ما هي أنظمة نقل الطاقة؟

ما هي أنظمة نقل الطاقة الكهربائية؟

تعريف أنظمة نقل الطاقة الكهربائية

تنقل أنظمة نقل الطاقة الكهربائية الطاقة الكهربائية من محطات التوليد إلى مراكز الأحمال حيث يتم استهلاكها.

 تعتبر أنظمة نقل الطاقة الكهربائية الوسيلة التي تستخدم لنقل الطاقة من مصدر التوليد إلى مراكز الأحمال المختلفة (أي حيث يتم استخدام الطاقة). تقوم محطات التوليد بإنتاج الطاقة الكهربائية. ومع ذلك، فإن هذه المحطات ليست بالضرورة موجودة في المكان الذي يتم فيه استهلاك معظم الطاقة (أي مركز الأحمال).

 ليس المسافة العامل الوحيد في اختيار موقع محطة التوليد. غالبًا ما تكون محطات التوليد بعيدة عن مكان استخدام الطاقة. الأراضي البعيدة عن المناطق ذات الكثافة السكانية العالية أرخص، ومن الأفضل إبقاء المحطات الضوضائية أو الملوثة بعيدًا عن المناطق السكنية. لهذا السبب تعتبر أنظمة نقل الطاقة الكهربائية ضرورية.

 تنقل أنظمة الإمداد الكهربائي الطاقة من مصادر التوليد، مثل محطات الطاقة الحرارية، إلى المستهلكين. تتضمن أنظمة نقل الطاقة الكهربائية خطوط نقل قصيرة ومتوسطة وطويلة، والتي تنقل الطاقة عبر نظام التوزيع. ثم توفر هذه الأنظمة الكهرباء للمنازل والأعمال التجارية.

 النقل بالتيار المتردد مقابل النقل بالتيار المستمر

في الأساس، هناك نظامان يمكن من خلالهما نقل الطاقة الكهربائية:

• نظام نقل الطاقة الكهربائية ذو الجهد العالي بالتيار المستمر.

• نظام نقل الطاقة الكهربائية ذو الجهد العالي بالتيار المتردد.

مزايا أنظمة النقل بالتيار المستمر

 يتطلب نظام النقل بالتيار المستمر فقط موصلين. من الممكن أيضًا استخدام موصل واحد فقط لنظام النقل بالتيار المستمر إذا تم استخدام الأرض كمسار عودة للنظام.

يبلغ الضغط الكهربائي على العازل لنظام النقل بالتيار المستمر حوالي 70% من جهد النظام المكافئ بالتيار المتردد. وبالتالي، فإن أنظمة النقل بالتيار المستمر تقلل من تكلفة العزل.

يمكن القضاء على مشاكل الحث والسعوية وزاوية الطور والارتفاعات في نظام التيار المستمر.

 عيوب أنظمة النقل بالتيار المتردد

• يحتاج نظام التيار المتردد إلى حجم أكبر من الموصل مقارنة بنظام التيار المستمر.

• يؤثر التفاعل الخطي على تنظيم الجهد لنظام نقل الطاقة الكهربائية.

• مشكلات تأثير الجلد وتقارب الموصلات موجودة فقط في أنظمة التيار المتردد.

• يكون نظام النقل بالتيار المتردد أكثر عرضة للتفريغ الكروني مقارنة بنظام التيار المستمر.

• إنشاء شبكة نقل الطاقة الكهربائية بالتيار المتردد أكثر تعقيدًا من أنظمة التيار المستمر.

• يجب القيام بالتزامن المناسب قبل ربط خطوط النقل معًا، وهو ما يمكن تجنبه تمامًا في نظام التيار المستمر.

مزايا أنظمة النقل بالتيار المتردد

• يمكن بسهولة زيادة وتقليل الجهد الكهربائي المتغير، وهذا غير ممكن في نظام النقل بالتيار المستمر.

• صيانة محطات التحويل بالتيار المتردد أسهل وأكثر اقتصادية مقارنة بالنظام المستمر.

• تحويل الطاقة في محطات التحويل الكهربائية بالتيار المتردد أسهل بكثير من مجموعات المحركات والمولدات في نظام التيار المستمر.

عيوب نظام النقل بالتيار المتردد

• يحتاج نظام التيار المتردد إلى حجم أكبر من الموصل مقارنة بنظام التيار المستمر.

• يؤثر التفاعل الخطي على تنظيم الجهد لنظام نقل الطاقة الكهربائية.

• مشكلات تأثير الجلد وتقارب الموصلات موجودة فقط في أنظمة التيار المتردد.

• يكون نظام النقل بالتيار المتردد أكثر عرضة للتفريغ الكروني مقارنة بنظام التيار المستمر.

• إنشاء شبكة نقل الطاقة الكهربائية بالتيار المتردد أكثر تعقيدًا من أنظمة التيار المستمر.

• يجب القيام بالتزامن المناسب قبل ربط خطوط النقل معًا، وهو ما يمكن تجنبه تمامًا في نظام التيار المستمر.

بناء محطة توليد

خلال التخطيط لبناء محطة توليد، يجب مراعاة العوامل التالية لتحقيق توليد كهربائي اقتصادي.

• توفر المياه بسهولة لمحطة توليد الطاقة الحرارية.

• توفر الأراضي بسهولة لبناء محطة الطاقة بما في ذلك المدينة الخاصة بالموظفين.

• بالنسبة لمحطة الطاقة الكهرمائية، يجب أن يكون هناك سد على النهر. لذلك يجب اختيار مكان مناسب على النهر بحيث يمكن بناء السد بأفضل طريقة ممكنة.

• بالنسبة لمحطة الطاقة الحرارية، يعتبر توفير الوقود بسهولة أحد أهم العوامل التي يجب مراعاتها.

• يجب أيضًا مراعاة التواصل الجيد للبضائع وكذلك الموظفين في محطة الطاقة.

• لنقل قطع الغيار الكبيرة جداً لمعدات التوربينات والمولدات الكهربائية، يجب أن تكون الطرق واسعة والسكك الحديدية والأنهار العميقة والواسعة قريبة من محطة الطاقة.

• بالنسبة لمحطة الطاقة النووية، يجب أن تكون في مسافة آمنة من المناطق السكانية حتى لا تؤثر ردود الفعل النووية على صحة الناس.

هناك العديد من العوامل الأخرى التي يجب مراعاتها، ولكنها خارج نطاق مناقشتنا. جميع العوامل المذكورة أعلاه صعبة التوفير في مراكز الأحمال. يجب أن تكون محطة الطاقة أو محطة التوليد في مكان يتوفر فيه جميع المرافق بسهولة. قد لا يكون هذا المكان بالضرورة في مراكز الأحمال. يتم بعد ذلك نقل الطاقة المولدة في محطة التوليد إلى مركز الأحمال باستخدام نظام نقل الطاقة الكهربائية كما ذكرنا سابقًا.

يتم توليد الطاقة في محطة التوليد عند مستوى جهد منخفض، لأن توليد الطاقة عند مستوى جهد منخفض له قيمة اقتصادية. يعتبر توليد الطاقة عند مستوى جهد منخفض أكثر اقتصادية (أي بتكلفة أقل) من توليد الطاقة عند مستوى جهد عالي. عند مستوى الجهد المنخفض، يكون وزن العازل والمولد أقل؛ مما يقلل مباشرة من تكلفة وحجم المولد. ولكن لا يمكن نقل الطاقة عند هذا المستوى المنخفض مباشرة إلى المستهلكين لأن نقل الطاقة عند مستوى جهد منخفض ليس اقتصاديًا على الإطلاق. لذا رغم أن توليد الطاقة عند مستوى جهد منخفض اقتصادي، فإن نقل الطاقة الكهربائية عند مستوى جهد منخفض ليس اقتصاديًا.

الطاقة الكهربائية تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب التيار الكهربائي والجهد في النظام. لذا لنقل كمية معينة من الطاقة الكهربائية من مكان إلى آخر، إذا تم زيادة الجهد فإن التيار المرتبط بهذه الطاقة يقل. انخفاض التيار يعني انخفاض خسائر I2R في النظام، وانخفاض مساحة المقاطع العرضية للموصل يعني انخفاض التكلفة الرأسمالية وتحسين تنظيم الجهد لنظام نقل الطاقة، مما يشير إلى جودة الطاقة. بسبب هذه الأسباب الثلاثة، يتم نقل الطاقة الكهربائية بشكل أساسي عند مستوى جهد عالي.

مرة أخرى في نهاية التوزيع، يتم تخفيض الجهد إلى المستوى المنخفض المطلوب لنقل الطاقة بكفاءة.

لذا يمكن الاستنتاج بأن الطاقة الكهربائية تولَّد أولاً عند مستوى جهد منخفض ثم يتم رفعه إلى مستوى جهد عالي لنقل الطاقة بكفاءة. وأخيرًا، لتوزيع الطاقة الكهربائية على المستهلكين المختلفين، يتم تخفيضه إلى المستوى المنخفض المطلوب.