الطاقة الاحتمالية في الهواء

ان التفكير باستغلال الطاقة الهوائية يتطلب في البداية معرفة الكثير من المعلومات التفصيلية عن حركة الهواء في المنطقة موضع الاهتمام. ويقتضي هذا الأمر القيام بالعديد من القياسات وعلى فترات مختلفة من أجل الحصول على صورة واضحة عن امكانات استغلال الطاقة الهوائية، لكن ما هي الطاقة الهوائية وما هي مسبباتها ؟

والحقيقة أن الطاقة الهوائية مثلها مثل الطاقة الشمسية وطاقة أمواج البحر وطاقة المد والجزر والطاقة الحرارية في البحار والمحيطات كلها مصادر طبيعية من الطاقة لا نستطيع التحكم في مقدار المخزون فيها وان كان باستطاعتنا أن نحصل على بعض هذا المخزون، ومن الضروري حين نتحدث عن استغلال مصادر الطاقة التي توفرها الطبيعة بشكل مستمر ودائم أن نعي منذ البداية اننا محكومون بالطبيعة ذاتها وبالقوانين التي تتحكم فيها وان كل جهدنا لابد أن ينصب على فهم هذه القوانين من أجل زيادة قدرتنا على الاستفادة من هذه المعطيات الطبيعية، وصحيح ان باستطاعة الانسان التدخل في بعض هذه المعطيات لكن تدخله هذا محفوف بالكثير من الأخطار، ومن الأفضل أن تتركز الجهود على توسيع استفادتنا من هذه المعطيات وتكثيف ذلك.

إن حساب كمية الطاقة التي يمكن الحصول عليها من المواء ليس بالأمر السهل. فالطاقة التي نستطيع الحصول عليها ليست سوى جزء بسيط من مجمل الطاقة الهوائية المتوفرة. وتعتمد كمية الطاقة الهوائية على عدة عوامل منها مساحة عجلة الطاحونة الهوائية وسرعة المواء، ولكن اذا كان بالإمكان التحكم في مساحة عجلة الطاحونة الهوائية فن الصعب جداً أن نطمح الى التحكم بسرعة المواء، أو حتى الى توقع تلك السرعة بشكل دقيق في أية لحظة خلال فترة زمنية معينة، إن حركة المواء عشوائية ومتقطعة، فسرعة المواء قد تتغير بقدار الضعف خلال ثوان قليلة مما يعفي أن كمية الطاقة التي يمكن الحصول عليها ستتغير أضعاف المرات. ان هذا ليس بالأمر الغريب وبخاصة اذا أخذنا بعين الاعتبار أن كمية الطاقة الهوائية تتغير طردياً ع مكعب قيمة السرعة ، ان هذا يعني أنه ذا انخفضت سرعة المواء بقدار النصف فان كمية الطاقة الهوائية تنخفض الى ه١٢ر من القيمة الأصلية، أما اذا تضاعفت سرعة المواء فان ذلك يعني زيادة الطاقة بمعدل ثماني مرات.

لكن اذا توفرت معلومات كافية لدى الباحث المختص عن خصائص الهواء في منطقة ما وعن سرعته واتجاهاته ومساراته ومعدل التغير في سرعته والحدود التي تتغير ضمنا سرعته فان بالإمكان الحصول على فكرة معقولة عن كمية الطاقة التي يمكن الحصول عليها فيا لو تم تركيب طاحونة هوائية في المنطقة المذكورة، وبالإمكان حساب كمية الطاقة التي يمتلكها الهواء من خلال المعادلات الرياضية الخاصة بالطاقة الحركية، فالطاقة الحركية لأي جسم متحرك هي نصف حاصل ضرب كتلته في مربع سرعته، واذا وضعنا الأمر بشكل معادلة رياضية تصبح كالتالي :

وحيث إن عجلة طاحونة المواء تتخذ شكلا دائرياً فان المساحة المشار اليها في المعادلة السابقة تكون متناسبة مع مربع قطر العجلة، وعلى ذلك فالطاقة الحركية تصبح متناسبة مع مربع قطر عجلة الطاحونة الهوائية مضروبا في مكعب سرعة الهواء. واذا كان باستطاعتنا التحكم في مقاييس طاحونة الهواء وقطر عجلتها اعتماداً على المعلومات الهندسية المتوفرة لدينا، فانه من غير الممكن التحكم في سرعة الهواء، وما نستطيع القيام به هو الحصول على المعلومات الخاصة بطبيعة حركة الهواء لتعطينا صورة معقولة عن الطاقة التي يمكن الحصول عليها، لكن وكما هو لحال في الآلات الميكانيكية فأننا لا نستطيع الصول على كل الطاقة حسب معادلاتنا السابقة، وذلك لأن الطاحونة الهوسة لا تعمل بكفاءة تامة، وكذلك هناك جزء من الطاقة يضيع بسبب الاحتكاك بين اجزاء الطاحونة المختلفة مثل االمسننات وغيرها، أما التحديد الآخر فيتعلق بالمولد الكهربائي نفسه اذ أن هذه المولدات تعمل ضمن نطاق معين من السرعات فاذا كانت سرعة الطاحونة أعلى أو أقل من نطاق السرعات المذكورة فان المولد الكهربائي لا يمكنه العمل وانتاج الطاقة الكهربائية، إن معنى هذا أن بإمكان الطاحونة الهوائية أن تكون مصدر طاقة ضمن سرعات معينة للهواء، والمعمول به في المجال العملي أنه اذا زادت سرعة الهواء عن حدود معينة فانه يتم ايقاف الطاحونة تماماً اذ أن تشغيلها على تلك السرعات يشكل خطراً على سلامة الطاحونة نفسها ناهيك عن أن المولد الكهربائي نفسه لن يعمل على تلك السرعات العالية.