من طواحين الهواء إلى توربينات الرياح: الفكرة ذاتها، بفارق 800 عام
تعمل توربينات الرياح الحديثة وطاحونة الحبوب التي تعود للعصور الوسطى على نفس المبدأ: تحويل الهواء المتحرك إلى عمود دوار. ما تغير على مدار ألف عام هو الغرض الذي صُمم هذا العمود لأجله.
تعود أقدم طواحين الهواء إلى ما يقرب من 1400 عام، في سيستان، وهي منطقة على الحدود بين إيران وأفغانستان الحديثتين، حيث أقام البناؤون في القرن السابع طواحين ذات محور رأسي بشفرات خشبية مغطاة بالقماش لطحن الحبوب ورفع المياه من الآبار. انتشر التصميم غربًا على طول طرق التجارة على مدى القرون التالية - بحلول القرن الحادي عشر، كانت طاقة الرياح مستخدمة على نطاق واسع في جميع أنحاء الشرق الأوسط، ويُنسب للتجار والصليبيين العائدين الفضل في نقل هذه التكنولوجيا إلى أوروبا.
غير البناؤون الأوروبيون التصميم بشكل كبير. فبدلاً من طواحين المحور الرأسي الفارسية، طوروا طواحين هواء ذات محور أفقي بأشرعة دوارة مألوفة الآن مثبتة على برج أو عمود، واستخدم الهولنديون على وجه الخصوص مضخات رياح كبيرة لتصريف البحيرات والمستنقعات عبر دلتا الراين المنخفضة، مستصلحين أراضي كانت ستبقى تحت الماء لولا ذلك. بحلول القرن الرابع عشر، انتشرت طواحين الهواء حتى روسيا، وأصبح طحن الحبوب بطاحونة تعمل بالرياح - بدلاً من شخص أو حيوان أو مياه جارية - أحد أهم قطع التكنولوجيا في العالم في العصور الوسطى.
قارة جديدة، شكل جديد
عندما جلب المستوطنون الأوروبيون تكنولوجيا طواحين الهواء إلى أمريكا الشمالية، تغير التصميم مرة أخرى ليناسب منظرًا طبيعيًا مختلفًا. فبدلاً من دوار واحد كبير على محور أفقي، استخدمت الطواحين الأمريكية عادةً العديد من الشفرات القصيرة المرتبة حول محور رأسي، مما سمح للطاحونة بالتقاط الرياح القادمة من أي اتجاه - وهو أمر مفيد في سهول الغرب الأمريكي المفتوحة والمتغيرة، حيث تم تركيب الآلاف من هذه الطواحين الأصغر لضخ المياه للمنازل والمواشي. جاء اختراق تجاري في خمسينيات القرن التاسع عشر، عندما بنى دانيال هالاداي وجون بورنهام طاحونة هواء تدور تلقائيًا لمواجهة الرياح وتنظم سرعتها، مما جعل المياه التي تضخها الرياح أكثر عملية وموثوقية بشكل كبير عبر الحدود.
القفزة من طحن الحبوب إلى توليد الطاقة
حدث التحول نحو الكهرباء في أواخر القرن التاسع عشر، وحدث في مكانين في وقت واحد تقريبًا. في اسكتلندا، بنى المهندس الكهربائي جيمس بليث ما يُنسب إليه عمومًا كأول مولد كهرباء يعمل بالرياح. وفي الولايات المتحدة، بنى المخترع تشارلز إف براش آلة أكبر بكثير في عام 1887 وقام بتركيبها في أوهايو في العام التالي - دوار بعرض 56 قدمًا، يغذي بطاريات أضاءت منزله الخاص، وينتج حوالي 12 كيلووات. هذه الآلة، وتلك التي تلتها، هي السبب في تغير الكلمة أيضًا: طاحونة الهواء التي تطحن الحبوب بقيت طاحونة هواء، لكن طاحونة الهواء التي بنيت لإنتاج الكهرباء بدأت تُسمى توربينات الرياح. استمر التطور طوال القرن العشرين - شفرات فولاذية بدلاً من الخشب والقماش، وبحلول عام 1941، أول توربين مصمم لإنتاج ميغاواط كامل من الطاقة. ثم دفعت أزمات النفط في السبعينيات تكنولوجيا الرياح من مجرد اهتمام متخصص إلى موضوع استثمار وطني جاد، وهو مسار يسير بخط مستمر تقريبًا إلى التوربينات البحرية الكبيرة جدًا التي يتم تركيبها اليوم.
قصة مصورة
الأسئلة الشائعة
هل اخترعت طواحين الهواء في أوروبا؟
لا. بُنيت أقدم طواحين الهواء المعروفة حوالي القرن السابع في سيستان، على الحدود بين إيران وأفغانستان الحديثتين، باستخدام تصميم ذي محور رأسي لطحن الحبوب وضخ المياه. وصلت التكنولوجيا إلى أوروبا بعد قرون، عبر طرق التجارة ومن خلال الصليبيين العائدين، حيث أعاد البناؤون تصميمها لتصبح طواحين ذات محور أفقي يتخيلها معظم الناس اليوم.
متى بدأت طواحين الهواء في توليد الكهرباء؟
حدث التحول في أواخر ثمانينيات القرن التاسع عشر. بنى المهندس الاسكتلندي جيمس بليث مولدًا مبكرًا يعمل بالرياح حوالي عام 1887، وقام المخترع الأمريكي تشارلز إف براش بتركيب آلة أكبر بحجم 56 قدمًا في أوهايو عام 1888 أضاءت منزله الخاص. في هذه الفترة تقريبًا، بدأ مصطلح 'توربينات الرياح' يحل محل 'طاحونة الهواء' للآلات المصممة لإنتاج الكهرباء بدلاً من طحن الحبوب.
ما هو الفرق الفعلي بين طاحونة الهواء وتوربينات الرياح؟
ميكانيكيًا، كلاهما يحول حركة الرياح إلى عمود دوار - لم تتغير الفيزياء الأساسية. الفرق هو ما يتصل به هذا العمود: كان عمود طاحونة الهواء التقليدية يدير أحجار الطحن أو مضخة مياه، بينما يدير عمود توربينات الرياح مولدًا كهربائيًا. كما أن التوربينات الحديثة أكبر بكثير، بشفرات يمكن أن تتجاوز 100 متر، مقارنة بأشرعة الخشب لطاحونة تقليدية.