طرق توليد الطاقة الكهربائية Generation of Electrical Energy

طرق توليد الطاقة الكهربائية Generation of Electrical Energy



عملية توليد الطاقة الكهربائية هي في الواقع عملية تحويل الطاقة من شكل إلى آخر، وذلك وفقًا لمصادر الطاقة المتاحة في مراكز الطلب على الكهرباء وحسب الكمية المطلوبة من هذه الطاقة. هذا يعني أن أنواع محطات التوليد واستهلاك الكهرباء ومصادر الوقود تؤثر جميعها في تحديد نوع المحطة ومكانها وقدرتها.

أنواع محطات التوليد :
في هذا السياق، نستعرض أنواع محطات توليد الطاقة المستخدمة عالميًا ونسلط الضوء على الأنواع التي تستخدم في بلادنا.

محطات التوليد البخارية .
محطات التوليد النووية .
محطات التوليد المائية .
محطات التوليد من المد والجزر
محطات توليد الطاقة التي تستخدم محركات الاحتراق الداخلي (الديزل والغاز)
محطات التوليد بواسطة الرياح.
محطات التوليد بالطاقة الشمسية.
محطات التوليد البخارية
تُعَدُّ محطات تولِيد البخار محولا للطاقة.

تستخدم هذه المحطات أنواع متنوعة من الوقود وفقًا للأنواع المتاحة مثل الفحم الحجري أو البترول السائل أو الغاز الطبيعي أو الصناعي.

يتميز المحطات البخارية بحجمها الكبير وتكاليفها المنخفضة بالنسبة لإمكانياتها العظيمة، وتتميز أيضًا بقدرتها على استخدامها لتحلية المياه المالحة. وهذا يجعلها قابلة للتشغيل في البلدان التي تعاني من نقص في مصادر المياه العذبة.

توجيه الاختيار في المواقع الخاصة بمحطات القوى البخارية
تؤثر عدة عوامل في اختيار المواقع المناسبة لمحطات توليد الطاقة الحرارية. ومنها ما يلي :

تعتبر قرب الموقع الجغرافي من مصادر الوقود وسهولة نقل هذه الموارد إلى المواقع ذات الحاجة إليها وتوفر وسائل النقل الاقتصادية أموراً هامة.
يجب الاقتراب من مصادر المياه الباردة بسبب احتياج المكثف إلى كميات كبيرة منها. ولذلك عادة ما تُقام هذه المحطات على شواطئ البحار أو قرب مجاري الأنهار.
تقترب من مراكز استهلاك الطاقة الكهربائية لتخفيض تكاليف بناء خطوط النقل. وتشمل مراكز الاستهلاك عادة المدن والمناطق السكنية والمجمعات التجارية والصناعية.


محطات توليد الطاقة النووية
تعتبر محطات التوليد النووية نوعًا من محطات التوليد الحرارية، حيث تعمل على توليد البخار بواسطة الحرارة. وبالتالي، يتم تشغيل التوربينات بواسطة البخار، والتي بدورها تحرك الجزء الدوار من المولد الكهربائي لتوليد الطاقة الكهربائية على أجزاء المولد الثابتة.

الاختلاف في محطات توليد الطاقة النووية هو أنه بدلاً من وجود فرن يحترق فيه الوقود، يوجد هنا مفاعل ذري يتم توليد الحرارة فيه نتيجة تفكك ذرات اليورانيوم بواسطة التصادم مع الإلكترونات المتحركة في الطبقة الخارجية للذرة. ويستغل هذا الاستقطاب الحراري الهائل لتسخين المياه في أواني الغليان وتحويلها إلى بخار ذو ضغط عالٍ ودرجة حرارة مرتفعة جدًا.

تحوي محطة التوليد النووية على الفرن النووي الذي يحتاج إلى حاجز واقي من الإشعاع النووي ويتألف من طبقة من الطوب الحراري وطبقة من الماء وطبقة من الحديد المتين وأيضًا طبقة من الأسمنت بسمك مترين لحماية العاملين في المحطة والبيئة المحيطة من تلوث الإشعاع النووي.

أن أول محطة لتوليد الطاقة الحرارية النووية في العالم تم تنفيذها في العام 1954 وكانت تقع في الاتحاد السوفيتي وبلغت طاقتها 5 ميغاواط.

حتى الآن، لم تُستعمل محطات التوليد النووية في الدول العربية. ومع ذلك، تُستخدم محطات التوليد الحرارية البخارية بكثافة على السواحل الحمراء والبحرية وفي خليج العرب لتوليد الكهرباء وتحلية المياه المالحة.

محطات توليد الطاقة الهيدروليكية
محطات توليد الطاقة الهيدروليكية في المناطق العالية مثل البحيرات ومجاري الأنهار حيث تتواجد المياه، يمكن أن نفكر في توليد الطاقة، خاصة إذا كانت التضاريس التي تتساقط عليها الأمطار أو تجري فيها الأنهار جبلية ومرتفعة. في هذه الحالات، يمكن توليد الكهرباء من تدفق المياه باتجاه السفوح. وفي حالة كانت مجاري الأنهار ذات انحدار خفيف، يتطلب الأمر بناء سدود في الأماكن المناسبة لتخزين المياه. تُقام محطات التوليد عادة بالقرب من هذه السدود، كما هو الحال في نهر النيل حيث بُني السد العالي وأقيمت محطة توليد كهرباء تبلغ قدرتها الإجمالية 1800 ميغاواط. وفي نهر الفرات في شمال سوريا، بُني سد ومحطة توليد كهرباء تبلغ قدرتها الإجمالية 800 ميغاواط.

إذا كان مجرى النهر بانحدارٍ حاد، يمكن تغيير مسار النهر في اتجاه إحدى الوديان المجاورة وإنشاء شلال اصطناعي. وبالإضافة إلى الشلالات الطبيعية التي يمكن استغلالها مباشرة لتوليد الكهرباء، كما في شلالات نياغرا بين كندا والولايات المتحدة، يحمل أيضًا أي كمية من المياه على ارتفاع معين طاقة كامنة في مكانها. فعندما ينخفض ارتفاع كمية المياه إلى أدنى مستوى، يتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية. وعندما تتدفق كمية المياه بسرعة على توربينة مائية، تدور بسرعة عالية وتُولد طاقة ميكانيكية على محور التوربينة. وإذا كانت التوربينة مرتبطة بمحور المولد الكهربائي، يتم توليد طاقة كهربائية على أطراف المولد الثابتة.

محطات الطاقة المدية والجزرية
المد والجزر هما ظاهرتان طبيعيتان معروفتان لسكان سواحل البحار. يلاحظون أن مياه البحر ترتفع في بعض ساعات اليوم وتنخفض في ساعات أخرى. قد لا يدركون أن هذا الارتفاع يحدث بفعل جاذبية القمر عندما يكون قريبًا من تلك السواحل، وأن الانخفاض يحدث عندما يكون القمر بعيدًا عنها، أين يغيب القمر. يجب ملاحظة أن القمر يدور حول الأرض في مدار بيضاوي كل شهر هجري، بينما تدور الأرض حول نفسها كل أربع وعشرين ساعة. إذا ركزنا على موقع معين، وكان القمر يضيء في الليل، فهذا يعني أنه قريب من ذلك الموقع وأن جاذبيته قوية، لذلك ترتفع مياه البحر. بعد اثنتي عشرة ساعة من ذلك الوقت، يكون القمر في الجانب المقابل، أي بعيدًا عن الموقع نفسه بمقدار قطر الأرض، وبالتالي يكون اتجاه جاذبية القمر معاكسًا وينخفض مستوى مياه البحر.

فإن الطرف الشمالي الغربي من فرنسا هو أكثر المناطق في العالم تأثرًا بظاهرة المد والجزر، حيث يحدث تأثير المحيط الأطلسي على سواحل شبه جزيرة برتانيا حيث تصل مستويات المد والجزر إلى ثلاثين متراً. وقد تم إنشاء محطة لتوليد الطاقة الكهربائية بقدرة ٤٠٠ ميغاواط في هذه المنطقة، حيث يتم وضع توربينات خاصة في تيار المد لتدور عندما يصعد الماء، ثم تدور مرة أخرى عندما ينخفض الماء.

من بين المناطق التي تشهد ارتفاع وانخفاض مستمر للمياه في الشواطئ الشمالية لخليج العرب في الكويت، حيث يصل ارتفاع أعلى مستوى للمد إلى 11 مترًا، ولكن للأسف لا تستغل هذه الظاهرة لتوليد الطاقة الكهربائية في تلك المنطقة.

المحركات ذات الاحتراق الداخلي
محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي تشير إلى أجهزة تستخدم وقودًا سائلاً (زيت الوقود) حيث يحترق داخل غرف احتراق بعد خلطه مع الهواء بنسب محددة. تتمثل نتائج الاحتراق في إنتاج غازات تعمل على حركة المكبس كما في حالة محركات الديزل، أو تدوير التوربينات بحركة دورانية كالتوربينات الغازية.

توليد الطاقة الكهربائية عن طريق محطة القوة الديزلية
تسخدم آلات الديزل في توليد الكهرباء في العديد من المواقع في دول الخليج وخاصة في المدن الصغيرة والقرى. وتتميز هذه الماكينات بسرعة التشغيل والإيقاف، ولكنها تحتاج إلى كمية كبيرة من الوقود نسبياً، وبالتالي فإن تكلفة الطاقة التي تولدها تعتمد على أسعار الوقود.

تعتمد إنتاج الطاقة الكهربائية على استخدام التوربينات الغازية
محطات توليد الكهرباء بالتوربينات الغازية هي ما يمكن اعتباره حديثًا نسبيًا، ويعتبر الشرق الأوسط من أكثر البلدان استخدامًا لهذه المحطات. تتميز هذه المحطات بسعات وأحجام مختلفة تتراوح بين 1 ميغاواط و250 ميغاواط، وعادة ما تستخدم خلال فترات الحمل القصوى في البلدان التي تمتلك محطات توليد بالبخار أو الماء. وقد يستغرق تشغيلها وإيقافها مدة تتراوح بين دقيقتين وعشرة دقائق.

في معظم البلدان في الشرق الأوسط، وبشكل خاص في المملكة العربية السعودية، يتم استخدام التوربينات الغازية لتوليد الطاقة على مدار اليوم بما في ذلك فترة الذروة. وتتوفر حاليًا في الأسواق وحدات متنقلة من هذه المولدات بأحجام وقدرات مختلفة للاستخدام في حالات الطوارئ.

محطات توليد الطاقة الكهربائية من خلال الرياح: محطة باور وين
بإمكاننا الاستفادة من الرياح في المناطق التي تُعتبر مصادر ثابتة لهذه الرياح، من خلال استخدام مراوح ضخمة ومرتفعة لتوليد الطاقة الكهربائية. على سبيل المثال، هناك مدن صغيرة في الولايات المتحدة وأوروبا تعتمد على محطة توليد كهرباء تعمل بالرياح لتوفير الطاقة الكهربائية اللازمة للاستخدام اليومي، حيث تصل طول شفرة مروحتها إلى 25 مترًا. وليس من المستغرب أن طواحين الهواء القديمة في أوروبا كانت تستخدم لتحويل طاقة الرياح في دوران حجر الطاحونة. في الوقت الحاضر، يُمكن رؤية العديد من هذه المراوح التي تولد الطاقة الكهربائية على ساحل شرق اسكتلندا، وكذلك على شاطئ الشمال في لبنان يُمكن رؤية هذه المراوح وهي تستخدم لرفع المياه من البحر إلى الحدائق المائية لإنتاج الملح.

محطات التوليد بالطاقة الشمسية
النتائج العملية التي أصبحت مشهورة في مجال التجارة هي استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء وتسخين الماء للاستخدام المنزلي، وخصوصًا في المجتمعات الطلابية والعمالية.

أخيراً، نأمل أنكم استفدتم من هذه المقالة وأنها قدمت لكم معلومات قيمة حول طرق توليد الطاقة الكهربائية. نشكركم على وقتكم ومتابعتكم لمعهدنا السعودي العالمي. في حال كان لديكم أي تعليقات أو أسئلة، فلا تترددوا في مشاركتها معنا على واتساب المعهد السعودي العالمي. نحن نتطلع دائماً لسماع آرائكم ومشاركتكم القيمة.