طور فريق من الباحثين من جامعة خليفة خوارزمية جديدة لتوجيه عملية تصميم توربينات الرياح وتشغيلها، حيث يمكن أن تحدد الخوارزمية الخاصة بهم الزاوية المثالية لميل الشفرة لزيادة قوة الرفع إلى الحد الأقصى، بالإضافة إلى عدد الشفرات التي ستنتج عزم دوران أعلى عند انخفاض سرعة الرياح، كما ستساعد نتائجهم البحثية على تعزيز فعالية أي تصميم لتوربينات الرياح ذات محور الدوران الرأسي.
نشر كلٌّ من الأستاذ الدكتور عصام جناجرة وأنتيم غوبتا والدكتور حامد آيت عبد الرحمن من قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة خليفة، نتائجهم البحثية في المجلة العلمية "أبلايد إنرجي" المصنّفة ضمن أفضل 1% من المجلات العلمية.
تُصنّف توربينات الرياح إلى نوعين، توربينات الرياح ذات محور الدوران الأفقي والتوربينات ذات محور الدوران الرأسي، وتُعتبر التوربينات ذات محور الدوران الأفقي هي الأكثر شيوعًا، حيث يحتوي هذا النوع من التوربينات على اثنين أو ثلاثة شفرات طويلة ورقيقة تواجه الرياح بشكل مباشر، بينما تحتوي التوربينات ذات محور الدوران الرأسي على شفرات منحنية أوسع وأقصر، وتُعتبر التوربينات ذات محور الدوران الرأسي أقل كفاءة من نظيراتها ذات محور الدوران الأفقي ولكنها تقدم مزايا تناسب المناطق الحضرية، بسبب عملها بهدوء أكبر ومظهرها الخارجي الأفضل وانخفاض الحد الأدنى لسرعة الرياح التي تعمل فيها
تواجه نماذج توربينات الرياح ذات محور الدوران الأفقي التقليدية قيودًا تتعلق بالأداء بالإضافة إلى المخاوف المتعلقة بنفوق الطيور والقبول العام لها في المناطق ذات أنماط الرياح المتغيرة مثل الأراضي الجبلية في دول الخليج، وقد تمثّل توربينات الرياح ذات محور الدوران الرأسي بديلًا واعدًا، لأنها تقلل العديد من العيوب التي تشمل التحديات اللوجستية والصيانة، ولكن تمثّل كفاءتها المنخفضة والتنبؤ بالأداء المعقد بسبب الظروف الديناميكية الهوائية غير المتسقة عقبات كبيرة.
تركز التطورات في تكنولوجيا توربينات الرياح على تعزيز توربينات الرياح ذات محور الدوران الرأسي من خلال تحسين التصميمات والمواد وأنظمة التحكم، وتُعد الكفاءة الديناميكية الهوائية مجالًا بحثيًا مهمًا، وهي تشمل عوامل مثل شكل الشفرة وعددها وصلابتها التي تمت دراستها لتعزيز الأداء، حيث يمكن أن يعالج التحكم في زاوية ميل الشفرة على سبيل المثال، مشكلات مثل عدم كفاءة السرعة المنخفضة للرياح والقدرة على البدء الذاتي، كما يمكن أن يوفر التعديل المثالي لزاوية ميل الشفرة أفضل مستوى من الكفاءة لتعزيز الطاقة الناتجة والفعالية التشغيلية.
يحتاج فهم التفاعل المعقد للديناميكا الهوائية في توربينات الرياح ذات محور الدوران الرأسي إلى نماذج تنبؤية متطورة، وفي السياق، قام الفريق البحثي بدراسة تعديل زاوية ميل الشفرة باستخدام خوارزمية جديدة، حيث ساهمت النتائج الذي حصل عليها فيما يتعلق بالزوايا المثالية لميل الشفرة وأطوال الأوتار وعدد الشفرات، في تمهيد الطريق لتصميم توربينات رياح أكثر كفاءة وقابلية للتكيف، الأمر الذي يعد بتعزيز الاستدامة وقابلية وصول طاقة الرياح إلى بيئات متنوعة.
ترجمة: مريم ماضي