توربينات الرياح المحمولة جواً

التوربين الهوائي هو تصميمٌ لتوربين رياح ذي دوّار معلق في الهواء دون الحاجة إلى برج، ^{[ 1 ]} مما يتيح الاستفادة من سرعة الرياح العالية واستمراريتها على ارتفاعات شاهقة، مع تجنب تكلفة بناء الأبراج، ^{[ 2 ]} أو الحاجة إلى حلقات انزلاق أو آلية توجيه . ويمكن وضع مولد كهربائي على الأرض أو في الهواء. وتشمل التحديات تعليق التوربينات وصيانتها بأمان على ارتفاع مئات الأمتار في ظل الرياح العاتية والعواصف، ونقل الطاقة المُجمّعة و/أو المُولّدة إلى الأرض، والتداخل مع حركة الطيران. ^{[ 3 ]}

يمكن تشغيل توربينات الرياح المحمولة جواً على ارتفاعات منخفضة أو عالية؛ وهي جزء من فئة أوسع من أنظمة طاقة الرياح المحمولة جواً (AWES) التي تشمل طاقة الرياح على ارتفاعات عالية وطاقة الطائرات الورقية التي تعمل بالرياح الجانبية . عندما يكون المولد على الأرض، ^{[ 4 ]} لا تحتاج الطائرة المربوطة إلى حمل كتلة المولد أو استخدام حبل موصل. أما عندما يكون المولد في الجو، فيُستخدم حبل موصل لنقل الطاقة إلى الأرض، أو يُستخدم في الجو، أو تُرسل الطاقة إلى أجهزة الاستقبال باستخدام الموجات الدقيقة أو الليزر. تهبط الطائرات الورقية والمروحيات عندما تكون الرياح غير كافية؛ وقد تحل الطائرات الورقية والمناطيد هذه المشكلة، ولكن مع بعض العيوب الأخرى. كما أن سوء الأحوال الجوية، مثل البرق أو العواصف الرعدية ، قد يُوقف استخدام هذه الآلات مؤقتاً، مما يستدعي على الأرجح إنزالها وتغطيتها. تتطلب بعض الأنظمة كابل طاقة طويل، وإذا كان التوربين على ارتفاع كافٍ، منطقة محظورة في المجال الجوي . اعتباراً من عام 2022، كان عدد قليل من توربينات الرياح المحمولة جواً التجارية قيد التشغيل المنتظم. ^{[ 5 ]}

يعتمد نظام طاقة الرياح المحمول جواً ذو الديناميكا الهوائية على الرياح للحصول على الدعم.

في أحد أنواع هذه الأنظمة، يكون المولد معلقًا في الهواء؛ حيث يقوم هيكل انسيابي يشبه الطائرة الورقية ، مربوطًا بالأرض، باستخلاص طاقة الرياح من خلال دعم توربين هوائي. أما في نوع آخر من الأجهزة، مثل طاقة الطائرات الورقية التي تعمل بالرياح الجانبية ، فتكون المولدات على الأرض؛ حيث يقوم جناح أو أكثر أو طائرة ورقية بممارسة قوة على حبل، يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية. ويتطلب التوربين المحمول جوًا موصلات في الحبل أو جهاز آخر لنقل الطاقة إلى الأرض. أما الأنظمة التي تعتمد على الرافعة، فيمكنها وضع وزن المولد على مستوى الأرض، وبالتالي لا تحتاج الحبال إلى توصيل الكهرباء.

تُعدّ أنظمة طاقة الرياح الديناميكية الهوائية موضوعًا ذا أهمية بحثية منذ عام 1980 على الأقل. ^{[ 6 ]} وقد طُرحت العديد من المقترحات، ولكن لا توجد منتجات تجارية متاحة حاليًا. ^{[ 7 ] [ 8 ]} وتشمل المشاريع الأخرى لأنظمة طاقة الرياح المحمولة جوًا ما يلي:

• أمبيكس باور
• قوة الطائرات الورقية
• KiteGen ^{[ 9 ]}
• روتوكيت ^{[ 10 ]}
• نظام HAWE ^{[ 11 ]}
• سكاي سيلز ^{[ 12 ]}
• تقنية X-Wind ^{[ 13 ]}
• نظام ماكاني باور الهجين للطائرات الورقية في الرياح الجانبية ^{[ 14 ]}
• نقل عزم الدوران من حلقة إلى حلقة في توربينات الطائرات الورقية التي تجتاحها الرياح والمثيرة للاهتمام ^{[ 15 ]}
• مطحنة الطائرات الورقية ^{[ 16 ]}

يعتمد نظام طاقة الرياح من نوع المنطاد، جزئيًا على الأقل، على الطفو لدعم عناصر تجميع الرياح. وتختلف المناطيد في تصميماتها ونسبة الرفع إلى السحب الناتجة عنها ؛ إذ يمكن لتأثير الطائرة الورقية الناتج عن الأشكال ذات نسبة الرفع إلى السحب العالية للمنطاد أن يُبقي التوربين المحمول جوًا محلقًا في الهواء بكفاءة؛ وقد اشتهرت مجموعة متنوعة من هذه البالونات الطائرة الورقية في عالم الكيتون بفضل دومينا جالبيرت .

يمكن استخدام البالونات للحفاظ على استمرار عمل الأنظمة في غياب الرياح، إلا أن البالونات تتسرب ببطء وتحتاج إلى إعادة تزويدها بغاز الرفع، وقد تحتاج إلى ترقيعها أيضاً. وقد تحل البالونات الكبيرة جداً التي تُسخّن بأشعة الشمس مشاكل تسرب الهيليوم أو الهيدروجين.

كانت شركة ماجين، ومقرها أونتاريو ^{[ 17 ]} ، تعمل على تطوير توربين يُسمى نظام ماجين الهوائي الدوار (MARS). ^{[ 18 ]} سيستخدم نظام MARS المستقبلي ، الذي يبلغ عرضه 300 متر (1000 قدم) ، دوارًا أفقيًا في جهاز معلق بالهيليوم، موصول بمحول كهربائي على الأرض. وتدّعي ماجين أن تقنيتها توفر عزم دوران عالٍ، وسرعات بدء منخفضة، وكفاءة إجمالية فائقة بفضل قدرتها على الانتشار على ارتفاعات أعلى مقارنةً بالحلول غير الهوائية. ^{[ 19 ]} وقد قامت شركة TCOM ببناء النماذج الأولية في أبريل 2008. ولم يتم تسليم أي وحدات إنتاجية حتى الآن. ^{[ 20 ]} 

تستخدم شركة ألتايروس إنيرجيز، ومقرها بوسطن، غطاءً بالونيًا مملوءًا بالهيليوم لرفع توربينات الرياح في الهواء، ونقل الطاقة الناتجة إلى محطة قاعدة عبر الكابلات نفسها المستخدمة للتحكم في الغطاء. وقد تم تجربة نموذج أولي بطول 35 قدمًا باستخدام توربينات رياح قياسية من طراز سكاي ستريم بقدرة 2.5 كيلوواط وقطر 3.7 متر في عام 2012. وفي خريف عام 2013، بدأت ألتايروس العمل على أول تجربة تجارية واسعة النطاق في ألاسكا. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

اقترح مفهوم آخر، نُشر عام 2023، بالونًا مملوءًا بالهيليوم مزودًا بأشرعة، تُولّد ضغطًا وتُحرّك دوران النظام حول محوره الأفقي. تُنقل الطاقة الحركية إلى مولد على الأرض عبر حبال في حركة دائرية. ^{[ 23 ]}

• طاقة الرياح في المرتفعات العالية
• توربين الهواء الديناميكي

• فانس، إريك (2009). "طاقة الرياح: آمال كبيرة". مجلة نيتشر . 460 (7255): 564-566 . doi : 10.1038/460564a .
• هوسكا، بوريس؛ ديل، موريتز (5 يوليو 2007). "التحكم الأمثل للطائرات الورقية المولدة للطاقة". المؤتمر الأوروبي للتحكم 2007 (ECC) . الصفحات 3560-3567 . doi : 10.23919/ECC.2007.7068861 . ISBN  978-3-9524173-8-6.

• كايتميل - الارتقاء بطاقة الرياح إلى آفاق جديدة
• أنظمة الطائرات الورقية للطاقة
• لماذا طاقة الرياح المحمولة جواً؟ مختبرات طاقة الرياح المحمولة جواً
• "توليد الطاقة من الطائرات الورقية" . مجلة وايرد . 10 أكتوبر 2006.
• فانس، إريك (2009). "طاقة الرياح: آمال كبيرة" . مجلة نيتشر . 460 (7255): 564-566 . doi : 10.1038/460564a .
• "توربين رياح عالي الارتفاع مفتوح المصدر على GitHub" .