close
menu
 Walid Amriou

The website and the blog of Walid Amriou

You can use the translate tool

قانون باتز ( نهاية باتز ) : أقصى إستطاعة كهربائية نستطيع الحصول عليها من توربينات الرياح





هل تعلم أن تربين رياح واحد يستطيع تزويد 300 منزل بالكهرباء؟ ، أمر رائع جدا ولكن هناك مشكلة نحن لا نستطيع الإستفادة من كل الطاقة الموجودة في الرياح فالجميع يظن أن التربين يحول كل الطاقة الموجودة في الرياح إلى طاقة كهربائية ، لذلك سنقوم بشرح قانون باتز أو نهاية باتز والخاصة بتوربينات الرياح ، حيث يقول باتز أنه لا يمكننا إسترداد إلا 60 بالمئة من إستطاعة الرياح الفعلية فمثلا لو كانت الرياح تحمل 100 وات نحن لا نستطيع إستخلاص إلا 60 وات منها هذا نظريا فقط وعمليا لم يتم إستخلاص إلا 40 بالمئة أي يعتبر قانون باتز بمثابة قيمة عظمي للإستخلاص قد لا تصل إليها أي تروبينة ولذلك نسميه نهاية.

ننطلق من فكرة مهمة وهي قانون إنحفاظ الطاقة حيث يقول أن الطاقة لا تستحدث ولا تزول أي جل ما نقوم به عند إنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح أننا نحولها من طاقة ميكانيكية هي عبارة عن حركة للرياح إلى طاقة كهربائية.
ومنه نستخلص أن الطاقة التي إمتصتها تربينات الرياح تساوي الطاقة الحركية التي فقدتها الرياح عندما مرت على المساحة التي تشغلها المراوح. ويمكننا أن نستنتج أيضا أن طاقة الرياح قبل دخولها في المساحة المشغولة من طرف مراوح التربين كانت أكبر منها من الطاقة بعد مراوح التربين.

رسم توضيحي للمساحة المشغولة من طرف لمراوح ، فالمراوح عندما تدور فإنها تقوم بعمل شكل شبه الدائرة وذلك هو المساحة المشغولة من طرف المراوح

في هذا الرسم التوضيحي الثاني V1 هي سرعة الرياح الأولى قبل دخولها في المساحة المشغولة من طرف المراوح و V2 هي سرعة الرياح بعد خروجها من المساحة المشغولة من طرف المراوح
 من خلال الرسم التوضيحي الثاني تلاحظ أنني وضعت سرعتين ، سرعة V1 وهي سرعة الرياح والسرعة V2 وهي سرعة الرياح بعد مرورها على التربين ، ولدينا معادلة الطاقة الحركية المعروفة وهي :
Ec=1/2.m.v^2
ومدام أن الكتلة ثابتة (لأن لها علاقة بالمساحة المشغولة من طرف المراوح وهي تمثل كتلة الهواء المار )  ومنه فالمتغير الوحيد هو السرعة ، إننا نستطيع القول أن الطاقة الحركية قبل مرورها على التربين أكبر من الطاقة الحركية بعد مرورها على التربين. أي الطاقة الحركية في الوضع 1 أكبر من الطاقة الحركية في الوضع 2 ( الوضع 1 هو عندما تكون السرعة هي V1 والوضع 2 هي عندما تكون السرعة V2 ).

قبل أن نبدأ مرحلة حل المعادلات يجب أن نعلم أن : الإستطاعة أو القدرة p هي مقدار أو المعدل الزمني لإنتاج الطاقة أي :
P=E/t
ومنه يمكننا أن نحسب الإستطاعة المستردة من التربين ( التربين هو مروحة الرياح كملاحظة فقط ) :

مدام أن الإستطاعة هي المعدل الزمني لإنتاج الطاقة والطاقة التي لدينا هي الطاقة الحركية ولاحظنا نقص في الطاقة الحركية بعد مرورها على التربين إذن تلك هي الطاقة المحولة من الطاقة الحركية إلى الكهربائية لأننا نعلم أن الطاقة لا تضيع إذن:
Pr=d(E1-E2)/dt
ولدينا:
E1=1/2.mV1^2
E2=1/2.m.V2^2
 ومنه نجد:
Pr=1/2.dm/dt.(V1^2 - V2^2)

مدام أن الإستطاعة المستردة الآن متعلقة بالتربين فإن m الكتلة متعلقة بالكتلة الحجمية للهواء الذي يمر على المساحة المشغولة من طرف المراوح أي أن : 

dm/dt=d(ρ.v)/dt=d(ρ.s.l)/dt=ρ.s.d(l)/dt
لدينا l هو الطول ومشتق الطول بالنسبة للزمن هو السرعة إذن نحصل على :
dm/dt= ρ.vr.Sr
حيث :   ρ هي الكتلة الحجمية للهواء.
          Vr هو سرعة دوران المراوح أو هي سرعة الرياح عند التربين.
          Sr المساحة المشغولة من طرف المراوح. 
نفرض أن سرعة الجزء الدوار من التربين هو المعدل بين السرعتين V1 وV2 ومنه نستنتج أن :
Vr=(V1-V2)/2

نعوض في معادلة Pr فنجد:

Pr=1/2.ρ.(V1-V2)/2.Sr.(V1^2 - V2^2)
بعد تبسيط المعادلة وبوضع :
λ=V2/V1
نجد:

Pr=1/2.ρ.Sr.V1^3[1/2(1+λ)(1-λ^2)]
 نلون هذه المعادلة لتوضيح بعض الأمور فيها:

Pr=1/2.ρ.Sr.V1^3[1/2(1+λ)(1-λ^2)]
 الجزء الملون باللون الأخضر يمثل إستطاعة الهواء ( يمكنك حساب إستطاعة الهواء الداخل أي أنني أقصد الوضع 1 وستجد هذه المعادلة ) و الجزء الملون باللون الأزرق هو عبارة عن معامل يسمى معامل كفاءة التربينات الرياح أو معامل الطاقة أو يسمى أيضا معامل الأداء ويرمز له بـ: Cp
لكي نجد أكبر إستطاعة أو قدرة كهربائية تستطيع الحصول عليها من تربينات الرياح يجب أن تكون Cp أكبر ما يمكن لذلك، نقوم بنشر معادلة Cp لنجد معادلة معينة ثم نقوم بإشتقاقها ثم المعادلة الناتجة عندما تكون معدومة والناتج سيكون رقمين أحدهما سالب لا نحتاجه والآخر موجب ويكون :
λ=1/3
حيث تعني هذه القيمة أنه عند λ تساوي 1/3 تكون الإستطاعة عظمي أي عندما يكون:
V2=V1/3  
وعند التعويض بهذه القيمة في معادلة Cp نجد:
Cp=16/27=0.593
أي :
Pr=(0.6).(1/2.ρ.Sr.V1^3)
ومعنى هذه المعادلة أن الإستطاعة المستردة هي 60 بالمئة من إستطاعة الرياح. 
هذه المعادلة نظرية فقط حيث أنه في الحقيقة لم تستطع لحد الآن البشرية الوصول إلا إلى 40 بالمئة فقط من إستطاعة الرياح ولذلك كما سبق وأشرت نسميها نهاية باتز.

 ملخص للمعادلات بدون شرح لتوضيحها أكثر:




الآن قد علمت أننا نستفيد فقط في الأكثر من 60 بالمئة من طاقة الرياح ومن اليوم لا تفكر في أنك تستفيد من كل طاقة الرياح :d 



thanks:
Dr.S.KOUDA

Tags

Limite de Betz | Betz's law | طاقة الرياح | التكنولوجيا | تربينات الرياح | قانون باتز | نهاية باتز

No comments:

Post a Comment

بعض العناصر في هذا الموقع مثل أزرار التنصيفات وغيرها لا تعمل في الوقت الحالي وذلك بسبب عملية تطوير وصيانة قائمة، ترقبوا الموقع بشكل أكثر تنظيما قريبا.

آخر مقال

السحر والحسد يفهمان بشكل خاطئ [ إعادة النظر فيما يخص العين والسحر والحسد ]

يحب الناس بشكل غريب الإتجاه نحوس الأجوبة السهلة والسريعة وفي أحيان كثيرة الساذجة، فمثلا لو سألني شخص حول الأقمار الصناعية وقال لي كيف...

شارك بقصتك

شارك بقصتك

للمشاركة تواصل معي

المقالات الأكثر قراءة

أرسل رسالتك

Name

Email *

Message *

المتابعة بالبريد الإلكتروني

المتابعون