أنواع محطات توليد الكهرباء

تتنوع محطات توليد الطاقة الكهربائية باختلاف مصادر الطاقة المستخدمة في التوليد. ورغم اختلاف التقنيات المستخدمة من محطة إلى أخرى فإن الوحدات المكونة لهذه المحطات تعتمد على نظم متشابهة تعتمد على مرحلتين أساسيتين. تتمثل المرحلة الأولى في تحويل الطاقة الطبيعية المتوفرة إلى طاقة ميكانيكية حركية وذلك باستخدام التوربينات المناسبة. أما المرحلة الثانية فهي تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية باستخدام المولد الكهربائي. وفيما يلي شرح أنواع محطات توليد الطاقة الكهربائية

محطات التوليد البخارية

يتم في المحطة البخارية تحويل طاقة الوقود (مثل الفحم الحجري، البترول، الغاز) إلى طاقة حرارية في اللهب الناتج من الاحتراق والتي تعمل على رفع درجة حرارة وضغط الماء المقطر وتحويله إلى بخار ثم يعمل هذا البخار المندفع بضغط كبير على إدارة التوربينات وبذلك تتحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية على محور التوربينات ويرتبط عمود دوران المولد الكهربائي مع التوربينات البخارية فيدور المولد ويحول هذه الحركة إلى طاقة كهربائية.

تتميز المحطات البخارية بارتفاع حجم إنتاجها ورخص تكاليفها مقارنة بإمكاناتها الضخمة، وعمرها الافتراضي الكبير، كما تمتاز بإمكانية استعمالها لتحلية المياه المالحة، مما يجعلها ثنائية الاستخدام خاصة في البلاد التي تقل فيها مصادر المياه العذبة. وأبرز عيوبها أن تكلفة إنشاءها عالية، وتحتاج لمساحة كبيرة، إضافة إلى بطء دخولها على الشبكة (7-5 ساعات) .

محطات التوليد الغازية

تعتبر المحطات الغازية حديثة الظهور وتعد المنطقة العربية من أكثر البلدان استعمال لتلك المحطات. في هذه المحطات يتم تحويل طاقة الوقود الكيميائية إلى طاقة حرارية لتسخين الغازات التي يتم إدخالها إلى توربينات غازية تحول تلك الطاقة إلى طاقة حركية تعمل على إدارة التوربينة الغازية ثم إلى طاقة ميكانيكية تعمل على دوران العضو الدوار في المولد الذي يعمل على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

تمتاز المحطات الغازية ببساطتها ورخص ثمنها نسبيًا وسرعة تركيبها وسهولة صيانتها وهي لا تحتاج إلى مياه كثيرة للتبريد. كما تمتاز بإمكانية استعمال العديد من أنواع الوقود وتمتاز كذلك بسرعة التشغيل وسرعة الإيقاف. وأما عيوبها فهي ضعف إنتاجها، وقصر عمرها وتستهلك كمية كبيرة من الوقود بالمقارنة مع محطات التوليد البخارية.

محطات الدورة المركبة

لزيادة اقتصاديات توليد الطاقة الكهربائية يتم دمج محطة غازية مع أخرى بخارية في وحدة واحدة يطلق عليها اسم المحطة المركبة Combined Cycle Power Plant للبخار والغاز وفيها تتم الاستفادة المثلى من الطاقة الحرارية للوقود مما يرفع من الكفاءة الكلية للمحطة، تزيد الجدوى الاقتصادية لهذه المحطات مع زيادة سعتها. لذلك يتم إنشاؤها بقدرات ضخمة تقدر بمئات الميجاوات.

تتكون المحطات ذات الدورة المركبة من وحدة غازية ووحدة بخارية، حيث ينتج عن الوحدة الغازية نواتج احتراق تصل درجة حرارتها إلى 500 درجة مئوية، وهذه النواتج تهدر في الجو دون استفادة منها. وتقوم فكرة عمل المحطات المركبة على الاستفادة من الطاقة المهدرة في الغازات الساخنة الخارجة من التوربينات الغازية من خلال إنتاج كمية البخار اللازمة لتشغيل توربينة بخارية تضاف إلى الوحدة،

مما يحقق توليد طاقة إضافية وتوفر ثلث كمية الوقود المستخدمة بالمقارنة بالوحدات البخارية. لأن الوحدة البخارية في محطات الدورة المركبة لا تستخدم أي وقود، وإنما فقط تستخلص الطاقة من غازات الوحدة الغازية.

محطات التوليد المائية

تحول محطات التوليد الكهرومائية الطاقة الحركية الناتجة عن تدفق الماء إلى طاقة كهربائية، وذلك باستغلال مصبات الشلالات أو بناء السدود لتخزين مياه الأنهار. تتدفق المياه عبر الأنفاق المخصصة لها داخل السد مرورا بتوربينات الماء، تحول التوربينات الطاقة الحركية للماء إلى قدرة ميكانيكية على شكل حركة وبدورها تعمل على إدارة محور المولدات فتحولها إلى طاقة كهربائية.

تعتبر الطاقة المائية من أكثر الطاقات المتجددة استخدام في توليد الطاقة الكهربائية في العالم ومن أقل الطاقات تكلفة و أكثرها نقاوة. وتسبب السدود المستخدمة لتجميع المياه أضرار بيئية متعددة مثل الفيضانات أو إغراق مساحات شاسعة من الأراضي الزراعية.

محطات توليد الديزل

محطات الديزل هي مولدات للطاقة الكهربية ذات قدرات صغيرة تستخدم لتغذية بعض الأماكن المعزولة البعيدة عن الشبكات الكهربائية. وهي مناسبة في الأماكن التي تتطلب طاقة بقدرات منخفضة وفي المناطق التي لا تتوفر فيها كمية كافية من الفحم والماء ووسائل النقل غير مناسبة لإقامة محطات بخارية أو مائية.

تمتاز محطات الديزل بسرعة التشغيل وسرعة الإيقاف ولكنها تحتاج إلى كميات هائلة من الوقود ولذلك فإن تكلفة الطاقة الكهربائية المنتجة من تلك المحطات عالية نسبيًا، و لا يوجد منها محطات ذات قدرات كبيرة، وتمتاز هذه المحطات بسهولة التركيب وتستخدم في حالات الطوارئ وفترات الذروة وتعمل مجموعة كبيرة من تلك المولدات على التوازي لسد الاحتياج المطلوب من الطاقة الكهربائية.

محطات التوليد النووية

تُستخدم الطاقة النووية في توليد الحرارة اللازمة من خلال التفاعلات الانشطارية لنواة اليورانيوم وتستخدم هذه الحرارة في تحويل الماء الى بخار يعمل على إدارة التوربين الذي يحرك ملفات المولد لتعمل على توليد الطاقة الكهربائية

والفرق بين المحطات النووية والمحطات الحرارية الاخرى هو أنه في المحطات الحرارية يستخدم الفرن في حرق الوقود بينما يستخدم في المحطات النووية مفاعل ذري تتولد فيه الحرارة نتيجة لانشطار ذرات اليورانيوم بضربات الالكترونات المتحركة في المدار الخارجي للذرة وتستغل هذه الطاقة الحرارية الهائلة في غليان المياه في المراجل وتحويلها الى بخار في ضغط عالي ودرجة حرارة عالية جدًا

الميزة الأكثر أهمية لمحطة الطاقة النووية هي إمكانية توليد كمية هائلة من الطاقة الكهربائية من كمية صغيرة نسبيًا من الوقود النووي مقارنة بالوقود التقليدي في محطات الطاقة الأخرى. على سبيل المثال فإن الانشطار الكامل لـ 1 كجم من اليورانيوم يمكنه إنتاج طاقة أكبر قدر من حرق 4500 طن من الفحم عالي الجودة.

محطات الحرارة الأرضية

توجد في مركز الأرض حرارة هائلة وإذا كان متوسط درجة حرارة السطح 20 درجة مئوية فإننا يمكن أن نبلغ درجة غليان الماء ( 100 درجة مئوية) عند عمق 2.7 كم تقريباً. وهناك صعوبات فنية للوصول إلى أعماق كبيرة في باطن الأرض، وأقصى عمق وصل إليه الإنسان هو تقريبًا 8 كم.

تم الوصول لعمق الأرض بمد أنبوب دخول لدفع الماء لأسفل يسمى أنبوب الحقن وأنبوب خروج لاستقبال الماء المغلي المندفع لأعلى يسمى أنبوب الإنتاج، حيث يتم ضخ مياه عادية عبر الأنبوب الأول إلى أسفل، وعندما تصل المياه إلى الأسفل ونتيجة احتكاكها مع الحرارة العالية، يتبخر الماء بشدة حيث تبلغ الحرارة 1000 درجة ليخرج البخار من الأنبوب الآخر مشكلُا ضغطاً هائلاً، فيصعد البخار بقوة نحو الأعلى، وفي نهاية الطرف الذي يصعد منه البخار توضع توربينات ضخمة من شأنها توليد الطاقة من ذلك البخار