مقدمة Introduction:

تعتبر العنفات الريحية صديقة للبيئة فهي لا تقوم بتلويث الهواء بمخلفات غاز ثاني أكسيد الكربون أو مركبات الكبريت أو الفحوم الهيدروجينية كما تفعل محطات التوليد التقليدية، كذلك لا تسبب مشاكل التخلص من بقايا النفايات، كالنفايات المشعة المتبقية في المحطات النووية. ومما يميز العنفات الريحية عن غيرها من محطات الطاقة هو أنّ تأثيرها على البيئة يكون محلي فقط في المكان الذي تتواجد فيه المزرعة الريحية، لذلك يشمل دراسة التأثير البيئي للعنفة الريحية الأفكار التالية:

– الضجيج الناتج عن العنفة الريحية.

– تأثير ظل العنفة.

– التداخل مع إشارات الراديو.

– مساحة الأرض المستخدمة لإقامة المزرعة الريحية.

– التأثير على حياة الطيور.

الضجيج الناتج عن العنفة الريحية Wind Turbine Noise:

لا تعمل العنفة الريحية بشكل صامت حيث ينتج عن تشغيلها نوع من الضجيج المسموع من مسافة محددة، وقد ينتج من بعض العنفات نوع من الضجيج الغير مُحتمل بحيث لا يمكن وضع العنفة في المناطق السكنية. إن موضوع معالجة مشكلة الضجيج يقع على العاتق التصميمي والتشغيلي للعنفة، فالعنفات ذات القيادة المباشرة (بدون علبة سرعة) تكون ذات ضجيج منخفض جداً ناتج عن ارتطام الهواء بالشفرات.

المحددات السمعية ومستويات الضجيج المسموح بها:

إن المحدد الأهم الذي يصف بشكل عام كثافة الضجيج في موقع ما يسمى مستوى ضغط الصوت “Sound Pressure level” ويُشار إليه بالرمز”dB(A)”. وقد تم تشريع قوانين خاصة لقيم مستوى ضغط الصوت المسموح بها والذي يُنتجه منبع الضجيج وهي تخ

تلف من بلد إلى آخر. القيم الأعظمية المسموح بها تختلف حسب طبيعة المنطقة المحيطة فيما إذا كانت منطقة صناعية بشكل كامل أو منطقة مختلطة صناعية وسكنية معاً وحسب وقت التشغيل ليلاً أم نهاراً.

يظهر الجدول التالي قيم مستوى الضجيج المسموح بها لمستوى ضغط الصوت في بعض الدول الأوروبية:

قيم مستوى الضجيج المسموح بها لمستوى ضغط الصوت

ويجب الانتباه إلى أمر هام وهو أنه في حالة زيادة سرعة الرياح فإن هناك ضجيج ناتج عن البيئة الطبيعة للمنطقة المحيطة وليس ناتج عن العنفة الريحية. يسمى هذا النوع من الضجيج الناتج عن البيئة المحيطة أي ناتج عن اصطدام الرياح بالعوائق مثل المباني والأشجار…. بالضجيج الخلفي، وتزداد قيمته بمقدار dB(A) 2.5 لكلm/s 1 زيادة في سرعة الرياح.

في حال عدم القدرة على قياس قيمة الضجيج الخلفي يمكن الاستعانة بالمعادلة التالية لتخمين قيمة مستوى ضغط الصوت الخلفي:

L_A:مستوى ضغط الصوت dB(A)

v_w: سرعة الرياح بالـ m/s.

أظهرت التجارب أنَّ الزيادة في مستوى الضجيج الصادر عن العنفة نتيجة زيادة سرعة رياح تكون بمقدار dB(A)1 لكل 1m/s من سرعة الرياح. بناءاً على ذلك الضجيج الناتج عن العنفة الريحية سوف يكون مدموج مع الضجيج الخلفي الناتج عن البيئة المحيطية. في حال تجاوزت قيمة الضجيج الخلفي قيمة الضجيج الناتج عن العنفة بمقدار(A)) 6(dB، فمن الممكن اعتبار أن ضجيج العنفة غير محسوس ولا يساهم بأي زيادة في مستوى ضغط الصوت في الموقع. يتم استخدام المحدد التالي لتمييز منبع الضجيج وهو ما يسمى بمستوى قوة الصوت وهذا المحدد يحتوي على معلومات عن كثافة وطاقة الصوت المولَّد عن المنبع الصوتي.

بناءاً على ذلك يجب أن يتم أخذ خمس قياسات على سطح كروي محيط بمنبع الضجيج في خمس نقاط مرتبة بشكل هندسي معين ووفقاً لهذه القراءات سيتم تحديد مستوى قوة الصوت عبر استخدام المعادلة التالية:

L_w: مستوى قوة الصوت.

L_A: مستوى ضغط الصوت المُقاس dB(A)

.R_i: المسافة بين نقطة القياس ومركز الدوار بالـ m.

قيمة الصوت المتولد تتأثّر بعدد من العوامل هي:

– الموقع الهندسي لمصدر الصوت (الارتفاع والمسافة بين مصدر الصوت وموقع الدراسة).

– الظروف الجوية ( سرعة الرياح واتجاهها، الرطوبة، درجة الحرارة).

– الظروف الطبوغرافية في الموقع(النباتات، الأبنية….).

بأخذ هذه العوامل بعين الاعتبار تمّ صياغة المعادلة التالية لحساب قيمة مستوى ضغط الصوت في موقعٍ ما:

L_A: مستوى ضغط الصوت في الموقع المدروس.

L_W: مستوى قوة الصوت.

DI: عامل اتجاه الرياح.

Ds: عامل المسافة.

D_L: عامل الامتصاص الجوي.

D_BM: عامل الامتصاص الأرضي.

D_D: عامل الامتصاص الناتج عن النباتات.

D_G: عامل الامتصاص الناتج عن المباني.

D_W: عامل تأثير الرياح.

في حال وجود أكثر من عنفة ريحية يتم جمع مستويات الضجيج الناتجة عن كل عنفة على انفراد، وبالتالي يمكن حساب مستوى ضغط الصوت الكلي الناتج عن عدد من العنفات وفق المعادلة التالية:

n: عدد منابع الصوت.

Li: مستوى ضغط صوت لكل منبع صوتي على انفراد i.

مصادر الضجيج في العنفة الريحية:

1) الضجيج الأيروديناميكي:

ينتج هذا الضجيج من تدفُّق الهواء عبر الدوار وهو يُعتبر المصدر الأساسي للضجيج الناتج عن العنفة الريحية، ونوعاً ما لا يمكن تجنُّب مثل هذا النوع من الضجيج ومن الصعب حتى تخفيفه. إن تدفق الهواء عبر شفرات الدوار ينتج صوت مُشابه لصوت تدفق الهواء عبر جناح الطائرة، وينتج عن ذلك صوت أزيز ذو مجال تردد حوالي ألف هرتز.

تقوم العنفات الريحية أيضاً بإنتاج موجات صوتية ذات تردد منخفض، وهي ناتجة عن التغيُّر السريع في قوة الجر المُطبقة على شفرة العنفة نتيجة لتغير تدفق الهواء أو التقطُّع في تدفق الهواء. وفي دراسات أُقيمت على بعض العنفات الريحية في الولايات المتحدة الأمريكية ظهرت بعض الشكاوي من السكان القاطنين بالقرب من المزرعة الريحية وهو حصول اهتزازات لنوافذ أو أثاثات المنزل وذلك بسبب الرنين الناتج عن هذه الأمواج التحت الصوتية الغير مسموعة.

2) الضجيج الميكانيكي:

المصدر الرئيسي للضجيج الميكانيكي في العنفة الريحية هو علبة السرعة، حيث عملياً لا يوجد أي علبة سرعة تعمل بشكل هادئ. وبما أنّ علبة السرعة موجودة ضمن العنفة الريحية سوف ينتقل الضجيج إلى كل الأجزاء الميكانيكية للعنفة من برج وقمرة وقيمة الضجيج سوف تتعرض للتكبير.إن هذا النوع من الضجيج من الممكن أن نتجنبه أو نخفف من قيمته عبر الاستعانة بمواد تساعد على امتصاص الاهتزازات الناتجة عن علبة السرعة والأجزاء الميكانيكية الأخرى – مثل المطاط – بحيث يتم إدخالها مع بنية العنفة.

• هناك مصادر أخرى للضجيج الميكانيكي مثل:

المضخات الهيدروليكية – مروحة تهوية المولد ….

انبعاثات الضجيج الناتجة عن العنفات الحديثة:

انبعاثات الضجيج الناتجة عن العنفات الحديثة تم تقليلها بنسبة كبيرة في خلال الخمس عشرة سنة الماضية وذلك من خلال التطويرات المستمرة والاهتمام بالتفاصيل التصميمية للعنفة الريحية. ففي الوقت الحالي يقوم مصنعي العنفات الريحية بالانتباه إلى مشكلة الضجيج، حتى لو كان ذلك على حساب التضحية بتكبير قيمة استطاعة الخرج النهائية الممكن الحصول عليها لما في ذلك من دور في جعل العنفات الريحية مقبولة ومنتشرة بشكل أكبر. فمن الممكن أن يتم تدوير الدوار عند قيمة أقل من القيمة المثالية للدوران، كذلك من الممكن اختيار زاوية لانحراف الشفرة بين سرعات رياحm/s 8-10 بحيث تُنتج أقل ضجيج ممكن.

مثال: في حال لدينا عنفة ريحية ثلاثية الشفرات ونسبة سرعة طرف الريشة من 6-7، وسرعة دوار ثابتة سوف يكون العامل المؤثر على قيمة الضجيج الناتج هو حجم التوربين ففي حال كان لدينا:

– عنفة صغيرة الحجم بقطر يصل على m20 واستطاعة تصل إلى kW 100 يصدر عنها ضجيج بقيمة تقريبية 95 dB(A)

– عنفة متوسطة الحجم بقطر يصل على m 40 واستطاعةkW 500 يصدر عنها ضجيج بقيمة تقريبية 98 dB(A)

– عنفة كبيرة الحجم بقطر يصل على 70-80 متر واستطاعة تصل إلىkW 2000 يصدر عنها ضجيج بقيمة تقريبية 103-105 dB(A)

– باستخدام عنفات ضخمة باستطاعة تصل إلى عدة ميغا وات وبقطر 100-120 متر يصدر عنها ضجيج بقيمة تقريبية 105- 107 dB(A)

مستوى قوة الصوت الناتج عن عنفة ريحية كتابع لقطر الدوار

تأثير ظل العنفة Shadow Effects:

كجميع أنواع الأبنية الضخمة الأخرى، ينتج عن العنفات الريحية ظل في أوقات سطوع الشمس، ففي حالة توقف العنفة عن العمل تُعتبر العنفة كأي بناء ساكن آخر، ولكن في حال تشغيل العنفة سوف تقطع الشفرات أشعة الشمس مما ينتج عن ذلك إضاءة متقطعة غير محبّذة، وطبعاً هذا الظل يؤثر على الأشخاص الذين يقطنون في مناطق قريبة أو تتواجد منازلهم على طول مسار ظل العنفة، وتسبب حصول اضطرابات لهؤلاء الأشخاص والترددات التي تسبب هذه الاضطرابات تكون ما بين 2.5 إلى 3 هرتز.

أثر ظل العنفة

نتيجةً لدوران الأرض فإن الظل الناتج عن العنفة يدور ويغير مكانه، وبناءاً على دراسات قامت بها بعض الدول الأوروبية مثل ألمانيا تم وضع الوقت الأعظمي المسموح خلاله توضع الظل على نقطة ما مثل منزل ما هو 30 ساعة في العام أو 30 دقيقة يومياً.

للقيام بالحسابات الرياضية لمعرفة أوقات تواجد الظل في نقطة معينة تم الاستعانة بالمحددات التالية:

– الزاوية المحددة بين خط اتجاه العنفة الريحية بالنسبة لخط الشمال الواصل إلى النقطة المدروسة وذلك مع دوران الزاوية باتجاه عقارب الساعة.

-البعد بين العنفة الريحية والنقطة المدروسة.

– ارتفاع صرة الدوار عن الأرض.

– قطر الدوار.

– فرق الارتفاع بين صرة الدوار والنقطة المدروسة.

– معرفة خط الطول وخط العرض الجغرافي لكل من العنفة الريحية والنقطة المدروسة.بمعرفة البارامترات السابقة يمكن تحديد عدد مرات وقوع الظل الناتج عن العنفة الريحية على نقطة ما مدروسة.

تحديد أثر الظل على نقطة معينة

وبالتالي لتحديد موقع المزرعة الريحية يجب الأخذ بالحسبان أثر ظل العنفة بعين الاعتبار بحيث لا يصل ظل العنفة إلى المنازل المجاورة للعنفة.

أثر ظل العنفات الريحية على المنازل المجاورة

التداخل مع الإشارات الراديوية والتلفزيونية Interference with Radio and Television Signals:

تقوم العنفات الريحية بالتأثير على الأمواج الكهرومغناطيسية في الجو كإشارات الملاحة وإشارات الاتصالات.وتجدر الإشارة إلى أن هذا التأثير يكاد يكون معدوماً أو مهملاً، ولكن عند الدراسة الدقيقة للمشروع فيجب أخذ هذا الموضوع بعين الحسبان. يمكن تجنب حصول التداخل مع إشارات الملاحة عبر اختيار الموقع الملائم للعنفة الريحية، أما الإشارات التلفزيونية والراديو المحلية فهي تستخدم في كل مكان. في الولايات المتحدة الأمريكية والسويد تم إخضاع بعض أنواع العنفات الريحية لتجارب التداخل وشوهد حصول بعض الاضطراب على إشارة التلفزة وقد اختلفت النتائج تبعاً لكثافة الإشارات في المنطقة وبُعد العنفة الريحية.

ينسب حصول التداخل لسببين:

– الإشارة المباشرة من محطة التلفزيون يمكن أن تضطرب بسبب دوران شفرات الدوار في حال تركيب العنفة الريحية على الطريق المباشر لوجود المستقبل.-

يحصل التداخل أيضاً بسبب قيام العنفة بعكس إشارة المرسل فالعديد من المستقبلات الموجودة على نفس زاوية الانعكاس سوف تستقبل إشارة ثانية غير مرغوب فيها. وهذا ما يسبب في حال استخدام أجهزة التلفاز التمثيلية ما يشبه الصور المشوشة وترف مع تشغيل الدوار ولكن لا يظهر تأثيره في التلفاز الرقمي.

ضمن الأبحاث الحديثة تبين أن عملية التداخل تتعلق بالطبيعة الطبوغرافية للموقع من جهة وتبعاً لمحتويات العنفة الريحية التقنية.

بالنسبة لمحتويات العنفة الريحية وخصوصاً المادة التي تصنع منها الشفرة العديد من الأنواع تُصنّع شفراتها من الستيل جزئياً أو كلياً وعندما تُصنّع من الألياف الزجاجية فإن التأثير يظهر بسبب شبكة أسلاك الألمنيوم المرتبطة بالشفرات والمستخدمة لأغراض الحماية من الصواعق.

يمكن الاستعانة تقريبياً بالمعادلة التالية لتخمين موقع حصول التداخل:

A: مساحة الدوارm² .

:ƞمردود الانعكاس للشفرات (الشفرات المعدنية 0.7 ولشفرات الألياف الزجاجية 0.3).

: طول موجة الإشارة التلفزيونية.

c: ثابت يعبر عن موقع توضع العنفة الريحية بالنسبة للمرسل والمستقبل (C=2) في حال كانت العنفة الريحية والمستقبل على نفس خط إشارة المرسل.

m₀: تشير إلى كثافة الإشارات (0.15)

أثر العنفات الريحية على الإشارات الراديوية

مساحة الأرض المستخدمة لتأسيس المزرعة الريحية Land Use:

بسبب التطور الصناعي الحاصل وامتداد محطات الطاقة على مساحات واسعة من الأراضي تم اعتبار مساحة الأرض المستخدمة لتأسيس محطة طاقة ما كعامل مؤثر على البيئة. المساحة الأصغرية الواجب توفرها لإقامة عنفة ريحية هو مساحة توضُّع برج العنفة، حيث غالباً ما تتوضّع الأدوات اللازمة للتشغيل وللقيام بعملية الربط مع الشبكة في قاعدة البرج.

يتم زيادة مساحة أرض المزرعة الريحية مع إضافة مسافة أمان في حال حصول تحطم لشفرات الدوار فإنها سوف تندفع إلى مسافات بعيدة قد تؤدي إلى أذية الأشخاص المتواجدين بالقرب من المزرعة لذلك قد يتم تكبير مساحة المزرعة لمنع مثل هذه الحوادث من الحصول. تقريبياً تحتاج المزرعة الريحية إلى نفس مساحة الأرض التي يحتاجها محطة طاقة تنتج نفس الاستطاعة فيما لو أخذنا بعين الاعتبار كل ملحقات محطة الطاقة مثل خزانات الوقود وغيرها من المتطلبات الأخرى.

يوضح الشكل التالي مساحة الأرض اللازمة لأنواع مختلفة من محطات توليد الطاقة:

مساحة الأرض المستخدمة لأنواع مختلفة من محطات توليد الطاقة

تأثير العنفات الريحية على حياة الطيور Impact on Bird Life:

هناك سؤال يتردد دائماً من قبل علماء وأصدقاء البيئة وهو: هل فعلاً العنفات الريحية تؤثر سلباً على حياة الطيور؟ من خلال المشاهدات في أماكن توضُّع العنفات الريحية تم ملاحظة أن الطيور المحلية المتواجدة ضمن المنطقة في الأصل تتعلم بعد فترة كيفية تغيير مسار طيرانها وأن تطير حول العنفات الريحية أو بعيداً عنها، حيث يمكنها تمييز شفرات الدوار التي تدور بسرعة بطيئة نسبياً بالنسبة لها، ولكن الخطورة تكون على حياة الطيور الغريبة أو الطيور المهاجرة والتي غالباً ما تطير على شكل مجموعات عند ارتفاعات لا تقل عنm 200، وهذه الارتفاعات لا تصل إليها شفرات الدوار، إلا أن بعض الطيور تطير على ارتفاعات أخفض مما يعرضها للخطر. طبعاً في الدول الأوروبية يُعتبر هذا الأمر من القضايا التي تسبب جدلاً واسعاً، ففي إسبانيا تم العثور على أعداد كبيرة من الطيور الميتة حول العنفات الريحية، وهذا ما قد يمنع في المستقبل هذه الأنواع من الطيور من العودة إلى مثل هذه المناطق والخطورة تكمن فيما لو كانت مناطق المزارع الريحية نفسها منطقة تكاثر الطيور مما يسبب مشكلة في انقراض بعض أنواع الطيور، لذلك المزيد من الجهود التي تُقام في البلدان الغربية لمنع إقامة مزارع ريحية على نفس المسارات التي تطير ضمنها الطيور المهاجرة.

إلا أن الدراسات أثبتت أن أعداد الطيور التي تقتل بسبب العنفات الريحية لا تتجاوز 0.01 % من الطيور التي تقتل سنوياً كما يبين الشكل التالي:

أثر العنفات الريحية على هجرة الطيور