انواع محطات التوليد

إن عملية توليد أو إنتاج الطاقة الكهربائية هي فيالحقيقة عملية تحويل الطاقة من شكل الى آخر حسب مصادر الطاقة المتوفرة في مراكزالطلب على الطاقة الكهربائية وحسب الكميات المطلوبة لهذه الطاقة ، الأمر الذي يحددأنواع محطات التوليد وكذلك أنواع الاستهلاك وأنواع الوقود ومصادره كلها تؤثر فيتحديد نوع المحطة ومكانها وطاقتها .

أنواع محطات التوليد :
نذكر هنا أنواع محطات التوليد المستعملة على صعيد عالميونركز على الأنواع المستعملة في بلادنا :

1. محطات التوليد البخارية .
   
2. محطات التوليد النووية .
   
3. محطات التوليد المائية .
   
4. محطات التوليد من المد والجزر
   
5. محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي (ديزل – غازية)
   
6. محطات التوليد بواسطة الرياح.
   
7. محطات التوليد بالطاقة الشمسية.
   
8. 
   

1-محطات التوليد البخارية
تعتبر محطات التوليد البخارية محولا للطاقة (EnergyConverter)
وتستعمل هذه المحطات أنواع مختلفة من الوقود حسب الأنواعالمتوفرة مثل الفحم الحجري أو البترول السائل أو الغاز الطبيعي أو الصناعي .
تمتاز المحطات البخارية بكبر حجمها ورخص تكاليفهابالنسبة لإمكاناتها الضخمة كما تمتاز بإمكانية استعمالها لتحلية المياه المالحة ، الأمرالذي يجعلها ثنائية الإنتاج خاصة في البلاد التي تقل فيها مصادر المياه العذبة .

اختيار مواقع المحطات البخارية Site Selection of Steam PowerStation
تتحكم في اختيار المواقع المناسبة لمحطات التوليدالحرارية عدة عوامل مؤثرة نذكر منها
ما يلي :

1. القرب من مصادر الوقود وسهولة نقله إلى هذه المواقع وتوفر وسائل النقل الاقتصادية.
   
2. القرب من مصادر مياه التبريد لأن المكثف يحتاج إلى كميات كبير من مياه التبريد . لذلك تبنى هذه المحطات عادة على شواطئ البحار أو بالقرب من مجاري الأنهار.
   
3. القرب من مراكز استهلاك الطاقة الكهربائية لتوفير تكاليف إنشاء خطوط النقل . مراكز الاستهلاك هي عادة المدن والمناطق السكنية والمجمعات التجارية والصناعية
   

وتعتمد محطات التوليد البخارية على استعمال نوع الوقودالمتوفر وحرقه في أفران خاصة لتحويل الطاقة الكيميائية في الوقود الى طاقة حراريةفي اللهب الناتج من عملية الاحتراق ثم استعمال الطاقة الحرارية في تسخين المياه فيمراجل خاصة (BOILERS) وتحويلها الى بخار في درجة حرارة وضغط معين ثم تسليط هذاالبخار على عنفات أو توربينات بخارية صممت لهذه الغاية فيقوم البخار السريع بتدويرمحور التوربينات وبذلك تتحول الطاقة الحرارية الى طاقة ميكانيكية على محور هذهالتوربينات . يربط محور المولد الكهربائي ربطا مباشرا مع محور التوربينات البخاريةفيدور محور المولد الكهربائي (AL TERNATOR) بنفسالسرعة وباستغلال خاصة المغناطيسية الدوارة (ROTOR) من المولدوالجزء الثابت (STATOR) منه تتولد على طرفي الجزءالثابت من المولد الطاقة الكهربائية اللازمة . والرسم التمثيلي رقم يبين مسلسل تحويلالطاقة من أول حرق الوقود حتى إنتاج الطاقة الكهربائية .
لا يوجد فوارق أساسية بين محطات التوليد البخارية التيتستعمل أنواع الوقود المختلفة إلا من حيث طرق نقل وتخزين وتداول وحرق الوقود . وقدكان استعمال الفحم الحجري شائعا في أواخر القرن الماضي وأوائل هذا القرن ، إلا أناكتشاف واستخراج البترول ومنتوجاته احدث تغييرا جذريا في محطات التوليد الحراريةحيث اصبح يستعمل بنسبة تسعين بالمئة لسهولة نقله وتخزينه وحرقة إن كان بصورة وقودسائل أو غازي .
مكونات محطات التوليد البخارية :
تتألف محطات التوليد البخارية بصورة عامة من الأجزاءالرئيسية التالية :
أ ) الفرن : Furnace
وهو عبارة عن وعاء كبير لحرق الوقود . ويختلف شكل ونوعهذا الوعاء وفقا لنوع الوقود المستعمل ويلحق به وسائل تخزين ونقل وتداول الوقودورمي المخلفات الصلبة
ب ) المرجل : Boiler
وهو وعاء كبير يحتوي على مياه نقية تسخن بواسطة حرقالوقود لتتحول هذه المياه
الى بخار . وفي كثير من الأحيان يكون الفرن والمرجل فيحيز واحد تحقيقا للاتصال
المباشر بين الوقود المحترق والماء المراد تسخينه .د
وتختلف أنواع المراجل حسب حجم المحطة وكمية البخارالمنتج في وحدة الزمن .
ج ) العنفة الحرارية أو التوربين Turbine
وهي عبارة عن عنفة من الصلب لها محور ويوصل به جسم علىشكل أسطواني مثبت به لوحات مقعرة يصطدم فيها البخار فيعمل على دورانها ويدورالمحور بسرعة عالية جدا حوالي 3000 دورة بالدقيقة وتختلف العنفات في الحجموالتصميم والشكل باختلاف حجم البخار وسرعته وضغطه ودرجة حرارته ، أي باختلاف حجممحطة التوليد .
د ) المولد الكهربائي : Generator
هو عبارة عن مولد كهربائي مؤلف من عض دوار مربوط مباشرةمع محور التوربين وعضو ثابت .ويلف العضوين بالأسلاك النحاسية المعزولة لتنقل الحقلالمغناطيسي الدوار وتحوله إلى تيار كهربائي على أطراف العضو الثابت . ويختلف شكلهذا المولد باختلاف حجم المحطة .
هـ ) المكثف: Condenser
وهو عبارة عن وعاء كبير من الصلب يدخل اليه من الأعلىالبخار الآتي 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 أنابيبحلزونية تعمل على تحويل البخار الضعيف إلى مياه حيث تعود هذه المياه إلى المراجلمرة أخرى بواسطة مضخات خاصة .
و) المدخنة : Chimney
وهي عبارة عن مدخنة من الآجر الحراري ( Brick) أسطوانية الشكل مرتفعة جداتعمل على طرد مخلفات الاحتراق الغازية إلى الجو على ارتفاع شاهق للإسراع في طردغازات الاحتراق والتقليل من تلوث البيئة المحيطة بالمحطة .
ز) الآلات والمعدات المساعدة : Auxiliaries
وهي عبارة عن عدد كبير من المضخات والمحركات الميكانيكيةوالكهربائية ومنظمات السرعة ومعدات تحميص البخار التي تساعد على إتمام العمل فيمحطات التوليد .

2-محطاتالتوليد النووية : NuclearPower Station
محطات التوليد النووية نوعا من محطات التوليد الحراريةلأنها تعمل بنفس المبدأ وهو توليد البخار بالحرارة وبالتالي يعمل البخار على تدويرالتوربينات التي بدورها تدور الجزء الدوار من المولد الكهربائي وتتولد الطاقةالكهربائية على أطراف الجزء الثابت من هذا المولد .
والفرق في محطات التوليد النووية أنه بدل الفرن الذييحترق فيه الوقود يوجد هنا مفاعل ذري تتولد في الحرارة نتيجة انشطار ذراتاليورانيوم بضربات الإلكترونات المتحركة في الطبقة الخارجية للذرة وتستغل هذهالطاقة الحرارية الهائلة في غليان المياه في المراجل وتحويلها إلى بخار ذي ضغط عالودرجة مرتفعة جدا.
تحتوي محطة التوليد النووية على الفرن الذري الذي يحتاجإلى جدار عازل وواق من الإشعاع الذري وهو يتكون من طبقة من الآجر الناري وطبقة منالمياه وطبقة من الحديد الصلب ثم طبقة من الأسمنت تصل إلى سمك مترين وذلك لحمايةالعاملين في المحطة والبيئة المحيطة من التلوث بالإشعاعات الذرية .
أن أول محطة توليد حرارية نووية في العالم نفذت في عام 1954 وكانت في الاتحاد السوفيتي بطاقة 5ميغاواط . .
ومحطات التوليد النووية غير مستعملة في البلاد العربيةحتى الآن . ولكن محطات التوليد الحرارية البخارية مستعملة بصورة كثيفة على البحرالأحمر والبحر الأبيض المتوسط والخليج العربي في توليد الكهرباء ولتحلية المياهالمالحة .
3-محطاتالتوليد المائية : HydraulicPower Stations
حيث توجد المياه في أماكن مرتفعة كالبحيرات ومجاريالأنهار يمكن التفكير بتوليد الطاقة ، خاصة إذا كانت طبيعة الأرض التي تهطل فيهاالأمطار أو تجري فيها الأنهار جبلية ومرتفعة. ففي هذه الحالات يمكن توليد الكهرباءمن مساقط المياه . أما إذا كانت مجاري الأنهار ذات انحدار خفيف فيقتضي عمل سدود فيالأماكن المناسبة من مجرى النهر لتخزين المياه . تنشاء محطات التوليد عادة بالقربمن هذه السدود كما هو الحال في مجرى نهر النيل. وقد بني السد العالي وبنيت معهمحطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 1800 ميغاواط . وعلى نهر الفرات في شمالسوريا بني سد ومحطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 800 ميغاواط ، انظر الشكلرقم (6-6) .
إذا كان مجرى النهر منحدرا انحدار كبيرا فيمكن عملتحويرة في مجرى النهر باتجاه أحد الوديان المجاورة وعمل شلال اصطناعي . هذا بالإضافة إلى الشلالات الطبيعيةالتي تستخدم مباشرة لتوليد الكهرباء كما هو حاصل في شلالات نياغرا بين كنداوالولايات المتحدة . وبصورة عامة أن أية كمية من المياه موجودة على ارتفاع معينتحتوي على طاقة كامنة في موقعها . فإذا هبطت كمية المياه إلى ارتفاع ادنى تحولتالطاقة الكامنة إلى طاقة حركية . وإذا سلطت كمية المياه على توربينة مائية دارتبسرعة كبيرة وتكونت على محور التوربينة طاقة ميكانيكية . وإذا ربطت التوربينة معمحور المولد الكهربائي تولد على أطراف العضو الثابت من المولد طاقة كهربائية .
مكونات محطة التوليد المائية : Componentsof Hydro-Electric Station
تتألف محطة توليد الكهرباء المائية بصورة عامة منالأجزاء الرئيسية التالية.

1. مساقط المياه (المجرى المائل) Penstock
   

وهو عبارة عن أنبوب كبير أو أكثر يكون في اسفل السد أومن أعلى الشلال إلى مدخل التوربينة وتسيل في المياه بسرعة كبيرة . يوجد سكر فيأوله (بوابة) (VALVE) وسكر آخر في آخره للتحكم في كمية المياه التي تدور التوربينة .
تجدر الإشارة الى أن السدود وبوابات التحكم وأقنيةالمياه الموصلة للأنابيب المائلة تختلف حسب كمية المياه وأماكن تواجدها .
ب. التوربين: Turbine
تكون التوربينة والمولد عادة في مكان واحد مركبين علىمحور رأسي واحد . يركب المولد فوق التوربينة . وعندما تفتح البوابة في اسفلالأنابيب المائلة تتدفق المياه بسرعة كبيرة في تجاويف مقعرة فتدور بسرعة وتديرمعها العضو الدوار في المولد حيث تتولد الطاقة الكهربائية على أطراف هذا المولد .
ج ) أنبوبة السحب : DraughtTubes
بعد أن تعمل المياه المتدفقة في تدوير التوربين فلا بدمن سحبها للخارج بسرعة ويسر حتى لا تعوق الدوران . لذا توضع أنابيب بأشكال خاصةلسحبها للخارج السرعة اللازمة.
د) المعدات والآلات المساعدة : Auxiliaries
تحتاج محطات التوليد المائية آلي العديد من الآلاتالمساعدة مثل المضخات والبوابات والمفاتيح ومعدات تنظيم سرعة الدوران وغيرها .
4-محطاتالتوليد من المد والجزر TidalPower Stations
المد والجزر من الظواهر الطبيعية المعروفة عند سكانسواحل البحار . فهم يرون مياه البحر ترتفع في بعض ساعات اليوم وتنخفض في البعضالآخر . وقد لا يعلمون أن هذا الارتفاع ناتج عن جاذبية القمر عندما يكون قريبا منهذه السواحل وان ذلك الانخفاض يحدث عندما يكون القمر بعيدا عن هذه السواحل ، أيعندما يغيب القمر ، علما أن القمر يدور حول الأرض في مدار أهليجي أي بيضاوي الشكلدورة كل شهر هجري ، وأن الأرض تدور حول نفسها كل أربع وعشرين ساعة . فإذا ركزناالانتباه على مكان معين ، وكان القمر ينيره في الليل ، فهذا معناه أنه قريب من ذلكالمكان وان جاذبيته قوية . لذا ترتفع مياه البحر . وبعد مضي أثنى عشرة ساعة من ذلكالوقت ، يكون القمر بالجزء المقابل قطريا ، أي بعيدا عن المكان ذاته بعدا زائدابطول قطر الكرة الأرضية فيصبح اتجاه جاذبية القمر معاكسة وبالتالي ينخفض مستوىمياه البحر .
واكثر بلاد العالم شعورا بالمد والجزر هو الطرف الشماليالغربي من فرنسا حيث يعمل مد وجزر المحيط الأطلسي على سواحل شبه جزيرة برنتانياإلى ثلاثين مترا وقد أنشئت هناك محطة لتوليد الطاقة الكهربائية بقدرة 400 ميغاواط. حيث توضع توربينات خاصة في مجرى المد فتديرها المياه الصاعدة ثم تعود المياهالهابطة وتديرها مرة أخرى .
ومن الأماكن التي يكثر فيها المد والجزر السواحلالشمالية للخليج العربي في منطقة الكويت حيث يصل أعلى مد إلى ارتفاع 11 مترا ولكنهذه الظاهرة لا تستغل في هذه المناطق لتوليد الطاقة الكهربائية .

5-محطاتالتوليد ذات الاحتراق الداخلي :Internal Combustion Engines
محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي هي عبارة عن الآتتستخدم الوقود السائل (Fuel Oil) حيث يحترق داخل غرف احتراق بعد مزجها بالهواء بنسب معينة ، فتتولد نواتجالاحتراق وهي عبارة عن غازات على ضغط مرتفع تستطيع تحريك المكبس كما في حالةماكينات الديزل أو تستطيع تدوير التوربينات حركة دورا نية كما في حالة التوربيناتالغازية .

1. توليد الكهرباء بواسطة الديزل Diesel Power Station
   

تستعمل ماكينات الديزل في توليد الكهرباء في أماكن كثيرةفي دول الخليج وخاصة في المدن الصغيرة والقرى . وهي تمتاز بسرعة التشغيل وسرعةالإيقاف ولكنها تحتاج الى كمية مرتفعة من الوقود نسبيا وبالتالي فان كلفة الطاقةالمنتجة منها تتوقف على أسعار الوقود . ومن ناحية أخرى لا يوجد منها وحدات ذاتقدرات كبيرة . (3 ميغاواط فقط). وهذا المولدات سهلة التركيب وتستعمل كثيرة فيحالات الطوارئ أو أثناء فترة ذروة الحمل . وفي هذه الحالة يعمل عادة عدد كبير من هذه المولدات بالتوازيلسد احتياجات مراكز الاستهلاك.

1. توليد الكهرباء بالتوربينات الغازية Gas Turbine
   

تعتبر محطات توليد الكهرباء العاملة بالتوربينات الغازيةحديثة العهد نسبيا ويعتبر الشرق الأوسط من اكثر البلدان استعمالا لها . وهي ذاتسعات وأحجام مختلفة من 1 ميغاواط الى 250ميغاواط ، تستعمل عادة أثناء ذروة الحملفي البلدان التي يوجد فيها محطات توليد بخارية أو مائية ، علما أن فترة إقلاعهاوإيقافها تتراوح بين دقيقتين وعشرة دقائق.
وفي معظم الشرق الأوسط ، وخاصة في المملكة العربيةالسعودية ، فتستعمل التوربينات الغازية لتوليد الطاقة طوال اليوم بما فيه فترةالذروة . ونجد اليوم في الأسواق وحدات متنقلة من هذه المولدات لحالات الطوارئمختلفة الأحجام والقدرات .
تمتاز هذه المولدات ببساطتها ورخص ثمنها نسبيا وسرعةتركيبها وسهولة صيانتها وهي لا تحتاج إلى مياه كثيرة للتبريد . كما تمتاز بإمكانيةاستعمال 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 %كما أن عمرها الزمني قصير نسبيا وتستهلك كمية اكبر من الوقود بالمقارنة مع محطاتالتوليد الحرارية البخارية .
مكونات محطات التوربينات الغازية Components of Gas Turbines
إن الأجزاء الرئيسية التي تتكون منها محطة التوليدبالتوربينات الغازية هي ما يلي :
أ ) ضاغط الهواء The AirCompressor
وهو يأخذ الهواء من الجو المحيط ويرفع ضغطه الى عشراتالضغوط الجوية .
ب) غرفة الاحتراق The CombustionChamber
وفيها يختلط الهواء المضغوط الآتي من مكبس الهواء معالوقود ويحترقان معا
بواسطة وسائل خاصة بالاشتعال . وتكون نواتج الاحتراق منالغازات المختلفة على درجات حرارة عالية وضغط مرتفع .
ج ) التوربين The Turbine
وهي عبارة عن توربين محورها أفقي مربوط من ناحية مع محورمكبس الهواء مباشرة و من ناحية أخرى مع المولد ولكن بواسطة صندوق تروس لتخفيفالسرعة لأن سرعة دوران التوربين عالية جدا لا تتناسب مع سرعة دوران المولدالكهربائي . تدخل الغازات الناتجة عن الاحتراق في التوربين فتصطدم بريشها الكثيرةالعدد من ناحية الضغط المنخفض ( يتسع قطر التوربين من هذه الناحية) الى الهواء عنطريق مدخنة .
د ) المولد الكهربائي The Generator
يتصل المولد الكهربائي مع التوربين بواسطة صندوق تروسلتخفيف السرعة كما ذكرنا وفي بعض التوربينات الحديثة تقسم التوربين الى توربينتينواحدة للضغط والسرعة العالية متصلة مباشرة مع مكبس الهواء والثانية تسمى توربينةالقدرة متصلة مباشرة مع محور المولد الكهربائي .
هـ ) الآلات والمعدات المساعدة Auxiliaries
تحتاج محطات التوربينات الغازية الى بعض المعدات والآلاتالمساعدة على النحو التالي :

1. مصافي الهواء قبل دخوله الى مكبس الهواء .
   
2. مساعد التشغيل الأولي وهو اما محرك ديزل أو محرك كهربائي .
   
3. وسائل المساعدة على الاشتعال .
   
4. آلات تبريد مياه تبريد المحطة .
   
5. معدات قياس الحرارة والضغط في كل مرحلة من مراحل العمل .
   
6. معدات القياس الكهربائية المعروفة المختلفة .
   

6-محطاتتوليد الكهرباء بواسطة الرياح :Win Power Station
يمكن استغلال الرياح في الأماكن التي تعتبر مجاري دائمةلهذه الرياح في تدوير مراوح كبيرة وعالية لتوليد الطاقة الكهربائية . وعلى سبيلالمثال هناك مدن صغيرة في الولايات المتحدة واوروبا تستمد الطاقة الكهربائية اللازمةللاستهلاك اليومي من محطة توليد كهرباء تعمل بالرياح يبلغ طول شفرة مروحتها 25مترا . ولا غرو فقد كانت طواحين الهواء المعروفة قديما في أوروبا نوعا من استغلالقدرة الرياح في تدوير حجر الرحى ، وفي هذه الأيام الذي ينتقل على الساحل الشرقيلاسكتلندا يرى العديد من هذه المراوح التي تنتج الطاقة الكهربائية وكذلك المتنزهعلى الشاطئ الشمالي في لبنان يرى هذه المراوح ترفع المياه من البحر الى الملاحاتلانتاج الملح .
7-محطات التوليد بالطاقة الشمسية.
ما يمكن أن ينتج عنه أعمال تطبيقية أصبحت في التداولالتجاري هي استغلال الطاقة الشمسية لانتاج الطاقة الكهربائية وفي تسخينمياه الاستعمال المنزلي وخاصة في التجمعات الطلابية والعمالية .
وصلني هذا الموضوع فحبيت اعرضه عليكم ممكن حد يستفيد منه

طرق توليد الطاقة الكهربائية

Generation of Electrical Energy

إن عملية توليد أو إنتاج الطاقة الكهربائية هي في الحقيقة عملية تحويلالطاقة من شكل الى آخر حسب مصادر الطاقة المتوفرة في مراكز الطلب على الطاقةالكهربائية وحسب الكميات المطلوبة لهذه الطاقة ، الأمر الذي يحدد أنواع محطاتالتوليد وكذلك أنواع الاستهلاك وأنواع الوقود ومصادره كلها تؤثر في تحديد نوعالمحطة ومكانها وطاقتها .

أنواع محطات التوليد:

نذكر هنا أنواع محطات التوليد المستعملة على صعيد عالمي ونركز علىالأنواع المستعملة في بلادنا :

محطات التوليد البخارية.
محطات التوليد النووية.
محطات التوليد المائية.
محطات التوليد من المد والجزر
محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي (ديزل – غازية)
محطات التوليد بواسطة الرياح.
محطات التوليد بالطاقة الشمسية.
1-محطات التوليد البخارية

تعتبر محطات التوليد البخارية محولا للطاقة (Energy Converter)

وتستعمل هذه المحطات أنواع مختلفة من الوقود حسب الأنواع المتوفرة مثلالفحم الحجري أو البترول السائل أو الغاز الطبيعي أو الصناعي .

تمتاز المحطات البخارية بكبر حجمها ورخص تكاليفها بالنسبة لإمكاناتها الضخمةكما تمتاز بإمكانية استعمالها لتحلية المياه المالحة ، الأمر الذي يجعلها ثنائيةالإنتاج خاصة في البلاد التي تقل فيها مصادر المياه العذبة .

اختيار مواقع المحطات البخارية Site Selection of Steam Power Station

تتحكم في اختيار المواقع المناسبة لمحطات التوليد الحرارية عدة عواملمؤثرة نذكر منها

ما يلي :

القرب من مصادر الوقود وسهولة نقله إلى هذه المواقع وتوفر وسائل النقلالاقتصادية.
القرب من مصادر مياه التبريد لأن المكثف يحتاج إلى كميات كبير من مياهالتبريد . لذلك تبنى هذه المحطات عادة على شواطئ البحار أو بالقرب من مجاري الأنهار.
القرب من مراكز استهلاك الطاقة الكهربائية لتوفير تكاليف إنشاء خطوطالنقل . مراكز الاستهلاك هي عادة المدن والمناطق السكنية والمجمعات التجارية والصناعية
وتعتمد محطات التوليد البخارية على استعمال نوع الوقود المتوفر وحرقهفي أفران خاصة لتحويل الطاقة الكيميائية في الوقود الى طاقة حرارية في اللهب الناتجمن عملية الاحتراق ثم استعمال الطاقة الحرارية في تسخين المياه في مراجل خاصة (BOILERS) وتحويلهاالى بخار في درجة حرارة وضغط معين ثم تسليط هذا البخار على عنفات أو توربيناتبخارية صممت لهذه الغاية فيقوم البخار السريع بتدوير محور التوربينات وبذلك تتحولالطاقة الحرارية الى طاقة ميكانيكية على محور هذه التوربينات . يربط محور المولدالكهربائي ربطا مباشرا مع محور التوربينات البخارية فيدور محور المولد الكهربائي (AL TERNATOR) بنفسالسرعة وباستغلال خاصة المغناطيسية الدوارة (ROTOR) من المولد والجزء الثابت (STATOR) منهتتولد على طرفي الجزء الثابت من المولد الطاقة الكهربائية اللازمة . والرسمالتمثيلي رقم يبين مسلسل تحويل الطاقة من أول حرق الوقود حتى إنتاج الطاقةالكهربائية .

لا يوجد فوارق أساسية بين محطات التوليد البخارية التي تستعمل أنواعالوقود المختلفة إلا من حيث طرق نقل وتخزين وتداول وحرق الوقود . وقد كان استعمال الفحمالحجري شائعا في أواخر القرن الماضي وأوائل هذا القرن ، إلا أن اكتشاف واستخراجالبترول ومنتوجاته احدث تغييرا جذريا في محطات التوليد الحرارية حيث اصبح يستعملبنسبة تسعين 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 :

أ ) الفرن :Furnace

وهو عبارة عن وعاء كبير لحرق الوقود . ويختلف شكل ونوع هذا الوعاءوفقا لنوع الوقود المستعمل ويلحق به وسائل تخزين ونقل وتداول الوقود ورمي المخلفاتالصلبة

ب ) المرجل :Boiler

وهو وعاء كبير يحتوي على مياه نقية تسخن بواسطة حرق الوقود لتتحول هذهالمياه

الى بخار . وفي كثير من الأحيان يكون الفرن والمرجل في حيز واحدتحقيقا للاتصال

المباشر بين الوقود المحترق والماء المراد تسخينه .د

وتختلف أنواع المراجل حسب حجم المحطة وكمية البخار المنتج في وحدةالزمن .

ج ) العنفة الحرارية أو التوربين Turbine

وهي عبارة عن عنفة من الصلب لها محور ويوصل به جسم على شكل أسطوانيمثبت به لوحات مقعرة يصطدم فيها البخار فيعمل على دورانها ويدور المحور بسرعة عاليةجدا حوالي 3000 دورة بالدقيقة وتختلف العنفات في الحجم والتصميم والشكل باختلافحجم البخار وسرعته وضغطه ودرجة حرارته ، أي باختلاف حجم محطة التوليد .

د ) المولد الكهربائي: Generator

هو عبارة عن مولد كهربائي مؤلف من عض دوار مربوط مباشرة مع محورالتوربين وعضو ثابت .ويلف العضوين بالأسلاك النحاسية المعزولة لتنقل الحقل المغناطيسيالدوار وتحوله إلى تيار كهربائي على أطراف العضو الثابت . ويختلف شكل هذا المولد باختلاف حجم المحطة .

هـ ) المكثف:Condenser

وهو عبارة عن وعاء كبير من الصلب يدخل اليه من الأعلى البخار الآتي منالتوربين بعد أن يكون قد قام بتدويرها وفقد الكثير من ضغطه ودرجة حرارته ، كمايدخل في هذا المكثف من أسفل تيار من مياه التبريد داخل أنابيب حلزونية تعمل علىتحويل البخار الضعيف إلى مياه حيث تعود هذه المياه إلى المراجل مرة أخرى بواسطةمضخات خاصة .

و) المدخنة :Chimney

وهي عبارة عن مدخنة من الآجر الحراري ( Brick) أسطوانية الشكل مرتفعة جدا تعمل على طردمخلفات الاحتراق الغازية إلى الجو على ارتفاع شاهق للإسراع في طرد غازات الاحتراقوالتقليل من تلوث البيئة المحيطة بالمحطة .

ز) الآلات والمعدات المساعدة : Auxiliaries

وهي عبارة عن عدد كبير من المضخات والمحركات الميكانيكية والكهربائية ومنظماتالسرعة ومعدات تحميص البخار التي تساعد على إتمام العمل في محطات التوليد .



2-محطات التوليد النووية: Nuclear Power Station

محطات التوليد النووية نوعا من محطات التوليد الحرارية لأنها تعملبنفس المبدأ وهو توليد البخار بالحرارة وبالتالي يعمل البخار على تدوير التوربيناتالتي بدورها تدور الجزء الدوار من المولد الكهربائي وتتولد الطاقة الكهربائية علىأطراف الجزء الثابت من هذا المولد.

والفرق في محطات التوليد النووية أنه بدل الفرن الذي يحترق فيه الوقوديوجد هنا مفاعل ذري تتولد في الحرارة نتيجة انشطار ذرات اليورانيوم بضربات الإلكتروناتالمتحركة في الطبقة الخارجية للذرة وتستغل هذه الطاقة الحرارية الهائلة في غليانالمياه في المراجل وتحويلها إلى بخار ذي ضغط عال ودرجة مرتفعة جدا.

تحتوي محطة التوليد النووية على الفرن الذري الذي يحتاج إلى جدار عازلوواق من الإشعاع الذري وهو يتكون من طبقة من الآجر الناري وطبقة من المياه وطبقةمن الحديد الصلب ثم طبقة من الأسمنت تصل إلى سمك مترين وذلك لحماية العاملين فيالمحطة والبيئة المحيطة من التلوث بالإشعاعات الذرية .

أن أول محطة توليد حرارية نووية في العالم نفذت في عام 1954 وكانت فيالاتحاد السوفيتي بطاقة 5 ميغاواط. .

ومحطات التوليد النووية غير مستعملة في البلاد العربية حتى الآن .ولكن محطات التوليد الحرارية البخارية مستعملة بصورة كثيفة على البحر الأحمر والبحرالأبيض المتوسط والخليج العربي في توليد الكهرباء ولتحلية المياه المالحة .
( الجزء الثاني)

3-محطات التوليد المائية : Hydraulic Power Stations

حيث توجد المياه في أماكن مرتفعة كالبحيرات ومجاريالأنهار يمكن التفكير بتوليد الطاقة ، خاصة إذا كانت طبيعة الأرض التي تهطل فيهاالأمطار أو تجري فيها الأنهار جبلية ومرتفعة. ففي هذه الحالات يمكن توليد الكهرباءمن مساقط المياه . أما إذا كانت مجاري الأنهار ذات انحدار خفيف فيقتضي عمل سدود فيالأماكن المناسبة من مجرى النهر لتخزين المياه . تنشاء محطات التوليد عادة بالقربمن هذه السدود كما هو الحال في مجرى نهر النيل. وقد بني السد العالي وبنيت معهمحطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 1800 ميغاواط . وعلى نهر الفرات في شمالسوريا بني سد ومحطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 800 ميغاواط ، انظر الشكلرقم (6-6) .

إذا كان مجرى النهر منحدرا انحدار كبيرا فيمكن عملتحويرة في مجرى النهر باتجاه أحد الوديان المجاورة وعمل شلال اصطناعي . هذابالإضافة إلى الشلالات الطبيعية التي تستخدم مباشرة لتوليد الكهرباء كما هو حاصلفي شلالات نياغرا بين كندا والولايات المتحدة . وبصورة عامة أن أية كمية من المياهموجودة على ارتفاع معين تحتوي على طاقة كامنة في موقعها . فإذا هبطت كمية المياهإلى ارتفاع ادنى تحولت الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية . وإذا سلطت كمية المياه علىتوربينة مائية دارت بسرعة كبيرة وتكونت على محور التوربينة طاقة ميكانيكية . وإذاربطت التوربينة مع محور المولد الكهربائي تولد على أطراف العضو الثابت من المولدطاقة كهربائية .

مكونات محطة التوليد المائية : Components of Hydro-Electric Station

تتألف محطة توليد الكهرباء المائية بصورة عامة منالأجزاء الرئيسية التالية.

مساقط المياه (المجرى المائل) Penstock
وهو عبارة عن أنبوب كبير أو أكثر يكون في اسفل السد أومن أعلى الشلال إلى مدخل التوربينة وتسيل في المياه بسرعة كبيرة . يوجد سكر فيأوله (بوابة) (VALVE) وسكر آخر في آخره للتحكم في كمية المياه التي تدور التوربينة .

تجدر الإشارة الى أن السدود وبوابات التحكم وأقنيةالمياه الموصلة للأنابيب المائلة تختلف حسب كمية المياه وأماكن تواجدها .

ب. التوربين:Turbine

تكون التوربينة والمولد عادة في مكان واحد مركبين علىمحور رأسي واحد . يركب المولد فوق التوربينة . وعندما تفتح البوابة في اسفلالأنابيب المائلة تتدفق المياه بسرعة كبيرة في تجاويف مقعرة فتدور بسرعة وتديرمعها العضو الدوار في المولد حيث تتولد الطاقة الكهربائية على أطراف هذا المولد .

ج ) أنبوبة السحب : Draught Tubes

بعد أن تعمل المياه المتدفقة في تدوير التوربين فلا بدمن سحبها للخارج بسرعة ويسر حتى لا تعوق الدوران . لذا توضع أنابيب بأشكال خاصةلسحبها للخارج السرعة اللازمة.

د) المعدات والآلات المساعدة : Auxiliaries

تحتاج محطات التوليد المائية آلي العديد من الآلاتالمساعدة مثل المضخات والبوابات والمفاتيح ومعدات تنظيم سرعة الدوران وغيرها .

4-محطات التوليد من المد والجزر Tidal Power Stations

المد والجزر من الظواهر الطبيعية المعروفة عند سكانسواحل البحار . فهم يرون مياه البحر ترتفع في بعض ساعات اليوم وتنخفض في البعضالآخر . وقد لا يعلمون أن هذا الارتفاع ناتج عن جاذبية القمر عندما يكون قريبا منهذه السواحل وان ذلك الانخفاض يحدث عندما يكون القمر بعيدا عن هذه السواحل ، أي عندمايغيب القمر ، علما أن القمر يدور حول الأرض في مدار أهليجي أي بيضاوي الشكل دورةكل شهر هجري ، وأن الأرض تدور حول نفسها كل أربع وعشرين ساعة . فإذا ركزناالانتباه على مكان معين ، وكان القمر ينيره في الليل ، فهذا معناه أنه قريب من ذلكالمكان وان جاذبيته قوية . لذا ترتفع مياه البحر . وبعد مضي أثنى عشرة ساعة من ذلكالوقت ، يكون القمر بالجزء المقابل قطريا ، أي بعيدا عن المكان ذاته بعدا زائدابطول قطر الكرة الأرضية فيصبح اتجاه جاذبية القمر معاكسة وبالتالي ينخفض مستوىمياه البحر .

واكثر بلاد العالم شعورا بالمد والجزر هو الطرف الشماليالغربي من فرنسا حيث يعمل مد وجزر المحيط الأطلسي على سواحل شبه جزيرة برنتانياإلى ثلاثين مترا وقد أنشئت هناك محطة لتوليد الطاقة الكهربائية بقدرة 400 ميغاواط . حيث توضعتوربينات خاصة في مجرى المد فتديرها المياه الصاعدة ثم تعود المياه الهابطةوتديرها مرة أخرى .

ومن الأماكن التي يكثر فيها المد والجزر السواحلالشمالية للخليج العربي في منطقة الكويت حيث يصل أعلى مد إلى ارتفاع 11 مترا ولكنهذه الظاهرة لا تستغل في هذه المناطق لتوليد الطاقة الكهربائية .



5-محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي : Internal Combustion Engines

محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي هي عبارة عن الآتتستخدم الوقود السائل (FuelOil) حيث يحترق داخل غرف احتراق بعد مزجها بالهواء بنسبمعينة ، فتتولد نواتج الاحتراق وهي عبارة عن غازات على ضغط مرتفع تستطيع تحريك المكبسكما في حالة ماكينات الديزل أو تستطيع تدوير التوربينات حركة دورا نية كما في حالةالتوربينات الغازية .

توليد الكهرباء بواسطة الديزل Diesel Power Station
تستعمل ماكينات الديزل في توليد الكهرباء في أماكن كثيرةفي دول الخليج وخاصة في المدن الصغيرة والقرى . وهي تمتاز بسرعة التشغيل وسرعةالإيقاف ولكنها تحتاج الى كمية مرتفعة من الوقود نسبيا وبالتالي فان كلفة الطاقة المنتجةمنها تتوقف على أسعار الوقود . ومن ناحية أخرى لا يوجد منها وحدات ذات قدرات كبيرة. (3 ميغاواط فقط). وهذا المولدات سهلة التركيب وتستعمل كثيرة في حالات الطوارئ أوأثناء فترة ذروة الحمل . وفي هذه الحالة يعمل عادة عدد كبير من هذه المولداتبالتوازي لسد احتياجات مراكز الاستهلاك.

توليد الكهرباء بالتوربينات الغازية Gas Turbine
تعتبر محطات توليد الكهرباء العاملة بالتوربينات الغازيةحديثة العهد نسبيا ويعتبر الشرق الأوسط من اكثر البلدان استعمالا لها . وهي ذاتسعات وأحجام مختلفة من 1 ميغاواط الى 250ميغاواط ، تستعمل عادة أثناء ذروة الحملفي البلدان التي يوجد فيها محطات توليد بخارية أو مائية ، علما أن فترة إقلاعهاوإيقافها تتراوح بين دقيقتين وعشرة دقائق.

وفي معظم الشرق الأوسط ، وخاصة في المملكة العربيةالسعودية ، فتستعمل التوربينات الغازية لتوليد الطاقة طوال اليوم بما فيه فترةالذروة . ونجد اليوم في الأسواق وحدات متنقلة من هذه المولدات لحالات الطوارئمختلفة الأحجام والقدرات .

تمتاز هذه المولدات ببساطتها ورخص ثمنها نسبيا وسرعةتركيبها وسهولة صيانتها وهي لا تحتاج إلى مياه كثيرة للتبريد . كما تمتاز بإمكانيةاستعمال العديد من أنواع الوقود ( البترول الخام النقي – الغاز الطبيعي – الغاز الثقيلوغيرها ... ) وتمتاز كذلك بسرعة التشغيل وسرعة الإيقاف .

وأما سيئاتها فهي ضعف المردود الذي يتراوح بين 15 و 25 %كما أن عمرها الزمني قصير نسبيا وتستهلك كمية اكبر من الوقود بالمقارنة مع محطاتالتوليد الحرارية البخارية .

مكونات محطات التوربينات الغازية Components of Gas Turbines

إن الأجزاء الرئيسية التي تتكون منها محطة التوليدبالتوربينات الغازية هي ما يلي:

أ ) ضاغط الهواء The Air Compressor

وهو يأخذ الهواء من الجو المحيط ويرفع ضغطه الى عشراتالضغوط الجوية .

ب) غرفة الاحتراق The Combustion Chamber

وفيها يختلط الهواء المضغوط الآتي من مكبس الهواء معالوقود ويحترقان معا

بواسطة وسائل خاصة بالاشتعال . وتكون نواتج الاحتراق منالغازات المختلفة على درجات حرارة عالية وضغط مرتفع .

ج ) التوربينThe Turbine

وهي عبارة عن توربين محورها أفقي مربوط من ناحية مع محورمكبس الهواء مباشرة و من ناحية أخرى مع المولد ولكن بواسطة صندوق تروس لتخفيفالسرعة لأن سرعة دوران التوربين عالية جدا لا تتناسب مع سرعة دوران المولد الكهربائي. تدخل الغازات الناتجة عن الاحتراق في التوربين فتصطدم بريشها الكثيرة العدد منناحية الضغط المنخفض ( يتسع قطر التوربين من هذه الناحية) الى الهواء عن طريق مدخنة .
د ) المولد الكهربائي The Generator

يتصل المولد الكهربائي مع التوربين بواسطة صندوق تروسلتخفيف السرعة كما ذكرنا وفي بعض التوربينات الحديثة تقسم التوربين الى توربينتينواحدة للضغط والسرعة العالية متصلة مباشرة مع مكبس الهواء والثانية تسمى توربينة القدرةمتصلة مباشرة مع محور المولد الكهربائي.

هـ ) الآلات والمعدات المساعدة Auxiliaries

تحتاج محطات التوربينات الغازية الى بعض المعدات والآلاتالمساعدة على النحو التالي :



مصافي الهواء قبل دخوله الى مكبس الهواء .
مساعد التشغيل الأولي وهو اما محرك ديزل أو محرك 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 الكهرباء بواسطة الرياح : Win Power Station

يمكن استغلال الرياح في الأماكن التي تعتبر مجاري دائمةلهذه الرياح في تدوير مراوح كبيرة وعالية لتوليد الطاقة الكهربائية . وعلى سبيلالمثال هناك مدن صغيرة في الولايات المتحدة واوروبا تستمد الطاقة الكهربائية اللازمةللاستهلاك اليومي من محطة توليد كهرباء تعمل بالرياح يبلغ طول شفرة مروحتها 25مترا . ولا غرو فقد كانت طواحين الهواء المعروفة قديما في أوروبا نوعا من استغلالقدرة الرياح في تدوير حجر الرحى ، وفي هذه الأيام الذي ينتقل على الساحل الشرقيلاسكتلندا يرى العديد من هذه المراوح التي تنتج الطاقة الكهربائية وكذلك المتنزهعلى الشاطئ الشمالي في لبنان يرى هذه المراوح ترفع المياه من البحر الى الملاحاتلانتاج الملح .

7-محطات التوليد بالطاقة الشمسية.

ما يمكن أن ينتج عنه أعمال تطبيقية أصبحت في التداولالتجاري هي استغلال الطاقة الشمسية لانتاج الطاقة الكهربائية وفي تسخين مياهالاستعمال المنزلي وخاصة في التجمعات الطلابية والعمالية . للتفصيل انتقل الىالطاقة الشمسية.
وسائل توليد الطاقة الكهربائية





1) الوسائل التي لا تستخدم الألات الدوراة:
هذه الوسائلمازالت تحت الدراسة و التطوير لتكون مصدرا فعالا من مصادر الطاقة الكهربائية و منأمثلتها:



الوسائل الكهروحرارية : تحويل الحرارة مباشرة إلى كهرباء.
الخلايا الشمسية: تحويل ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء ولم تصل كفاءة هذه الخلايا رغم انتشارها إلى حد كافي لمنافسة الوسائل التقليديةلانتاج الطاقة الكهربائية.


2) الوسائل التي تستخدم الألات الدوراة:
و هنا زبدةالموضوع. تنتج معظم الطاقة الكهربائية حاليا عن طريق المولدات الكهربائية التيتدار بالطاقة الميكانيكية و في ما يلي أهم مصادر هذه الطاقة الميكانيكية:


أ) حرق