في ظل بيئة اليوم، أصبح نقص الموارد والتدهور البيئي مشكلةً بارزةً للغاية في جميع أنحاء البلاد، وأصبحت كيفية تطوير الطاقة المتجددة واستخدامها بشكل معقول موضع اهتمام واسع النطاق. تتمتع طاقة الرياح، كطاقة متجددة خالية من التلوث، بإمكانيات تطوير هائلة، وأصبحت صناعة الرياح مجالًا جديدًا للطاقة، وواعدةً جدًا بآفاق تطويرها الواعدة، كما استُخدمت مستشعرات سرعة الرياح وأجهزة استشعار سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع.
أولاً، تطبيق مستشعر سرعة الرياح واتجاهها
تُستخدم مستشعرات سرعة الرياح واتجاهها على نطاق واسع في توليد طاقة الرياح. تُحوّل طاقة الرياح الحركية إلى طاقة حركية ميكانيكية، ثم تُحوّل هذه الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حركية كهربائية، وهي طاقة الرياح. يقوم مبدأ توليد طاقة الرياح على استخدام الرياح لدفع دوران شفرات طاحونة الهواء، ثم زيادة سرعة الدوران عبر مُخفّض السرعة لدفع المولد إلى توليد الكهرباء.
على الرغم من أن عملية توليد طاقة الرياح صديقة للبيئة للغاية، إلا أن عدم استقرارها يجعل تكلفتها أعلى من مصادر الطاقة الأخرى. لذلك، للتحكم الجيد في طاقة الرياح، ومواكبة تغيراتها، للحصول على أقصى طاقة توليد وتقليل التكلفة، يجب قياس اتجاه الرياح وسرعتها بدقة وفي الوقت المناسب للتحكم في المروحة وفقًا لذلك. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب اختيار موقع مزارع الرياح التنبؤ المسبق بسرعة الرياح واتجاهها لتوفير أساس تحليلي معقول. لذلك، يُعد استخدام مستشعرات سرعة الرياح واتجاهها لقياس معاملات الرياح بدقة أمرًا بالغ الأهمية في توليد طاقة الرياح.
ثانياً، مبدأ مستشعر سرعة الرياح واتجاهها
1، مستشعر سرعة الرياح واتجاهها الميكانيكي
مستشعر سرعة الرياح واتجاهها الميكانيكي بسبب وجود عمود دوار ميكانيكي، يتم تقسيمه إلى مستشعر سرعة الرياح ومستشعر اتجاه الرياح نوعين من المعدات:
مستشعر سرعة الرياح
مستشعر سرعة الرياح الميكانيكي هو مستشعر قادر على قياس سرعة الرياح وحجم الهواء باستمرار (حجم الهواء = سرعة الرياح × مساحة المقطع العرضي). أكثر مستشعرات سرعة الرياح شيوعًا هو مستشعر سرعة الرياح ذي الكأس، والذي يُقال إن روبنسون هو من اخترعه في بريطانيا. يتكون قسم القياس من ثلاثة أو أربعة أكواب رياح نصف كروية، مثبتة في اتجاه واحد بزاوية متساوية على حامل دوار على أرضية عمودية.
مستشعر اتجاه الرياح
مستشعر اتجاه الرياح هو جهاز فيزيائي يستشعر معلومات اتجاه الرياح عن طريق دوران سهم اتجاه الرياح، وينقلها إلى قرص الترميز المحوري، ويعرض في الوقت نفسه قيمة اتجاه الرياح المقابلة. يعتمد هيكله الرئيسي على الهيكل الميكانيكي لريشة الرياح، وعندما تهب الرياح باتجاه جناح ذيلها، يشير سهمها إلى اتجاه الرياح. وللحفاظ على حساسية الاتجاه، تُستخدم آليات داخلية مختلفة لتحديد اتجاه مستشعر سرعة الرياح.
2، مستشعر سرعة الرياح واتجاهها بالموجات فوق الصوتية
يعتمد مبدأ عمل الموجات فوق الصوتية على قياس سرعة الرياح واتجاهها باستخدام طريقة فرق التوقيت بالموجات فوق الصوتية. فنظرًا لسرعة انتقال الصوت عبر الهواء، فإنها تتراكب مع سرعة تدفق الهواء الصاعد من الرياح. فإذا تحركت الموجات فوق الصوتية في نفس اتجاه الرياح، تزداد سرعتها؛ أما إذا كان اتجاه انتشار الموجات فوق الصوتية معاكسًا لاتجاه الرياح، فتتباطأ سرعتها. لذلك، في ظل ظروف كشف ثابتة، يمكن أن تتوافق سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الهواء مع دالة سرعة الرياح. ويمكن الحصول على سرعة واتجاه رياح دقيقين عن طريق الحساب. فعندما تنتقل الموجات الصوتية عبر الهواء، تتأثر سرعتها بدرجة الحرارة بشكل كبير؛ إذ يكتشف مستشعر سرعة الرياح اتجاهين متعاكسين على قناتين، وبالتالي فإن درجة الحرارة لها تأثير ضئيل على سرعة الموجات الصوتية.
يُعدّ مستشعر سرعة الرياح واتجاهها جزءًا لا يتجزأ من تطوير طاقة الرياح، إذ يؤثر بشكل مباشر على موثوقية وكفاءة توليد الطاقة للمروحة، ويرتبط ارتباطًا مباشرًا بأرباح وربحية ورضا قطاع طاقة الرياح. في الوقت الحالي، تقع معظم محطات طاقة الرياح في بيئات طبيعية قاسية، حيث درجات الحرارة المنخفضة والغبار الكثيف، وتتطلب متطلبات قاسية جدًا لدرجة حرارة التشغيل ومقاومة الانحناء. وتعاني المنتجات الميكانيكية الحالية من نقص طفيف في هذا الجانب. لذلك، قد تتمتع مستشعرات سرعة الرياح واتجاهها بالموجات فوق الصوتية بآفاق تطبيقية واسعة في قطاع طاقة الرياح.
وقت النشر: ١٦ مايو ٢٠٢٤