.

● تُعد طريقة التحكم في ميل الشفرات أكثر تطورًا، وتُستخدم لزيادة التقاط الطاقة دون القدرة المُصنّفة، إلى جانب الحفاظ على إنتاج الطاقة عند سرعات الرياح العالية.

● تُعد تقنية التحكم في ميل الشفرات (IPC) إحدى أكثر التقنيات الواعدة لتنظيم الطاقة، حيث تدار كل شفرة أثناء حركة الدوار. وبهذه الطريقة، يُمكن تقليل الأحمال، وخاصةً الأحمال غير المتماثلة، إلى الحد الأدنى، مما يؤدي إلى زيادة عمر توربينات الرياح. ومع ذلك، فإن هذه التقنية أكثر تعقيدًا وتتطلب تكلفة أعلى.

خلال العقد الماضي، تم التحكم في درجة ميل توربينات الرياح الكبيرة الحديثة، مما أدى إلى تحسين التقاط الطاقة دون القدرة المقدرة لصالح تقليل الأحمال. في الشكل (19)، يشير تطور تقنيات التحكم في الطاقة منذ عام 2005 في أوروبا إلى أنه اعتبارًا من عام 2008، زادت حصة IPC إلى حوالي 20٪ من التركيبات السنوية بينما تنتمي النسبة المتبقية 70٪ -80٪ ​​إلى التحكم المنتظم في درجة الميل. من ناحية أخرى، فإن PSC و ASC غائبان تقريبًا في التركيبات الجديدة مما يشير إلى أن هذه التقنية للآلات الكبيرة خيار غير قابل للتطبيق عمليًا.

في الوقت الحاضر، تركز جهود البحث والتطوير في الغالب على تحسين أداء التوربين عن طريق تقليل الحمل الهيكلي دون زيادة التكلفة بشكل كبير وعن طريق تنشيط التدفق حول سطح الشفرات. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك "مولدات الدوامات" المصنوعة من البلاستيك الحراري عالي التحمل والتي يتم تثبيتها على شفرات التوربين [31]. في هذا السياق، تتجلى آثار التحسينات التكنولوجية التي حدثت خلال العشرين عامًا الماضية في متوسط ​​معامل القدرة السنوي (CF) لمنشآت طاقة الرياح، سواءً في الاتحاد الأوروبي أو عالميًا. في ذلك الوقت، تجاوزت معامل القدرة السنوي 22%، بينما كانت هذه القيمة أقل من 18% في عام 1995 (انظر الشكل 20) [13، 32]. وتعزى هذه الزيادة طويلة الأمد في متوسط ​​معامل القدرة السنوي إلى:
● تحسين كفاءة توربينات الرياح الحديثة.
● تقييم متطور لإمكانيات طاقة الرياح المحلية.
● انخفاض كبير في فترات التوقف.
● تطبيقات بحرية (معامل قدرة أعلى).
إلى جانب توربينات الرياح كبيرة الحجم، تغطي الآلات صغيرة الحجم مجموعة واسعة من التطبيقات. تشمل التطبيقات المستقلة عن الشبكة المنازل والمزارع والقرى النائية، وضخ المياه، وتحلية المياه، وإنارة الشوارع والإشارات، والقوارب الشراعية. بينما تشمل التطبيقات المتصلة بالشبكة تكامل المباني (أسطح المنازل)، والمنشآت الصناعية، والمزارع، والمساكن، وإنارة الشوارع، وغيرها. ويُظهر سوق الأنظمة الصغيرة جدًا المستقلة عن الشبكة (بآلاف الوحدات سنويًا لتشغيل القوارب واليخوت) اهتمامًا كبيرًا. من ناحية أخرى، من أمثلة التطبيقات المستقلة عن الشبكة استخدام 250,000 نظام طاقة رياح منزلي في منغوليا الداخلية، والانتشار الواسع لأنظمة طاقة الرياح الهجينة حول العالم (مثل برنامج كهربة الريف في تشيلي)، وتخدم أنظمة طاقة الرياح والديزل العديد من المستهلكين في المناطق النائية في ألاسكا وكندا وأستراليا.