طرق توليد الطاقة الكهربائية

Generation of Electrical**طرق توليد الطاقة الكهربائية **Energy 

إن عملية توليد أو إنتاج الطاقة الكهربائية في الحقيقة هي عملية تحويل الطاقة من شكل إلى آخر حسب مصادر الطاقة المتوفرة في مراكز

الطلب على الطاقة الكهربائية وحسب الكميات المطلوبة لهذه الطاقة ، األمر الذي يحدد أنواع محطات التوليد وكذلك أنواع االستهالك وأنواع الوقود ومصادره كلها تؤثر في تحديد نوع المحطة ومكانها وطاقتها .

 أنواع محطات التوليد : - محطات التوليد البخارية .1 - محطات التوليد النووية .2 - محطات التوليد المائية .3 - محطات التوليد من المد والجزر4 - محطات التوليد ذات االحتراق الداخلي )ديزل – غازية(5 - محطات التوليد بواسطة الرياح.6 - محطات التوليد بالطاقة الشمسية.7- محطات التوليد البخارية: تعتبر محطات التوليد البخارية محوال للطاقة1

E energy Converter))  وتستعمل هذه المحطات أنواع مختلفة من الوقود حسب األنواع

المتوفرة مثل الفحم الحجري أو البترول السائل أو الغاز الطبيعي أو الصناعي .

تمتاز المحطات البخارية بكبر حجمها ورخص تكاليفها بالنسبة إلمكاناتها الضخمة كما تمتاز بإمكانية استعمالها لتحلية المياه المالحة ، األمر الذي يجعلها ثنائية اإلنتاج خاصة في البالد التي تقل فيها مصادر المياه العذبة .

Site Selection of Steam Powerاختيار مواقع المحطات البخارية Stationتتحكم في اختيار المواقع المناسبة لمحطات التوليد الحرارية

 عدة عوامل مؤثرة نذكر منها ما يلي : - القرب من مصادر الوقود وسهولة نقله إلى هذه المواقع وتوفر1

 وسائل النقل االقتصادية. - القرب من مصادر مياه التبريد ألن المكثف يحتاج إلى كميات كبير من2

مياه التبريد . لذلك تبنى هذه المحطات عادة على شواطئ البحار أو بالقرب من مجاري األنهار.

- القرب من مراكز استهالك الطاقة الكهربائية لتوفير تكاليف إنشاء3 خطوط النقل . مراكز االستهالك هي عادة المدن والمناطق السكنية

 والمجمعات التجارية والصناعية وتعتمد محطات التوليد البخارية على استعمال نوع الوقود المتوفر

وحرقه في أفران خاصة لتحويل الطاقة الكيميائية في الوقود إلى طاقة حرارية في اللهب الناتج من عملية االحتراق ثم استعمال الطاقة الحرارية

( ( وتحويلها إلى بخار فيBOILERSفي تسخين المياه في مراجل خاصة درجة حرارة وضغط معين ثم تسليط هذا البخار على عنفات أو توربينات بخارية صممت لهذه الغاية فيقوم البخار السريع بتدوير محور التوربينات

وبذلك تتحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية على محور هذه التوربينات . يربط محور المولد الكهربائي ربطا مباشرا مع محور

التوربينات البخارية فيدور محور المولد الكهربائي )ALTERNATOR( بنفس السرعة وباستغالل خاصة المغناطيسية الدوارة)

ROTOR( من المولد والجزء الثابت )STATORمنه تتولد على طرفي )  الجزء الثابت من المولد الطاقة الكهربائية الالزمة .

ال يوجد فوارق أساسية بين محطات التوليد البخارية التي تستعمل أنواع الوقود المختلفة إال من حيث طرق نقل وتخزين وتداول وحرق الوقود .

وقد كان استعمال الفحم الحجري شائعا في أواخر القرن الماضي وأوائل هذا القرن ، إال أن اكتشاف واستخراج البترول ومنتجاته أحدث تغييرا

جذريا في محطات التوليد الحرارية حيث أصبح يستعمل بنسبة تسعين بالمائة لسهولة نقله وتخزينه وحرقة إن كان بصورة وقود سائل أو

 غازي . محطات التوليدNuclear Power Station- محطات التوليد النووية : 2

النووية نوعا من محطات التوليد الحرارية ألنها تعمل بنفس المبدأ وهو توليد البخار بالحرارة وبالتالي يعمل البخار على تدوير التوربينات التي

بدورها تدور الجزء الدوار من المولد الكهربائي وتتولد الطاقة الكهربائية على أطراف الجزء الثابت من هذا المولد .

والفرق في محطات التوليد النووية أنه بدل الفرن الذي يحترق فيه الوقود يوجد هنا مفاعل ذري تتولد في الحرارة نتيجة انشطا ر ذرات اليورانيوم بضربات اإللكترونات المتحركة في الطبقة الخارجية للذرة وتستغل هذه الطاقة الحرارية الهائلة في غليان المياه في المراجل

 وتحويلها إلى بخار ذي ضغط عال ودرجة مرتفعة جدا. تحتوي محطة التوليد النووية على الفرن الذري الذي يحتاج إلى جدار عازل وواق من اإلشعاع الذري وهو يتكون من طبقة من اآلجر الناري

وطبقة من المياه وطبقة من الحديد الصلب ثم طبقة من األسمنت تصل إلى سمك مترين وذلك لحماية العاملين في المحطة والبيئة المحيطة من

 التلوث باإلشعاعات الذرية . 1954أن أول محطة توليد حرارية نووية في العالم نفذت في عام

  ميغا واط . .5وكانت في االتحاد السوفيتي بطاقة ومحطات التوليد النووية غير مستعملة في البالد العربية حتى اآلن . ولكن

محطات التوليد الحرارية البخارية مستعملة بصورة كثيفة على البحر األحمر والبحر األبيض المتوسط والخليج العربي في توليد الكهرباء

 ولتحلية المياه المالحة . حيث توجدHydraulic Power Stations- محطات التوليد المائية : 3

المياه في أماكن مرتفعة كالبحيرات ومجاري األنهار يمكن التفكير بتوليد الطاقة ، خاصة إذا كانت طبيعة األرض التي تهطل فيها األمطار أو تجري

فيها األنهار جبلية ومرتفعة. ففي هذه الحاالت يمكن توليد الكهرباء من مساقط المياه .

أما إذا كانت مجاري األنهار ذات انحدار خفيف فيقتضي عمل سدود في األماكن المناسبة من مجرى النهر لتخزين المياه .

تنشأ محطات التوليد عادة بالقرب من هذه السدود كما هو الحال في مجرى نهر النيل. وقد بني السد العالي وبنيت معه محطة توليد كهرباء

  ميغا واط .1800بلغت قدرتها المركبة وعلى نهر الفرات في شمال سوريا بني سد ومحطة توليد كهرباء بلغت

ميغا واط إذا كان مجرى النهر منحدرا انحدار كبيرا800قدرتها المركبة فيمكن عمل تحويرة في مجرى النهر باتجاه أحد الوديان المجاورة وعمل

 شالل اصطناعي . هذا باإلضافة إلى الشالالت الطبيعية التي تستخدم مباشرة لتوليد

الكهرباء كما هو حاصل في شالالت نيا غرا بين كندا والواليات المتحدة . وبصورة عامة أن أية كمية من المياه موجودة على ارتفاع معين تحتوي على طاقة كامنة في موقعها . فإذا هبطت كمية المياه إلى ارتفاع أدنى تحولت الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية . وإذا سلطت كمية المياه على

توربينة مائية دارت بسرعة كبيرة وتكونت على محور التوربينة طاقة ميكانيكية . وإذا ربطت التوربينة مع محور المولد الكهربائي تولد على

 أطراف العضو الثابت من المولد طاقة كهربائية. المدTidal Power Stations- محطات التوليد من المد والجزر 4

والجزر من الظواهر الطبيعية المعروفة عند سكان سواحل البحار . فهم يرون مياه البحر ترتفع في بعض ساعات اليوم وتنخفض في البعض اآلخر

. وقد ال يعلمون أن هذا االرتفاع ناتج عن جاذبية القمر عندما يكون قريبا من هذه السواحل وان ذلك االنخفاض يحدث عندما يكون القمر بعيدا عن هذه السواحل ، أي عندما يغيب القمر ، علما أن القمر يدور حول األرض في مدار أهليجي أي بيضاوي الشكل دورة كل شهر هجري ، وأن األرض تدور حول نفسها كل أربع وعشرين ساعة . فإذا ركزنا االنتباه على مكان

معين ، وكان القمر ينيره في الليل ، فهذا معناه أنه قريب من ذلك المكان وان جاذبيته قوية . لذا ترتفع مياه البحر . وبعد مضي أثنى عشرة ساعة من ذلك الوقت ، يكون القمر بالجزء المقابل قطريا ، أي بعيدا عن

المكان ذاته بعدا زائدا بطول قطر الكرة األرضية فيصبح اتجاه جاذبية القمر معاكسة وبالتالي ينخفض مستوى مياه البحر .

وأكثر بالد العالم شعورا بالمد والجزر هو الطرف الشمالي الغربي من فرنسا حيث يعمل مد وجزر المحيط األطلسي على سواحل شبه جزيرة برنتانيا إلى ثالثين مترا وقد أنشئت هناك محطة لتوليد الطاقة الكهربائية

ميغا واط . حيث توضع توربينات خاصة في مجرى المد400بقدرة  فتديرها المياه الصاعدة ثم تعود المياه الهابطة وتديرها مرة أخرى . ومن األماكن التي يكثر فيها المد والجزر السواحل الشمالية للخليج

مترا11العربي في منطقة الكويت حيث يصل أعلى مد إلى ارتفاع ولكن هذه الظاهرة ال تستغل في هذه المناطق لتوليد الطاقة

 الكهربائية . Internal Combustion- محطات التوليد ذات االحتراق الداخلي : 5

Enginesمحطات التوليد ذات االحتراق الداخلي هي عبارة عن آالت ( حيث يحترق داخل غرف احتراق بعدFuel Oilتستخدم الوقود السائل )

مزجها بالهواء بنسب معينة ، فتتولد نواتج االحتراق وهي عبارة عن غازات على ضغط مرتفع تستطيع تحريك المكبس كما في حالة ماكينات الديزل

أو تستطيع تدوير التوربينات حركة دورا نية كما في حالة التوربينات الغازية .

تستعملDiesel Power Stationأ . توليد الكهرباء بواسطة الديزل ماكينات الديزل في توليد الكهرباء في أماكن كثيرة في دول الخليج

وخاصة في المدن الصغيرة والقرى . وهي تمتاز بسرعة التشغيل وسرعة اإليقاف ولكنها تحتاج إلى كمية مرتفعة من الوقود نسبيا وبالتالي فان

كلفة الطاقة المنتجة منها تتوقف على أسعار الوقود . ومن ناحية أخرى ال ميغا واط فقط(. وهذا3يوجد منها وحدات ذات قدرات كبيرة . )

المولدات سهلة التركيب وتستعمل كثيرة في حاالت الطوارئ أو أثناء فترة ذروة الحمل . وفي هذه الحالة يعمل عادة عدد كبير من هذه

 المولدات بالتوازي لسد احتياجات مراكز االستهالك. تعتبر محطاتGas Turbineب . توليد الكهرباء بالتوربينات الغازية

توليد الكهرباء العاملة بالتوربينات الغازية حديثة العهد نسبيا ويعتبر الشرق األوسط من أكثر البلدان استعماال لها . وهي ذات سعات وأحجام

ميغاواط ، تستعمل عادة أثناء ذروة250 ميغا واط إلى 1مختلفة من الحمل في البلدان التي يوجد فيها محطات توليد بخارية أو مائية ، علما

 أن فترة إقالعها وإيقافها تتراوح بين دقيقتين وعشرة دقائق. وفي معظم الشرق األوسط ، وخاصة في المملكة العربية السعودية ،

فتستعمل التوربينات الغازية لتوليد الطاقة طوال اليوم بما فيه فترة الذروة . ونجد اليوم في األسواق وحدات متنقلة من هذه المولدات

 لحاالت الطوارئ مختلفة األحجام والقدرات . تمتاز هذه المولدات ببساطتها ورخص ثمنها نسبيا وسرعة تركيبها

وسهولة صيانتها وهي ال تحتاج إلى مياه كثيرة للتبريد . كما تمتاز بإمكانية استعمال العديد من أنواع الوقود ) البترول الخام النقي – الغاز الطبيعي

– الغاز الثقيل وغيرها ...( وتمتاز كذلك بسرعة التشغيل وسرعة اإليقاف .

% كما أن25 و 15وأما سيئاتها فهي ضعف المردود الذي يتراوح بين عمرها الزمني قصير نسبيا وتستهلك كمية اكبر من الوقود بالمقارنة مع

 محطات التوليد الحرارية البخارية . يمكنWin Power Station- محطات توليد الكهرباء بواسطة الرياح : 6

استغالل الرياح في األماكن التي تعتبر مجاري دائمة لهذه الرياح في تدوير مراوح كبيرة وعالية لتوليد الطاقة الكهربائية . وعلى سبيل المثال

هناك مدن صغيرة في الواليات المتحدة وأوروبا تستمد الطاقة الكهربائية الالزمة لالستهالك اليومي من محطة توليد كهرباء تعمل بالرياح يبلغ طول

مترا . وال غرو فقد كانت طواحين الهواء المعروفة25شفرة مروحتها قديما في أوروبا نوعا من استغالل قدرة الرياح في تدوير حجر الرحى ، وفي هذه األيام الذي ينتقل على الساحل الشرقي السكتلندا يرى العديد

من هذه المراوح التي تنتج الطاقة الكهربائية وكذلك المتنزه على الشاطئ الشمالي في لبنان يرى هذه المراوح ترفع المياه من البحر إلى

 المالحات إلنتاج الملح . - محطات التوليد بالطاقة الشمسية: ما يمكن أن ينتج عنه أعمال7

تطبيقية أصبحت في التداول التجاري هي استغالل الطاقة الشمسية إلنتاج الطاقة الكهربائية وفي تسخين مياه االستعمال المنزلي وخاصة في

 التجمعات الطالبية والعمالية.

معلومات إضافية : ومع بداية األلفية الجديدة دخلت المولدات الكهربائية ( التي تعمل علىGeneratorsعص̈را جديد̈ا بنوع جديد من المولدات )

توليد الكهرباء مباشرة من الطاقة الحرارية، مما يجعل هذه المولدات األعلى كفاءة و األكثر حفاظا̈ على البيئة، وكذلك األفضل اقتصادي̈ا على

 المدى الطويل. لقد قام العلماء بالبحث عن الطاقة الكهربائية من مصادر جديدة.

فالطاقة الكهربائية لها مصادر تقليدية، فإذا كنت مثال̈ من سكان المدن فأنت تحصل على الطاقة الكهربية من خالل الشبكات الرئيسية )

Basbarوهذه الشبكة تتغذى بالكهرباء من مجموعة من محطات توليد ) الطاقة الكهربائية، وهناك أنواع مختلفة من المحطات مثل المحطات

( والمحطات الغازية ، وهذان النوعانSteam Power Plantالبخارية ) من المحطات هما األكثر شيوعا̈ واستخداما̈ في العالم كله.

وفى هذين النوعين من المحطات يتم تمرير بخار الماء-في المحطاتالبخارية- أو ناتج احتراق الغازات –في المحطات الغازية- على توربينات )

Turbineفتدور الريش داخل التوربينة وتدور معها عمود اإلدارة المثبت ) مع هذه الريش وتستخدم طاقة دوران هذا العمود في قطع خطوط فيض

 المغناطيس المثبت داخل مولد.

والطاقة الكهربائية صديقة اإلنسان والبيئة وذلك ألنها طاقه نظيفة ال ينتج عنها أي ملوثات ولكن ينتج من المحطات نفسها ملوثات كثيرة وذلك من

نواتج حرق الوقود للتسخين أو الستخدام نواتجه في تدوير التوربينات وهناك صور أخرى لتوليد الكهرباء أكثر محافظه على البيئة مثل توليدها

 باستخدام مساقط المياه. ويعتبر السد العالي أكبر مثال حي يستخدم مساقط المياه في توليد

 الكهرباء. وإذا كنت في مكان ال يمكن أن تصل إليه امتداد الشبكات الرئيسية فإنه

يمكنك الحصول على الكهرباء من تحويل صور أخرى من الطاقة مثل طاقه المد و الجذر وطاقه حركه األمواج وطاقه الرياح وأخيرا̈ الطاقة

 الشمسية. وعند تحليل ما سبق مره أخرى لوجدت أن اغلب صور الحصول

 الكهربائية يتم من طاقات ميكانيكية. فمثال̈ في المحطات البخارية والغازية وأيضا̈ مساقط الماء يتم الحصول على الكهرباء من دوران التوربينات ، أما استخدام المد و الجذر وحركه

األمواج والرياح فهو استغالل لطاقتهم الحركية في تحريك أجزاء

 ميكانيكية ثم الحصول منها على الكهرباء. ومن المعروف أنه بوجود أجزاء ميكانيكية في أي جهاز هذا يقلل من

كفاءته كثيرا̈ نظرا̈ لضياع الكثير من الطاقة خالل احتكاك وتبريد األجزاء المتحركة

ولهذا كان االهتمام بالطاقة الشمسية حيث يتم تحويل الطاقة الضوئية للشمس إلى طاقه كهربيه مباشرة مما يجعلها عالية الكفاءة ولكن

 تكنولوجيا الخاليا الضوئية مازال مرتفع التكلفة. ولكن كل صور الحصول على الطاقة الكهربية التي سبق ذكرها تفترض

عدم تنقل اإلنسان من مكان إلى آخر وذلك ألنه البد من بناء محطات كبيرة ال يمكن تحريكها مع تنقل اإلنسان.

هذا السبب األخير هو الذي جعل العلماء يتجهون بتفكيرهم إلى تصنيع ( وكانportable generatorsمولدات تتنقل مع اإلنسان أينما ذهب)

نتاج البحث نوعان من المولدات أولهم يعمل بحرق الوقود خالل محرك يشبه محرك السيارة والحصول على الطاقة الميكانيكية ثم الحصول منها

على الكهرباء ، وهذا النوع هو األكثر شيوعا̈ واستخداما̈ لرخص سعره ( وكذلكHCولكن ينتج عنه العديد من الملوثات الهيدروكربونية )

( وذلك من حرق الوقود ويظل أيضا̈ هذاNoxالملوثات النيتروجينية ) النوع منخفض الكفاءة لما يحتوى عليه من أجزاء ميكانيكية.

أما النوع الثاني من المولدات فهي التي تنتج الطاقة الكهربية مباشرة من الطاقة الحرارية دون الحاجة إلى أجزاء ميكانيكية.

وهذه احتلت مكانة كبيرة وأصبحت واسعة االنتشار في مجموعه من شركات البترول العالمية .

وتحتوي هذه المولدات على ثالث أجزاء أساسية ، األول هو الجزء (C3H8الساخن ويتم تسخينه بحرق الغاز الطبيعي أو غاز البروبان )

( والثاني هو الجزء البارد وتصلc540وتصل درجة حرارته إلى حوالي ) ( ويتم تبريده عن طريق تعريضه للهواء الجويc 140درجة حرارته إلى )

 أي أنه يفقد الحرارة باإلشعاع. ( وهو الجزء الفعالthermopileأما الجزء الثالث فهو العمود الحراري )

و أساس هذه والتكنولوجيا وهو عبارة عن جهاز مصنع من مادة معينه (signalوهذه المادة لها خاصية فيزيائية وهى إصدار نبضات كهربية )

نتيجة لفرق درجات الحرارة الذي يشعر بها الجهاز بين طرفيه ( سابقا̈ في أجهزةthermopileكان يستخدم هذا العمود الحراري)

( وعند توصيل مجموعه منdigitalقياس درجات الحرارة الرقمية )

( بهذا العمود الحراري يمكنsemi-conductorsأشباه الموصالت ) ( .DCالحصول على فرق جهد وكذلك تيار مستمر)

ويستخدم هذا التيار المستمر في العديد من االستخدامات مثل تشغيل أجهزة االتصال لمواقع شركات البترول في الصحراء وكذلك في تشغيل

المضخات وأجهزة لحام األنابيب في شركات نقل الغازات البترولية)pipeline. وفي العديد من االستخدامات المختلفة ) 

وتصل الطاقة الخارجة من هذا النوع من المولدات إلى حوالي )5000wattوهو أفضل من النوع األول من المولدات المتحركة في )

 أنها: - أكثر نظافة وسالمه على البيئة النخفاض العوادم الناتجة1 - يستخدم في جميع أنواع المناخ وظروف الطقس المختلفة2 - له كفاءة عالية لعدم وجود أجزاء متحركة3  عام20- يعيش إلى أكثر من 4 - يحتاج في الصيانة إلى ساعة أو أثنين في العام ولهذا هو أكثر5

 اقتصادية على المدى الطويل. ويستخدم هذا النوع من المولدات حاليا̈ في كبرى شركات البترول

وشركات الغازات البترولية وأنابيب نقل الغازات حول العالم مثل :/ ).u.s( Amoco pipeline- أمكو لألنابيب ) الواليات المتحدة( 1 )Canada( Nova gas- نوفا للغازات )كندا(2 )china( Sichuan oil- سيكوان للبترول )الصين(3 )باكستان(SSGC- شركة 4 )األرجنتين(TGN- شركة 5