لحساب كمية الطاقة التي يمكن أن يولدها التوربين من الريح ستحتاج لمعرفة سرعة الريح في موقع التوربين وتقدير قوّة التوربين حيث تنتج أكثر التوربينات الكبيرة قوّتها القصوى في سرعة رياح تصل إلى 15 متر بالثّانية (33 ميل بالساعة) و إن الذي يحدّد كمية الطاقة التي يولدها التوربين هو قطر الدوّار وتذكّر بأنّه إذا زاد قطر الدوّار يجب أن يزيد ارتفاع البرج أيضا وهذا يعني وصول أكثر إلى الرياح الأسرع.
في سرعة رياح تصل إلى 33 ميل بالساعة تولّد أكثر التوربينات الكبيرة قدرتها الكهربائية المقدّرة وفي سرعة 45 ميل بالساعة (20 متر بالثّانية) أكثر التوربينات الكبيرة ستتوقف فهناك عدد من أنظمة الأمان التي يمكن أن تطفئ التوربين إذا قامت سرعة الريح بتهديد التركيب ويتضمن ذلك محسّس اهتزاز بسيط جدا استعمل في بعض التوربينات يحوي كرة معدنية ربطت بسلسلة تتوازن على ركيزة صغيرة جداً فإذا بدأ التوربين بالاهتزاز عند مرحلة معينة فستسقط الكرة من الركيزة ساحبةً السلسلة ومتسببةً بإيقاف التوربين.
إن أكثر نظام أمان فعال عموماً في نظام التوربين هو نظام "الكبح" على الأرجح الذي يحدث بسبب سرعة الرياح الهائلة جداً والتي تتجاوز السرعة التي تتحملها التوربينات، تستخدم هذه الإعدادات نظام سيطرة كهربائي الذي يضرب الكابحات عندما تصبح سرعة الرياح عالية جداً وبعد ذلك "يحرر الكابحات" عندما تعود الريح إلى سرعة تحت الـ 45 ميل بالساعة.
تستخدم التصاميم التوربينية الكبيرة الحديثة عدّة أنواع مختلفة من أنظمة الكبح:
ـ التحكم بالميلان:
إن جهاز سيطرة التوربين الإلكتروني يراقب ناتج التوربين الكهربائي ففي سرعة الريح التي تزيد عن 45 ميل بالساعة سيكون الناتج الكهربائي عالي جداً وفي هذه المرحلة يقوم جهاز السيطرة بإخبار الشفرات على تعديل ميلانها لكي تصبح غير مصطفة مع الريح وهذا يبطئ دوران الأنصال وتتطلّب أنظمة التحكم بالميلان زاوية شفرات متزايدة (على الدوّار) لكي تكون قابلة للتعديل.
ـ الإيقاف:
الشفرات مركبة على الدوّار في زاوية ثابتة ولكنها مصمّمة على أن تقوم بكبح الدورات في الشفرات بنفسها عندما تصبح الريح سريعة جداً وقد أميلت الشفرات بحيث إذا أصبحت الريح فوق سرعة معينة ستتسبّب باضطراب على جانب الشفرة المواجه للريح وبالتالي سيتسبب ذلك بالتوقف، يحدث توقف ديناميكي هوائي ببساطة عندما تصبح زاوية الشفرة التي تواجه الريح المقبلة شديدة الانحدار فتبدأ بإزالة القوة مما ينقص سرعة الشفرات.
وبشكل عام إن 50,000 توربين رياح ينتج 50 بليون كيلو واط ساعي سنوياً على الأقل.
مصادر قوّة واقتصاد الريحإن توربينات الرياح تولّد حالياً حوالي نفس قدر كهرباء ثمانية محطات طاقة نووية كبيرة وهذا لا يتضمّن التوربينات الهائلة فقط إنما التوربينات الصغيرة أيضاً التي تولّد كهرباءً للبيوت الفردية أو للأعمال التجارية (تستخدم أحياناً بالاتحاد مع طاقة الكهرباء الضوئي الشمسي) وإن قدرة توربين صغير يبلغ 10 كيلو واط يمكن أن يولّد بحدود 16,000 كيلو واط ساعي سنوياً، وإن عائلة أمريكية مثالية تستهلك حوالي 10,000 كيلو واط ساعي سنوياً.
يستطيع توربين رياح كبير أن يولّد بحدود 1.8 ميجاواط من الكهرباء أو 5.2 مليون كيلو واط ساعي سنوياً تحت الشروط المثالية وهذه كمية كافية لتزود 600 عائلة تقريباً بالطاقة ولكن ما تزال محطات الكهرباء النووية والفحمية يمكن أن تنتج كهرباء أرخص من توربينات الرياح فلماذا إذن تستخدم طاقة الرياح؟ إن أكبر سببين لاستعمال الرياح في توليد الكهرباء هما الأكثر وضوحاً: طاقة ريح نظيفة وهي قابل للتجديد وأيضاً إن توليد الكهرباء بالرياح لا يصدر غازات ضارّة مثل ثاني أوكسيد الكربون وأكسيدات النتروجين إلى الجوّ مثلما يفعل الفحم ونحن لا نخاف من استنفاذ الرياح في أي وقت وهناك أيضاً سبب ارتبط بالاستقلال في استخدام الرياح فإن أيّة بلاد يمكن أن تولد الكهرباء بالرياح بدون دعم أجنبي ويستطيع توربين الرياح أن يجلب الكهرباء إلى المناطق البعيدة الغير مخدومة بشبكة الكهرباء المركزية لكن هناك جوانب سلبية أيضا فإن توربينات الرياح لا تستطيع السير دائماً بقوة 100 بالمائة مثل العديد من الأنواع الأخرى لمحطات الكهرباء إذا أصبحت سرعة الريح متقلبة وإن توربينات الرياح يمكن أن تكون صاخبة إذا كنت تعيش بالقرب منها ويمكن أن يكونوا خطرين على الطيور والخفافيش، وفي مناطق الصحراء الصلبة هناك خطر تآكل الأرض إذا حفرت من أجل تركيب التوربينات وبما أن الريح مصدر طاقة غير موثوق به نسبياً فإنه يجب على مشغلو محطات الكهرباء بالريح أن يدعموا النظام بكمية صغيرة موثوقة وغير قابلة للتجديد من الطاقة من أجل أوقات انقطاع سرعة الريح.
لدى الولايات المتّحدة عدد جيد من توربينات الرياح المركّبة ولديها قدرة توليد أكثر من 9,000 ميجاواط في عام 2006 وهذه القدرة تولّد في المنطقة 25 بليون كيلو واط ساعي من الكهرباء وهذه الكمية تبدو هائلة لكنها في الحقيقة أقل من 1 بالمائة من الطاقة التي تولد في البلاد كلّ سنة وإن توليد الكهرباء الأمريكي يتراجع ابتداءً من عام 2005 على هذا الشكل:
الفحم 25 %
الطاقة النووية 20 %
الغاز الطبيعي 16 %
الطاقة المائية 6 %
مصادر أخرى (مثل الهواء، الشمس ....) 5 %
إنّ توليد الكهرباء الكليّ الحالي في الولايات المتّحدة بحدود 3.6 تريليون كيلو واط ساعي كلّ سنة ولدى الريح الإمكانية لتوليد أكثر بكثير من 1 بالمائة من هذه الكهرباء بحيث أن إمكانية طاقة الرياح الأمريكية المخمّنة هي حوالي 10.8 تريليون كيلو واط ساعي بالسّنة طبقاً لجمعية طاقة الرياح الأمريكية وهي كمية تعادل تقريباً كمية طاقة في 20 بليون برميل من النفط ولجعل طاقة الرياح هذه عملية في المنطقة المعطية يتطلّب سرعة ريح دنيا من 9 ميل بالساعة (3 أمتار بالثّانية) للتوربينات الصغيرة و13 ميل بالساعة (6 أمتار بالثّانية) للتوربينات الكبيرة وسرعة الرياح هذه موجودة في الولايات المتّحدة بالرغم من أن أغلبه غير مستخدم.
وعندما يتعلق الأمر بتوربينات الرياح فإن الموقع هو كلّ شيء وإن بناء محطة طاقة هوائية فعالة يتطلب معرفة كمية الرياح التي تملكها المنطقة وسرعة هذه الرياح وما هو طول هذه السرعة وإنّ الطاقة الحركيّة في الريح تزيد تصاعدياًٍ في نسبة سرعتها، لذا فإن الزيادة الصغيرة في سرعة الريح في الحقيقة زيادة كبيرة في إمكانية الطاقة وهذا يعني بأن مضاعفة سرعة الريح يزيد ثمانية أضعاف من إمكانية الطاقة لذا فإن توربين في منطقة تبلغ سرعة الريح المتوسطة فيها 26 ميل بالساعة ستولّد ثمان مرات كهرباء أكثر من منطقة تبلغ سرعة الرياح فيها 13 ميل بالساعة هذا "نظريا" لأنه في شرط العالم الحقيقي هناك حدّ لكمية الطاقة التي يمكن أن ينتزعها التوربين من الريح يدعى حد (بيتز) وهو حوالي 59 بالمائة ولكن الزيادة الصغيرة في سرعة الريح ما زالت تؤدّي إلى زيادة هامّة في الطاقة الناتجة.
كما في أكثر المناطق الأخرى التي تنتج الكهرباء عندما يتعلق الأمر بأسر الطاقة من الريح، تأتي الفعالية بالأعداد كبيرة لمجموعات التوربينات الكبيرة التي تدعى مصانع الريح أو محطات الطاقة الهوائية وهو الاستخدام الأكثر ربحاً لطاقة الرياح وإن توربينات الرياح الأكثر شيوعاً لها سعة كهربائية بين 700 كيلو واط و1.8 ميجاواط وقد جمّعوا سوياً للحصول على أكبر كمية كهرباء تأتي من مصادر الريح المتوفرة وقد أبعدوا كل على حدا في المناطق الريفية البعيدة مع سرعة الريح العالية، وإن المكان الصغير الذي تحتله توربينات HAWTs يعني بأن الاستخدام الزراعي للأرض غير متأثّر تقريباً وإن محطات الطاقة الهوائية لها سعة تتراوح في أي مكان من بضعة ميجاواطات إلى مئات الميجاواطات وإنّ أكبر محطة رياح في العالم هي محطة رافينليف للطاقة الهوائية التي تقع خارج ساحل إيرلنده.
انخفضت كلفة وسائل طاقة الريح بشكل مثير في العقدين الأخيرين بسبب تقدّم تقني وتصميمي في إنتاج وتركيب التوربينات ففي أوائل الثمانينات كلّفت طاقة الريح حوالي 30 سنت لكل كيلو واط ساعي وفي عام 2006 أصبحت تكلفة طاقة الريح من 3 إلى 5 سنتات لكل كيلو واط ساعي حيث أنّ الريح أصبحت وفيرة وإن منطقة التوربين ذات سرعة رياح عالية هي المنطقة ذات الكلفة الأوطأ للكهرباء وإن كلفة طاقة الريح تساوي تقريباً من 4 إلى 10 سنتات لكلّ كيلو واط ساعي في الولايات المتّحدة.
إن العديد من شركات الطاقة الكبيرة تعرض برامج "التسعير الأخضر" التي تقوم على جعل الزبائن يدفعون أكثر لكلّ كيلو واط ساعي من أجل استخدام طاقة الرياح بدلاً من الطاقة من " نظام الطاقة " الذي يعتبر وحدة إنتاج كل الكهرباء في المنطقة سواء كانت قابلة للتجديد أم غير قابلة للتجديد وإذا كنت تعيش بشكل مباشر بجوار محطة طاقة هوائية فالكهرباء الذي تستعمله في بيتك قد يكون مولد عن طريق الريح وفي أغلب الأحيان إن السعر الأعلى الذي تدفعه يذهب لدعم كلفة طاقة الرياح لكن رغم ذلك تبقى الكهرباء التي تستعملها في بيتك تجيء من نظام الطاقة وفي الولايات حيث حرّرت سوق الطاقة قد يكون المستهلكون قادرون على شراء "الكهرباء الأخضر" مباشرة من مجهز طاقة قابلة للتجديد وفي هذه الحالة تكون الكهرباء التي يستخدمونها في بيوتهم تأتي بالتأكيد من الريح أو من المصادر القابلة للتجديد الأخرى.
إن تركيب نظام توربين رياح صغير من أجل حاجاتك الخاصة هي الطريقة الوحيدة لتضمن بأن الطاقة التي تستعملها نظيفة وقابلة للتجديد وإن التوربين السكني أو توربين العمل يمكن أن يكلّف في أي مكان من 5,000 دولار إلى 80,000 دولار والوسائل واسعة النطاق تكلّف أكثر بحيث أن تركيب توربين 1.8 ميجاواط وحيد يمكن أن يبلغ 1.5 مليون دولار وهذا لا يتضمّن تكاليف الأرض وخطوط الإرسال والبنى التحتية الأخرى التي ترتبط بنظام طاقة الريح وعموماً إن محطات الطاقة الهوائية تكلف 1,000 دولار لكل كيلو واط من القدرة لذا فإن محطة الطاقة الهوائية التي تشمل سبعة توربينات 1.8 ميجاواط تبلغ حوالي 12.6 مليون دولار وإن الوقت الذي يأخذه توربين كبير لتوليد كهرباء كافي من أجل إستهلاك طاقة لبناء ولتركيب التوربين هو من ثلاثة إلى ثمانية شهور تقريباً طبقاً لجمعية طاقة الرياح الأمريكية.
إن الحوافز الحكومية من أجل كلا منتجو النطاق الواسع ومنتجو النطاق الضيق يساهمان في العملية الاقتصادية لنظام طاقة الريح.
بما أن طاقة الرياح ما زالت مدعومة من قبل الحكومة فهي منتج تنافسي حالياً وبأكثر الحسابات يمكنها أن تبقى لوحدها كمصدر كهربائي فعّال ويخمن مختبر باتيل الشمالي الغربي وهو مختبر في قسم علم الطاقة والتقنية في الولايات المتحدة بأن طاقة الرياح قادرة على تموين 20 % من كهرباء الولايات المتّحدة معتمدة على مصادر الريح لوحدها.
كريستال الجغرافيون العرب[/center]