محطة توليد الكهرباء: ما هي؟ (& أنواع محطات توليد الكهرباء)
ما هو محطة توليد الكهرباء؟
تعتبر محطة توليد الكهرباء (وتُعرف أيضًا باسم محطة الطاقة أو محطة إنتاج الكهرباء) موقعًا صناعيًا يستخدم لتوليد وتوزيع الكهرباء على نطاق واسع. تحتوي العديد من محطات الطاقة على واحد أو أكثر من المولدات، وهي آلة دوارة تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية ثلاثية الأطوار (وتُعرف أيضًا باسم المولد البديل). ينتج التيار الكهربائي عن الحركة النسبية بين المجال المغناطيسي والموصل الكهربائي.
عادةً ما تكون هذه المحطات موجودة في المناطق شبه الحضرية أو ببضعة كيلومترات بعيدًا عن المدن أو مراكز الاستهلاك، بسبب احتياجاتها مثل المساحة الشاسعة والمياه، بالإضافة إلى بعض القيود التشغيلية مثل التخلص من النفايات وغيرها.
لذلك، يجب أن تعنى محطة توليد الكهرباء ليس فقط بتوليد الطاقة بكفاءة، ولكن أيضًا بنقل هذه الطاقة. لهذا السبب غالبًا ما ترافق محطات الطاقة فناءات المحولات. تقوم هذه الفناءات بزيادة جهد نقل الطاقة، مما يسمح بنقلها بكفاءة أكبر على مسافات طويلة.
الطاقة المستخدمة لتدوير عمود المولد تختلف بشكل كبير وتعتمد بشكل أساسي على نوع الوقود المستخدم. اختيار الوقود يحدد ما نسميه محطة توليد الكهرباء، وهذا هو كيفية تصنيف أنواع مختلفة من محطات توليد الكهرباء.
أنواع محطات توليد الكهرباء
تُصنف أنواع مختلفة من محطات توليد الكهرباء حسب نوع الوقود المستخدم. لأجل توليد الطاقة على نطاق واسع، تعتبر محطات الطاقة الحرارية والنووية والطاقة المائية الأكثر كفاءة. يمكن تصنيف محطة توليد الكهرباء بشكل عام إلى ثلاثة أنواع رئيسية. دعونا نستعرض هذه الأنواع بالتفصيل.
محطة الطاقة الحرارية
تعتبر محطة الطاقة الحرارية أو محطة الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم هي الطريقة الأكثر تقليدية لتوليد الكهرباء بكفاءة معقولة حتى الآن. تستخدم الفحم كوقود رئيسي لغلي الماء المتاح إلى بخار ساخن للغاية لتشغيل التوربين البخاري.
ثم يتم ربط التوربين البخاري بشكل ميكانيكي مع رотор المولد البديل، حيث يؤدي دورانه إلى توليد الطاقة الكهربائية. عادةً في الهند، يتم استخدام الفحم البيتومني أو الفحم البني كوقود للغلاية والذي يحتوي على نسبة متقلبة تتراوح بين 8% إلى 33% ونسبة الرماد تتراوح بين 5% إلى 16%. لتحسين الكفاءة الحرارية للمحطة، يتم استخدام الفحم في الغلاية بصورته المسحوقة.
في محطة الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم، يتم الحصول على البخار تحت ضغط عالٍ داخل غلاية البخار من خلال حرق الفحم المسحوق. ثم يتم تسخين هذا البخار بشكل كبير في المُسخِّن. يتم بعد ذلك السماح لهذا البخار الساخن للغاية بالدخول إلى التوربين، حيث يتم تدوير شفرات التوربين بواسطة ضغط البخار.
يتم ربط التوربين بمولد البديل بطريقة تجعل روتوره يدور مع دوران شفرات التوربين. بعد دخول البخار إلى التوربين، ينخفض ضغط البخار فجأة مما يؤدي إلى زيادة متناسبة في حجم البخار.
بعد نقل الطاقة إلى روتور التوربين، يتم إخراج البخار من شفرات التوربين إلى مكثف البخار للتوربين. في المكثف، يتم تدوير ماء بارد بدرجة حرارة المحيط باستخدام مضخة مما يؤدي إلى تكثيف البخار الرطب ذو الضغط المنخفض.
ثم يتم تزويد هذا الماء المتكثف إلى مسخن المياه ذات الضغط المنخفض حيث يقوم البخار ذو الضغط المنخفض برفع درجة حرارة هذا الماء المرشح، ثم يتم تسخينه مرة أخرى تحت ضغط عالٍ. هذا يوضح الطريقة الأساسية لعمل محطة الطاقة الحرارية.
مزايا محطات الطاقة الحرارية
الوقود المستخدم وهو الفحم يكون أرخص.
التكلفة الأولية أقل مقارنة بمحطات التوليد الأخرى.
يتطلب مساحة أقل مقارنة بمحطات الطاقة المائية.
عيوب محطات الطاقة الحرارية
تلوث الجو بسبب إنتاج الدخان والدخان.
تكلفة تشغيل المحطة أعلى من محطات الطاقة المائية.
محطة الطاقة النووية
تشابه محطات الطاقة النووية محطات الطاقة الحرارية في العديد من الجوانب. ومع ذلك، فإن الاستثناء هنا هو استخدام العناصر المشعة مثل اليورانيوم والثوريوم كوقود رئيسي بدلاً من الفحم. كما يتم استبدال الفرن والغلاية في محطة الطاقة النووية بالمفاعل النووي وأنابيب تبادل الحرارة.
لعملية توليد الطاقة النووية، يتم إجراء رد فعل الانشطار النووي للوقود المشع داخل المفاعلات النووية. ينتشر رد فعل الانشطار النووي كسلسلة من التفاعلات المسيطر عليها ويصاحبه كمية غير مسبوقة من الطاقة التي تظهر على شكل حرارة.
يتم نقل هذه الحرارة إلى الماء الموجود في أنابيب تبادل الحرارة. نتيجة لذلك، يتم إنتاج بخار ساخن جدًا بدرجة حرارة عالية جدًا. بمجرد إكمال عملية تكوين البخار، يكون باقي العملية متطابقًا تمامًا مع محطة الطاقة الحرارية، حيث سيقوم هذا البخار بتدوير شفرات التوربين لتوليد الكهرباء.
محطة الطاقة المائية
في محطات الطاقة المائية، يتم استخدام طاقة المياه المتساقطة لتدوير التوربين الذي بدوره يعمل المولد لإنتاج الكهرباء. المطر الذي يسقط على سطح الأرض يحتوي على طاقة كامنة بالنسبة للأceans التي يتدفق إليها. يتم تحويل هذه الطاقة إلى عمل محوري حيث يسقط الماء عبر مسافة رأسية كبيرة. وبالتالي، فإن الطاقة الهيدروليكية هي طاقة متجددة متاحة بشكل طبيعي تُعطى بالمعادلة:
P = gρ QH
حيث، g = تسارع الجاذبية = 9.81 م/ثانية²
ρ = كثافة الماء = 1000 كجم/م³
H = ارتفاع سقوط الماء.
يتم استخدام هذه القوة لتدوير عمود المولد البديل، لتحويلها إلى طاقة كهربائية مكافئة.
من المهم ملاحظة أن محطات الطاقة المائية تكون أقل قدرة بكثير مقارنة بنظيراتها الحرارية أو النووية.
لهذا السبب، يتم استخدام محطات الطاقة المائية عادةً في جدولة مع محطات الطاقة الحرارية لتوفير الطاقة خلال ساعات الذروة. فهي تساعد محطات الطاقة الحرارية أو النووية في توفير الطاقة بكفاءة خلال فترات الذروة.
مزايا محطات الطاقة المائية
لا تحتاج إلى وقود، يتم استخدام الماء لإنتاج الطاقة الكهربائية.
هي طاقة نظيفة ونظيفة.
البناء بسيط ولا يتطلب الكثير من الصيانة.
يساعد في الري والتحكم في الفيضانات أيضًا.
عيوب محطات الطاقة المائية
تتضمن تكلفة رأسمالية عالية بسبب بناء السدود.
توفر المياه تعتمد على ظروف الطقس.
تتطلب تكلفة نقل عالية لأن المحطة تقع في المناطق الجبلية.
أنواع توليد الطاقة
كما ذُكر أعلاه، تُصنف محطات توليد الكهرباء وكذلك أنواع توليد الطاقة حسب نوع الوقود المستخدم. لذا فإن الثلاثة تصنيفات الرئيسية لتوليد الطاقة على نطاق واسع هي:
توليد الطاقة الحرارية
توليد الطاقة النووية
توليد الطاقة المائية
بالإضافة إلى هذه الأنواع الرئيسية لتوليد الط
