يمثّل تجمد شفرات توربينات الرياح تحديًا كبيرًا للتشغيل الآمن والمستقر لأحد مصادر الطاقة المتجددة الواعدة؛ ما استلزم إجراء أبحاث متعددة في محاولة للوصول إلى حل فاعل.
وما تزال تقنية التسخين الكهربائي المُضادة للتجمد المُستعملة على نطاق واسع لشفرات توربينات الرياح تُواجه العديد من المشكلات، بما في ذلك التسخين غير المُتساوي في المنطقة المُستهدفة، وتكوّن الجليد المُوضعي.
واقترحت دراسة حديثة -حصلت عليها منصة الطاقة المتخصصة- نهجًا مُبتكرًا باستعمال مواد ذات معامل درجة حرارة إيجابي (PTC)؛ ما سمح بوضع نموذج تسخين كهربائي للشفرات ومحاكاته.
وتوصل الباحثون الصينيون إلى أن استعمال مادة معامل الحرارة الإيجابي للتسخين الكهربائي للشفرات يُحقق تسخينًا أكثر اتساقًا في جميع أنحاء المنطقة المستهدفة، مؤكدين أن هذه النتائج تُوفر أساسًا نظريًا متينًا لمزيد من الأبحاث حول أنظمة مكافحة تجمد شفرات توربينات الرياح.
طاقة الرياح وأزمة التجمد
برزت طاقة الرياح بوصفها مصدرًا حيويًا للطاقة النظيفة في السنوات الأخيرة؛ إذ أدت دورًا محوريًا في تحقيق أهداف خفض انبعاثات الكربون، وشهدت تطورًا سريعًا.
وتشير التوقعات إلى أنه بحلول نهاية عام 2025، ستصل سعة توربينات الرياح المُركبة في الصين إلى 540 غيغاواط، في حين ستصل السعة العالمية إلى 1200 غيغاواط.
ومع ذلك، تقع غالبية مزارع الرياح واسعة النطاق في مناطق جبلية نائية وبحرية غنية بموارد الرياح؛ وهو ما يؤدي إلى تراكم الجليد بصورة متكررة على شفرات توربينات الرياح في هذه المناطق، خلال ظروف الشتاء الباردة والرطبة.
ولا يقتصر تأثير هذا التجمد على انخفاض أداء توربينات الرياح وكفاءتها فحسب؛ وإنما يؤثر سلبًا -أيضًا- في سبل عيش السكان وتطورهم الاجتماعي والاقتصادي.
وأُجريت أبحاث مكثفة حول تجمد شفرات توربينات الرياح من خلال التجارب والمحاكاة العددية والملاحظات الميدانية؛ ما أدى إلى اقتراح طرق مختلفة لمكافحة التجمد.
وتُظهر الدراسات التجريبية أن هذه الطرق قادرة على تحسين اتساق درجة الحرارة وتعزيز كفاءة استهلاك الطاقة إلى حد ما؛ إلا أنها تتطلّب عادةً التنسيق بين أنظمة فرعية متعددة، ما يزيد من تعقيد النظام ككل.
مكافحة تجمّد شفرات توربينات الرياح
تقترح الدراسة -التي نشرتها مجلة "ساينس دايركت" (Science Direct)- طريقة مبتكرة للتسخين الكهربائي التكيفي لمكافحة تجمّد شفرات توربينات الرياح، باستعمال مادة معامل درجة الحرارة الإيجابي بنقطة حرارة كوري تساوي درجة مئوية واحدة.
ووفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، درجة حرارة كوري هي درجة الحرارة التي تفقد عندها المواد المغناطيسية الحديدية خصائصها المغناطيسية الدائمة، وعند بلوغ هذه الدرجة أو تجاوزها، لا يمكن للمادة أن تحتفظ بمغناطيسيتها الدائمة، في حين تصبح مغناطيسية مستحثة.
وتتميز مادة معامل درجة الحرارة الإيجابي بقدرتها على ضبط طاقة التسخين بسرعة فائقة كمفتاح عند درجة حرارة مئوية واحدة، مع تعديل شدة الضبط بصورة تكيفية مع درجة الحرارة، بحسب ما أوضحه الباحثون في دراستهم.
ومع زيادة جهد التشغيل، تُظهر المادة المُركبة قدرة تكيف قوية، ما يحدّ بفاعلية من أقصى درجة حرارة داخل المنطقة المُستهدفة إلى أقل من 3 درجات مئوية.
علاوةً على ذلك، عند جهد تشغيل ثابت، تُعدّل المادة المُركبة قدرتها الحرارية بشكل مُتكيف استجابةً لتغيرات درجات الحرارة المُحيطة وسرعات الرياح.
ولا يقتصر استعمال هذه المادة للتسخين الكهربائي على الضبط التلقائي لطاقة التسخين فحسب، بل يوفر أيضًا تسخينًا أكثر اتساقًا للسطح المستهدف، ما يقلل من استهلاك الطاقة.
بعد ذلك، يُبنى نموذج تسخين كهربائي للشفرات بالاستفادة من خصائص مقاومة ودرجة حرارة المادة، وتُجرى عمليات محاكاة عددية لتقييم أدائها، ما أظهر أن هذه المادة تحافظ على قدرة تكيف قوية حتى بعد 100 دورة اختبار.
وتحقق الباحثون تجريبيًا من قدرة المادة على التكيف في محطة مراقبة وأبحاث سلامة معدات الطاقة الجبلية في شيويفنغ، التابعة لجامعة تشونغتشينغ.
موضوعات متعلقة..
- إعادة تدوير شفرات توربينات الرياح.. 4 أسئلة وأجوبة تشرح التحديات البيئية
- شركة عالمية لتصنيع شفرات توربينات الرياح تطرد موظفين بسبب حادث
- إعادة تدوير شفرات توربينات الرياح لأغراض البناء والسيارات
اقرأ أيضًا..
- مشروع مصفاة نفط ضخمة ينافس الجزائر على المركز الثاني بأفريقيا
- الطلب العالمي على الغاز قد يتجاوز 4.6 تريليون متر مكعب
- أوابك: عدد مشروعات الهيدروجين العربية يواصل الارتفاع.. ومصر تتصدر القائمة
- السيارات الكهربائية في بريطانيا تثير انقسامًا.. واتهامات بالرشاوى (تقرير)
المصدر:
