طرق توليد الطاقة الكهربائية :
Generati** of Electrical Energy إن عملية توليد أوإنتاج الطاقة الكهربائية هي فيالحقيقة عملية تحويل الطاقة من شكلالى آخر حسب مصادر الطاقة المتوفرةفي مراكز الطلب على الطاقةالكهربائية وحسب الكميات المطلوبةلهذه الطاقة ، الأمر الذي يحدد أنواعمحطات التوليد وكذلك أنواعالاستهلاك وأنواع الوقود ومصادرهكلها تؤثر في تحديد نوع المحطةومكانها وطاقتها . نذكر هنا أنواعمحطات التوليد:
- محطات التوليد البخارية .
- محطات التوليدالنووية .
- محطات التوليدالمائية .
- محطات التوليد منالمد والجزر
- محطات التوليد ذاتالاحتراق الداخلي (ديزل– غازية)
- محطات التوليدبواسطة الرياح.
- محطات التوليدبالطاقة الشمسية.
تعتبر محطاتالتوليد البخارية محولا للطاقة (Energy C**verter)
وتستعمل هذهالمحطات أنواع مختلفة من الوقود حسبالأنواع المتوفرة مثل الفحم الحجريأو البترول السائل أو الغاز الطبيعيأو الصناعي .
تمتاز المحطاتالبخارية بكبر حجمها ورخص تكاليفهابالنسبة لإمكاناتها الضخمة كماتمتاز بإمكانية استعمالها لتحليةالمياه المالحة ، الأمر الذي يجعلهاثنائية الإنتاج خاصة في البلاد التيتقل فيها مصادر المياه العذبة .
اختيار مواقعالمحطات البخاريةSite Selecti** of Steam Power Stati**
تتحكم في اختيارالمواقع المناسبة لمحطات التوليدالحرارية عدة عوامل مؤثرة نذكر منها
- القرب من مصادرالوقود وسهولة نقله إلى هذهالمواقع وتوفر وسائل النقل الاقتصادية.
- القرب من مصادرمياه التبريد لأن المكثف يحتاج إلى كميات كبير من مياه التبريد . لذلك تبنى هذه المحطات عادة على شواطئ البحار أو بالقرب من مجاري الأنهار.
- القرب من مراكزاستهلاك الطاقة الكهربائيةلتوفير تكاليف إنشاء خطوط النقل . مراكز الاستهلاك هي عادة المدن والمناطق السكنية والمجمعات التجارية والصناعية
وتعتمد محطات التوليد البخارية على استعمال نوع الوقود المتوفر وحرقه في أفران خاصةلتحويل الطاقة الكيميائية في الوقودالى طاقة حرارية في اللهب الناتج من عملية الاحتراق ثم استعمال الطاقةالحرارية في تسخين المياه في مراجل خاصة (BOILERS) وتحويلها الى بخار في درجة حرارة وضغط معين ثم تسليط هذاالبخار على عنفات أو توربينات بخاريةصممت لهذه الغاية فيقوم البخارالسريع بتدوير محور التوربيناتوبذلك تتحول الطاقة الحرارية الىطاقة ميكانيكية على محور هذهالتوربينات . يربط محور المولدالكهربائي ربطا مباشرا مع محورالتوربينات البخارية فيدور محورالمولد الكهربائي (AL TERNATOR) بنفس السرعة وباستغلال خاصةالمغناطيسية الدوارة (ROTOR) منالمولد والجزء الثابت (STATOR) منهتتولد على طرفي الجزء الثابت منالمولد الطاقة الكهربائية اللازمة . والرسم التمثيلي رقم يبين مسلسلتحويل الطاقة من أول حرق الوقود حتىإنتاج الطاقة الكهربائية . لا يوجد فوارقأساسية بين محطات التوليد البخاريةالتي تستعمل أنواع الوقود المختلفةإلا من حيث طرق نقل وتخزين وتداول وحرق الوقود . وقد كان استعمال الفحم الحجري شائعا في أواخر القرن الماضي وأوائل هذا القرن ، إلا أن اكتشافو استخراج البترول ومنتجاته احدث تغييرا جذريا في محطات التوليدالحرارية حيث اصبح يستعمل بنسبةتسعين بالمئة لسهولة نقله وتخزينه وحرقة إن كان بصورة وقود سائل أو غازي .
مكونات محطات التوليد البخارية :
تتألف محطات التوليد البخارية بصورة عامة من الأجزاء الرئيسية التالية :
وهو عبارة عن وعاء كبيرلحرق الوقود . ويختلف شكل ونوع هذاالوعاء وفقا لنوع الوقود المستعمل ويلحق به وسائل تخزين ونقل وتداول الوقود ورمي المخلفات الصلبة
وهو وعاء كبير يحتوي على مياه نقية تسخن بواسطة حرق الوقود لتتحول هذه المياه
الى بخار . وفي كثير من الأحيان يكون الفرن والمرجل في حيز واحد تحقيقا للاتصال
المباشر بين الوقود المحترق والماء المراد تسخينه
وتختلف أنواع المراجل حسب حجم المحطة وكمية البخار المنتجفي وحدة الزمن .
ج ) العنفة الحراريةأو التوربين Turbine
وهي عبارة عن عنفة من الصلب لها محور ويوصل به جسم على شكل أسطواني مثبت به لوحات مقعرة يصطدم فيها البخار فيعمل على دورانها ويدورالمحور بسرعة عالية جدا حوالي 3000دورة بالدقيقة وتختلف العنفات في الحجم والتصميم والشكل باختلاف حجم البخار وسرعته وضغطه ودرجة حرارته ،أي باختلاف حجم محطة التوليد .
د ) المولدالكهربائي : Generator
هو عبارة عن مولدكهربائي مؤلف من عض دوار مربوطمباشرة مع محور التوربين وعضو ثابت .ويلفالعضوين بالأسلاك النحاسية المعزولةلتنقل الحقل المغناطيسي الدواروتحوله إلى تيار كهربائي على أطرافالعضو الثابت . ويختلف شكل هذا المولدباختلاف حجم المحطة .
وهو عبارة عن وعاء كبيرمن الصلب يدخل اليه من الأعلى البخارالآتي من التوربين بعد أن يكون قد قام بتدويرها وفقد الكثير من ضغطه ودرجةحرارته ، كما يدخل في هذا المكثف من أسفل تيار من مياه التبريد داخل أنابيب حلزونية تعمل على تحويل البخار الضعيف إلى مياه حيث تعود هذه المياه إلى المراجل مرة أخرى بواسطةمضخات خاصة .
وهي عبارة عن مدخنة من الآجر الحراري ( Brick) أسطوانية الشكل مرتفعة جدا تعمل على طرد مخلفات الاحتراق الغازية إلى الجو على ارتفاع شاهق للإسراع في طرد غازات الاحتراق والتقليل من تلوث البيئةالمحيطة بالمحطة .
ز) الآلات والمعداتالمساعدة : Auxiliaries
وهي عبارة عن عدد كبيرمن المضخات والمحركات الميكانيكيةوالكهربائية ومنظمات السرعة ومعدات تحميص البخار التي تساعد على إتمام العمل في محطات التوليد .
2-محطات التوليدالنووية : Nuclear Power Stati**
محطات التوليد النوويةنوعا من محطات التوليد الحراريةلأنها تعمل بنفس المبدأ وهو توليدالبخار بالحرارة وبالتالي يعمل البخار على تدوير التوربينات التي بدورها تدور الجزء الدوار من المولدالكهربائي وتتولد الطاقة الكهربائيةعلى أطراف الجزء الثابت من هذاالمولد .
والفرق في محطات التوليد النووية أنه بدل الفرن الذي يحترق فيه الوقود يوجد هنا مفاعل ذري تتولد في الحرارة نتيجة انشطار ذرات اليورانيوم بضربات الإلكترونات المتحركة في الطبقة الخارجية للذرةوتستغل هذه الطاقة الحرارية الهائلةفي غليان المياه في المراجل وتحويلهاإلى بخار ذي ضغط عال ودرجة مرتفعة جدا.
تحتوي محطة التوليدالنووية على الفرن الذري الذي يحتاج إلى جدار عازل وواق من الإشعاع الذري وهو يتكون من طبقة من الآجر الناري وطبقة من المياه وطبقة من الحديدالصلب ثم طبقة من الأسمنت تصل إلى سمك مترين وذلك لحماية العاملين فيالمحطة والبيئة المحيطة من التلوثبالإشعاعات الذرية .
أن أول محطة توليدحرارية نووية في العالم نفذت في عام 1954 وكانت في الاتحاد السوفيتي بطاقة 5ميغاواط . .
ومحطات التوليد النوويةغير مستعملة في البلاد العربية حتىالآن . ولكن محطات التوليد الحراريةالبخارية مستعملة بصورة كثيفة على البحر الأحمر والبحر الأبيض المتوسط والخليج العربي في توليد الكهرباءولتحلية المياه المالحة .
3-محطات التوليدالمائية : Hydraulic Power Stati**s
حيث توجد المياه في أماكن مرتفعة كالبحيرات ومجاري الأنهار يمكن التفكير بتوليد الطاقة، خاصة إذا كانت طبيعة الأرض التي تهطل فيها الأمطار أو تجري فيهاالأنهار جبلية ومرتفعة. ففي هذه الحالات يمكن توليد الكهرباء من مساقط المياه . أما إذا كانت مجاري الأنهار ذات انحدار خفيف فيقتضي عملسدود في الأماكن المناسبة من مجرىالنهر لتخزين المياه . تنشاء محطاتالتوليد عادة بالقرب من هذه السدودكما هو الحال في مجرى نهر النيل. وقدبني السد العالي وبنيت معه محطةتوليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 1800ميغاواط . وعلى نهر الفرات في شمالسوريا بني سد ومحطة توليد كهرباءبلغت قدرتها المركبة 800 ميغاواط ،انظر الشكل رقم (6-6) .
إذا كان مجرى النهرمنحدرا انحدار كبيرا فيمكن عملتحويرة في مجرى النهر باتجاه أحدالوديان المجاورة وعمل شلال اصطناعي . هذا بالإضافة إلى الشلالات الطبيعية التي تستخدم مباشرة لتوليدالكهرباء كما هو حاصل في شلال اتنياغرا بين كندا والولايات المتحدة . وبصورة عامة أن أية كمية من المياهموجودة على ارتفاع معين تحتوي علىطاقة كامنة في موقعها . فإذا هبطتكمية المياه إلى ارتفاع ادنى تحولتالطاقة الكامنة إلى طاقة حركية . وإذاسلطت كمية المياه على توربينة مائيةدارت بسرعة كبيرة وتكونت على محورالتوربينة طاقة ميكانيكية . وإذاربطت التوربينة مع محور المولدالكهربائي تولد على أطراف العضوالثابت من المولد طاقة كهربائية.
مكونات محطة التوليدالمائية : Comp**ents of Hydro-Electric Stati**
تتألف محطة توليدالكهرباء المائية بصورة عامة منالأجزاء الرئيسية التالية.
أ. مساقط المياه (المجرىالمائل) Penstock
وهو عبارة عن أنبوب كبيرأو أكثر يكون في اسفل السد أو من أعلى الشلال إلى مدخل التوربينة وتسيل في المياه بسرعة كبيرة . يوجد في أوله (بوابة) (VALVE) و آخر في آخره للتحكم في كمية المياه التي تدورالتوربينة .
تجدر الإشارة الى أنالسدود وبوابات التحكم وأقنيةالمياه الموصلة للأنابيب المائلةتختلف حسب كمية المياه وأماكنتواجدها .
تكون التوربينة والمولدعادة في مكان واحد مركبين على محوررأسي واحد . يركب المولد فوقالتوربينة . وعندما تفتح البوابة فياسفل الأنابيب المائلة تتدفق المياهبسرعة كبيرة في تجاويف مقعرة فتدوربسرعة وتدير معها العضو الدوار فيالمولد حيث تتولد الطاقة الكهربائيةعلى أطراف هذا المولد .
ج ) أنبوبة السحب : Draught Tubes
بعد أن تعمل المياهالمتدفقة في تدوير التوربين فلا بدمن سحبها للخارج بسرعة ويسر حتى لاتعوق الدوران . لذا توضع أنابيببأشكال خاصة لسحبها للخارج السرعةاللازمة.
د) المعدات والآلاتالمساعدة : Auxiliaries
تحتاج محطات التوليدالمائية آلي العديد من الآلاتالمساعدة مثل المضخات والبواباتوالمفاتيح ومعدات تنظيم سرعةالدوران وغيرها .
4-محطاتالتوليد من المدوالجزر Tidal Power Stati**s
المد والجزر من الظواهرالطبيعية المعروفة عند سكان سواحلالبحار . فهم يرون مياه البحر ترتفعفي بعض ساعات اليوم وتنخفض في البعضالآخر . وقد لا يعلمون أن هذاالارتفاع ناتج عن جاذبية القمر عندمايكون قريبا من هذه السواحل وان ذلكالانخفاض يحدث عندما يكون القمربعيدا عن هذه السواحل ، أي عندما يغيبالقمر ، علما أن القمر يدور حول الأرضفي مدار أهليجي أي بيضاوي الشكل دورةكل شهر هجري ، وأن الأرض تدور حولنفسها كل أربع وعشرين ساعة . فإذاركزنا الانتباه على مكان معين ، وكانالقمر ينيره في الليل ، فهذا معناهأنه قريب من ذلك المكان وان جاذبيتهقوية . لذا ترتفع مياه البحر . وبعدمضي أثنى عشرة ساعة من ذلك الوقت ،يكون القمر بالجزء المقابل قطريا ،أي بعيدا عن المكان ذاته بعدا زائدابطول قطر الكرة الأرضية فيصبح اتجاهجاذبية القمر معاكسة وبالتالي ينخفضمستوى مياه البحر .
واكثر بلاد العالمشعورا بالمد والجزر هو الطرف الشماليالغربي من فرنسا حيث يعمل مد وجزرالمحيط الأطلسي على سواحل شبه جزيرةبرنتانيا إلى ثلاثين مترا وقد أنشئتهناك محطة لتوليد الطاقة الكهربائيةبقدرة 400 ميغاواط . حيث توضع توربيناتخاصة في مجرى المد فتديرها المياهالصاعدة ثم تعود المياه الهابطةوتديرها مرة أخرى .
ومن الأماكن التي يكثرفيها المد والجزر السواحل الشماليةللخليج العربي في منطقة الكويت حيثيصل أعلى مد إلى ارتفاع 11 مترا ولكنهذه الظاهرة لا تستغل في هذه المناطقلتوليد الطاقة الكهربائية .
5-محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي : Internal Combusti** Engines
محطات التوليد ذاتالاحتراق الداخلي هي عبارة عن الآتتستخدم الوقود السائل (Fuel Oil) حيثيحترق داخل غرف احتراق بعد مزجهابالهواء بنسب معينة ، فتتولد نواتجالاحتراق وهي عبارة عن غازات على ضغطمرتفع تستطيع تحريك المكبس كما فيحالة ماكينات الديزل أو تستطيع تدويرالتوربينات حركة دورا نية كما فيحالة التوربينات الغازية .
- توليد الكهرباءبواسطة الديزل Diesel Power Stati**
تستعمل ماكينات الديزلفي توليد الكهرباء في أماكن كثيرة فيدول الخليج وخاصة في المدن الصغيرةوالقرى . وهي تمتاز بسرعة التشغيلوسرعة الإيقاف ولكنها تحتاج الى كميةمرتفعة من الوقود نسبيا وبالتالي فانكلفة الطاقة المنتجة منها تتوقف علىأسعار الوقود . ومن ناحية أخرى لايوجد منها وحدات ذات قدرات كبيرة . (3ميغاواط فقط). وهذا المولدات سهلةالتركيب وتستعمل كثيرة في حالات الطوارئ أو أثناء فترة ذروة الحمل Max load. وفي هذه الحالة يعمل عادة عدد كبير منهذه المولدات بالتوازي لسد احتياجات مراكز الاستهلاك.
- توليد الكهرباءبالتوربينات الغازية Gas Turbine
تعتبر محطات توليدالكهرباء العاملة بالتوربينات الغازية حديثة العهد نسبيا ويعتبرالشرق الأوسط من اكثر البلدان استعمالا لها . وهي ذات سعات وأحجاممختلفة من 1 ميغاواط الى 250ميغاواط ،تستعمل عادة أثناء ذروة الحمل فيالبلدان التي يوجد فيها محطات توليدبخارية أو مائية ، علما أن فترةإقلاعها وإيقافها تتراوح بيندقيقتين وعشرة دقائق.
وفي معظم الشرق الأوسط ،وخاصة في المملكة العربية السعودية ،فتستعمل التوربينات الغازية لتوليدالطاقة طوال اليوم بما فيه فترةالذروة . ونجد اليوم في الأسواق وحدات متنقلة من هذه المولدات لحالات الطوارئ مختلفة الأحجام والقدرات .
تمتاز هذه المولدات ببساطتها ورخص ثمنها نسبيا وسرعةتركيبها وسهولة صيانتها وهي لا تحتاج إلى مياه كثيرة للتبريد . كما تمتاز بإمكانية استعمال العديد من أنواع الوقود ( البترول الخام النقي – الغاز الطبيعي – الغاز الثقيل وغيرها ... ) وتمتاز كذلك بسرعةالتشغيل وسرعة الإيقاف .
وأما سيئاتها فهي ضعف المردود الذي يتراوح بين 15 و 25 % كماأن عمرها الزمني قصير نسبيا وتستهلك كمية اكبر من الوقود بالمقارنة مع محطات التوليد الحرارية البخارية .
مكونات محطاتالتوربينات الغازية Comp**ents of Gas Turbines
إن الأجزاء الرئيسيةالتي تتكون منها محطة التوليدبالتوربينات الغازية هي ما يلي :
أ ) ضاغط الهواء The Air Compressor
وهو يأخذ الهواء من الجو المحيط ويرفع ضغطه الى عشرات الضغوط الجوية .
ب) غرفة الاحتراق The Combusti** Chamber
وفيها يختلط الهواءالمضغوط الآتي من مكبس الهواء معالوقود ويحترقان معا
بواسطة وسائل خاصةبالاشتعال . وتكون نواتج الاحتراق منالغازات المختلفة على درجات حرارةعالية وضغط مرتفع .
وهي عبارة عن توربينمحورها أفقي مربوط من ناحية مع محورمكبس الهواء مباشرة و من ناحية أخرىمع المولد ولكن بواسطة صندوق تروسلتخفيف السرعة لأن سرعة دورانالتوربين عالية جدا لا تتناسب معسرعة دوران المولد الكهربائي . تدخلالغازات الناتجة عن الاحتراق فيالتوربين فتصطدم بريشها الكثيرةالعدد من ناحية الضغط المنخفض ( يتسعقطر التوربين من هذه الناحية) الىالهواء عن طريق مدخنة .
د ) المولدالكهربائي The Generator
يتصل المولد الكهربائيمع التوربين بواسطة صندوق تروسلتخفيف السرعة كما ذكرنا وفي بعضالتوربينات الحديثة تقسم التوربينالى توربينتين واحدة للضغط والسرعةالعالية متصلة مباشرة مع مكبس الهواءوالثانية تسمى توربينة القدرة متصلةمباشرة مع محور المولد الكهربائي .
هـ ) الآلاتوالمعدات المساعدة Auxiliaries
تحتاج محطات التوربيناتالغازية الى بعض المعدات والآلاتالمساعدة على النحو التالي :
- مصافي الهواء قبل دخوله الى مكبس الهواء .
- مساعد التشغيل الأولي وهو اما محرك ديزل أومحرك كهربائي .
- وسائل المساعدة على الاشتعال .
- آلات تبريد مياه تبريد المحطة .
- معدات قياس الحرارة والضغط في كل مرحلة من مراحل العمل .
- معدات القياس الكهربائية المعروفة المختلفة .
6-محطات توليد الكهرباءبواسطة الرياح : Win Power Stati**
يمكن استغلال الرياح في الأماكن التي تعتبر مجاري دائمة لهذه الرياح في تدوير مراوح كبيرة وعاليةلتوليد الطاقة الكهربائية . وعلى سبيل المثال هناك مدن صغيرة في الولايات المتحدة واوروبا تستمدالطاقة الكهربائية اللازمةللاستهلاك اليومي من محطة توليدكهرباء تعمل بالرياح يبلغ طول شفرة مروحتها 25 مترا . ولا غرو فقد كانت طواحين الهواء المعروفة قديما في أوروبا نوعا من استغلال قدرة الرياح في تدوير حجر الرحى ، وفي هذه الأيام الذي ينتقل على الساحل الشرقي لاسكتلندا يرى العديد من هذه المراوح التي تنتج الطاقة الكهربائية وكذلك المتنزه على الشاطئ الشمالي في لبنان يرى هذه المراوح ترفع المياه من البحر الى الملاحات لانتاج الملح .
7-محطات التوليدبالطاقة الشمسية.
ما يمكن أن ينتج عنه أعمال تطبيقية أصبحت في التداول التجاري هي استغلال الطاقة الشمسية لانتاج الطاقة الكهربائية وفي تسخين مياه الاستعمال المنزلي وخاصة في التجمعات الطلابية والعمالية
للتسجيل اضغط
هـنـا
الإهداءات
05-31-2010, 02:11 PM
طرق توليد الطاقة الكهربائية
المواضيع المتشابهه
توليد الطاقه الكهربية والتحكم بها
فيديوهات يوتيوب الهندسية
العرض العادي
