How do wind turbines work? - Rebecca J. Barthelmie and Sara C. Pryor

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Sigal Tifferet

Every 24 hours, wind generates enough kinetic energy

כל 24 שעות, הרוח מפיקה מספיק אנרגיה קינטית

to produce roughly 35 times more electricity than humanity uses each day.

כדי לייצר חשמל בכמות של פי 35 מהכמות היומית בה האנושות משתמשת.

And unlike coal or oil, this resource is totally renewed each day.

ובניגוד לפחם ונפט, המשאב הזה מתחדש לגמרי כל יום.

So how can we harness this incredible amount of energy,

אז איך אפשר לרתום את כמות האנרגיה הגדולה הזו,

and is it possible to create a world powered entirely by wind?

והאם נצליח ליצור עולם שמופעל לגמרי על ידי רוח?

The basic principle of wind energy is simple.

העיקרון הבסיסי של אנרגיית רוח הוא פשוט.

A series of sails or blades mounted around a rotor catch the wind

סדרה של מפרשים או להבים שמורכבים על רוטור, לוכדים את הרוח

and translate its kinetic energy into rotational energy.

ומתרגמים את האנרגיה הקינטית (תנועתית) שלה לאנרגיה סיבובית.

Traditional windmills use that rotational energy to grind wheat or pump water.

תחנות רוח מסורתיות משתמשות באנרגיה הסיבובית הזו

כדי לטחון חיטה או לשאוב מים.

But in modern wind turbines, it turns a generator that creates electricity.

אבל בטורבינות רוח מודרניות, היא מסובבת גנרטור שיוצר חשמל.

This conversion from wind to rotational energy to electricity

ההמרה מאנרגיית רוח - לסיבובית - לחשמל

has defined wind turbines since their invention in the late 19th century.

הגדירה טורבינות רוח מאז המצאתן בשלהי המאה ה 19.

And there are three primary factors that determine just how much energy

ויש שלושה גורמים עיקריים שקובעים כמה אנרגיה

they can produce: the size and orientation of the blades,

הן יכולות לייצר: גודל וכיוון הלהבים,

the blade’s aerodynamic design, and the amount of wind turning the rotor.

העיצוב האוירודינמי של הלהבים, וכמות הרוח שמסובבת את הרוטור.

First up, blade orientation.

ראשית, כיוון הלהבים.

Wind turbines can be designed with their rotor

אפשר לתכנן טורבינות רוח עם רוטור

on a vertical axis or a horizontal axis.

על ציר אנכי או ציר אופקי.

Vertical blades can pick up wind coming from any direction,

להבים אנכיים יכולים ללכוד את הרוח שמגיעה מכל כיוון,

but with much less efficiency than horizontal axis rotors.

אבל ביעילות נמוכה מרוטורים עם ציר אופקי.

Horizontal designs allow blades to capture the wind’s full force

עיצובים אופקיים מאפשרים ללהבים ללכוד את כוחה המלא של הרוח

by tracking the wind’s direction and turning to face it.

תוך מעקב אחר כיוון הרוח ופנייה לכיוונה.

This turning process is called yawing,

תהליך הסיבוב הזה נקרא סיבסוב,

and older windmills achieved it through manual monitoring.

ותחנות רוח ישנות יותר השיגו אותו דרך ניטור ידני.

Today, wind sensors and computer systems automatically adjust the blades

היום, חיישני רוח ומערכות ממוחשבות מתאימות אוטומטית את הלהבים

with expert precision to capture as much energy as possible.

בדיוק רב, כדי ללכוד כמה שיותר אנרגיה.

Outside rotor orientation,

חוץ מכוונון הרוטורים,

the blades themselves need to be shaped to maximize efficiency.

הלהבים עצמם צריכים להיות מעוצבים ליעילות מקסימלית.

While early designs used flat blades,

בעוד עיצובים מוקדמים השתמשו בלהבים שטוחים,

modern blades are curved like airplane wings.

להבים מודרניים מעוקלים כמו כנפיים של מטוסים.

Wind travels faster over the curved surface,

הרוח נעה מהר יותר על המשטח המעוקל,

creating a low-pressure pocket above the blade that forces it upwards.

מה שיוצר כיס לחץ נמוך מעל הלהב שדוחף אותו למעלה.

Since the amount of lift depends on the angle

מאחר וכמות העילוי תלויה בזווית

at which the wind is moving relative to the blade,

בה הרוח נעה יחסית ללהב,

modern blades also incorporate a twist,

להבים מודרנים משלבים גם סיבוב,

optimizing how much of the blade can cut into the wind.

וממטבים כמה מהלהב יכול לחתוך לתוך הרוח.

Made of fiberglass and resin layers, these blades are strong enough

הלהבים עשויים מפיברגלס ושכבות שרף, ולכן הם חזקים מספיק

to operate through rain, lightning, and blistering sunlight for over 20 years.

כדי לפעול בגשם, ברקים, ושמש קופחת מעל 20 שנה.

Even with aerodynamic blades and a horizontal rotor,

אפילו עם להבים אוירודינמיים ורוטור אופקי,

a wind turbine can only capture wind if it's in a windy environment.

טורבינת רוח יכולה ללכוד רוח רק אם היא חשופה לרוחות.

Wind speeds typically increase the higher into the atmosphere you travel.

מהירויות הרוח בדרך כלל עולות ככול שעולים בגובה באטמוספירה.

So today, most turbines are well over 100 meters tall,

אז היום, רוב הטורבינות הן בגובה של מעל 100 מטר,

with equally large rotor diameters.

עם קוטר רוטורים גדול בהתאם.

A turbine of this height and size can capture a huge amount of wind,

טורבינה בגובה הזה ובגודל הזה יכולה ללכוד כמויות גדולות של רוח,

generating enough electricity every year to power 750 American homes.

ולייצר מספיק חשמל כל שנה ל 750 בתים אמריקאים.

A wind farm of 200 similarly sized turbines

חוות רוח של 200 טורבינות בגודל דומה

could power over 150,000 American homes— or twice as many European homes—

יכולה לספק חשמל למעל 150,000 בתים אמריקאים -- או פי שניים בתים אירופאים --

for an entire year.

למשך שנה שלמה.

Offshore wind farms contain an even greater number of even larger turbines.

חוות רוח בים כוללות אפילו יותר טורבינות גדולות יותר.

In 2019, the largest wind turbine ever built

ב 2019, טורבינות הרוח הגדולות ביותר שנבנו אי פעם

began operating off the coast of the Netherlands.

התחילו לפעול מול חופי הולנד.

With a rotor diameter of 220 meters, just one of these turbines

עם קוטר רוטור של 220 מטר, רק אחת מהטורבינות האלו

can meet the annual power needs of 16,000 European households.

יכולה לספק כוח שנתי שנדרש ל 16,000 בתים אירופאים.

Despite its amazing potential, wind energy still faces challenges.

למרות הפונטציאל המדהים, אנרגיית הרוח עדין ניצבת בפני אתגרים.

Wind may be a free and unlimited fuel,

רוח יכולה להיות דלק חינמי ובלתי מוגבל,

but no matter how large or efficient a turbine is

אבל לא משנה כמה הטורבינה גדולה או יעילה,

there's a mathematical limit to how much wind it can convert into electricity.

יש גבול מתמטי לכמה רוח היא תוכל להמיר לחשמל.

German physicist Albert Betz calculated

הפיזיקאי הגרמני אלברט בטס חישב

that since some wind must remain to keep the blades spinning,

שמאחר וחלק מהרוח חייבת להישאר כדי לאפשר ללהבים להסתובב,

a turbine can only ever capture 59.3% of the wind’s energy.

טורבינה יכולה ללכוד רק 59.3% מאנרגיית הרוח.

Additionally, some people feel turbines disrupt natural scenery,

בנוסף, יש אנשים שמרגישים שטורבינות רוח מפריעות לנוף הטבעי,

and wind energy’s intermittent availability

והזמינות המקוטעת של אנרגית הרוח

can make it difficult to integrate into electrical grids.

יכולה להקשות על שילובה ברשת החשמל.

But even with these challenges, modern wind turbines have made wind energy

אבל אפילו עם האתגרים האלה, טורבינות רוח מודרניות הפכו את אנרגית הרוח

the most efficient and inexpensive source of electricity.

למקור האנרגיה הכי זול ויעיל לחשמל.

Wind turbines already provide essential energy for communities around the world.

טורבינות רוח כבר מספקות אנרגיה חיונית לקהילות מסביב לעולם.

And for many farmers, hosting a wind turbine

ועבור הרבה חוואים, אירוח טורבינת רוח

can be a reliable source of additional income.

יכול להיות מקור אמין להכנסה נוספת.

With continued improvements in wind forecasting,

עם שיפורים מתמשכים בחיזוי הרוח,

electrical grid infrastructure and energy storage,

תשתית רשת החשמל ואגירת האנרגיה,

wind power might blow away all our energy problems.

אנרגיית הרוח אולי תעיף את כל בעיות האנרגיה שלנו.