المحطات المائية
تلتقط محطات الطاقة الكهرومائية طاقة المياه المتساقطة لتوليد الكهرباء، يحول التوربين الطاقة الحركية للماء الساقط إلى طاقة ميكانيكية، ثم يقوم المولد بتحويل الطاقة الميكانيكية من التوربين إلى طاقة كهربائية.
المكونات الأساسية لمحطة الطاقة الكهرومائية
الخزان والسدود - تعتمد معظم محطات الطاقة الكهرومائية على سد يمنع المياه ، مما يؤدي إلى حصرها وتكوين خزان كبير. وكلما زاد ارتفاع السد زادت طاقة الوضع.
المدخل - تفتح بوابات السد وتقوم الجاذبية بسحب المياه عبر مساقط المياه (المجرى المائل)، وهو خط أنابيب يؤدي إلى التوربين. يعمل الماء على زيادة الضغط أثناء تدفقه عبر هذا الأنبوب.
التوربين - يضرب الماء التوربين ويقوم بتدوير الشفرات الكبيرة لهذا التوربين ، الذي يتم توصيله بمولد فوقه عن طريق عمود. أكثر أنواع التوربينات شيوعًا لمحطات الطاقة الكهرومائية هو فرانسيس توربين ، والذي يشبه قرصًا كبيرًا بشفرات منحنية. يمكن أن يصل وزن التوربين الواحد إلى 172 طنًا ويدور بمعدل 90 دورة في الدقيقة (rpm) ، وذلك وفقًا لمؤسسة تعليم المياه والطاقة (FWEE).
المولدات - يركب المولد فوق التوربينة وعندما تدور ريشة التوربين فيقوم بتدوير معه المولد ، وبالتالي تفعل ذلك سلسلة من المغناطيسات داخل المولد. تدور المغناطيسات العملاقة عبر ملفات نحاسية ، وتنتج تيارًا مترددًا (AC) عن طريق تحريك الإلكترونات. (ستتعلم المزيد حول كيفية عمل المولد لاحقًا.)
المحول - يأخذ المحول الموجود داخل مركز الطاقة (بيت الطاقة) التيار المتردد ويحوله إلى تيار عالي الجهد.
خطوط الطاقة - من كل محطة طاقة تأتي أربعة أسلاك: يتم إنتاج المراحل الثلاث للطاقة في وقت واحد بالإضافة إلى محايد أو أرضي مشترك بين الثلاثة.
التدفق الخارجي - يتم نقل المياه المستخدمة عبر خطوط الأنابيب ، والتي تسمى الذيل ، وتدخل مرة أخرى إلى مجرى النهر.
يعتبر الماء الموجود في الخزان طاقة مخزنة. عندما تفتح البوابات ، يصبح الماء المتدفق عبر مساقط المياه طاقة حركية لأنه في حالة حركة. يتم تحديد كمية الكهرباء التي يتم توليدها من خلال عدة عوامل. اثنان من هذه العوامل هما حجم تدفق المياه وكمية الرأس الهيدروليكي. يشير الرأس إلى المسافة بين سطح الماء والتوربينات. مع زيادة الرأس والتدفق ، تزداد الكهرباء المولدة. عادة ما يعتمد الرأس على كمية الماء في الخزان.
كيف تعمل التوربينات المائية
التوربين الهيدروليكي يحول طاقة المياه المتدفقة إلى طاقة ميكانيكية. يحول المولد الكهرومائي هذه الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء، يعتمد تشغيل المولد على المبادئ التي اكتشفها فاراداي، ووجد أنه عندما يتم تحريك المغناطيس بعد موصل ، يتسبب في تدفق الكهرباء. في مولد كبير ، يتم صنع المغناطيسات الكهربائية عن طريق تدوير التيار المباشر من خلال حلقات من الأسلاك ملفوفة حول أكوام من تصفيح الصلب المغناطيسي. وتسمى هذه أعمدة المجال ، ويتم تثبيتها على محيط الدوار. يتم توصيل الدوار إلى عمود التوربين ، ويدور بسرعة ثابتة. عندما يدور الدوار ، فإنه يتسبب في تحرك أقطاب المجال (المغناطيسات الكهربائية) عبر الموصلات المركبة في الجزء الثابت. وهذا بدوره يؤدي إلى تدفق الكهرباء وتطور الجهد في نهايات المولد ".
اجزاء المولد الكهربائي
المولد هو قلب محطة الطاقة الكهرومائية. تحتوي معظم محطات الطاقة الكهرومائية على العديد من هذه المولدات.
المولد يقوم بتوليد الكهرباء. وتتمثل العملية الأساسية لتوليد الكهرباء بهذه الطريقة في تدوير سلسلة من المغناطيسات داخل لفائف الأسلاك. تعمل هذه العملية على تحريك الإلكترونات التي تنتج تيارًا كهربائيًا.
على سبيل المثال
سد هوفر الذي يقع في أمريكا ويحتوي على 17 مولداً ، يمكن لكل منها أن يولد ما يصل إلى 133 ميغاوات. تبلغ القدرة الإجمالية لمحطة توليد الطاقة الكهرومائية في سد هوفر 2074 ميجاوات. يتكون كل مولد من أجزاء أساسية معينة:
- الفتحة
- مثير
- الدوار
- الجزء الثابت
أثناء دوران التوربين ، يرسل المثير تيارًا كهربائيًا إلى الدوار. الجزء المتحرك عبارة عن سلسلة من المغناطيسات الكهربائية الكبيرة التي تدور داخل ملف محكم الجرح من الأسلاك النحاسية ، يسمى الجزء الثابت. يخلق المجال المغناطيسي بين الملف والمغناطيس تيارًا كهربائيًا.
في سد هوفر ، ينتقل تيار بقوة 16500 أمبير من المولد إلى المحول ، حيث يصل التيار إلى 230 ألف أمبير قبل أن ينتقل.
محطات الضخ والتخزين
هناك نوع آخر من محطات الطاقة الكهرومائية يسمى محطة الضخ والتخزين. في محطة الطاقة الكهرومائية التقليدية ، يتدفق الماء من الخزان عبر المحطة ويخرج وينقل إلى أسفل. يحتوي مصنع الضخ على خزانين:
الخزان العلوي - مثل محطة الطاقة الكهرومائية التقليدية ، يخلق السد خزانًا. يتدفق الماء في هذا الخزان عبر محطة الطاقة الكهرومائية لتوليد الكهرباء.
الخزان السفلي - يتدفق الماء الخارج من محطة الطاقة الكهرومائية إلى خزان سفلي بدلاً من إعادة دخوله إلى النهر ويتدفق في اتجاه مجرى النهر.
باستخدام توربين عكسي ، يمكن للمحطة ضخ المياه مرة أخرى إلى الخزان العلوي. يتم ذلك في غير ساعات الذروة. في الأساس ، يعيد الخزان الثاني ملء الخزان العلوي. عن طريق ضخ المياه مرة أخرى إلى الخزان العلوي ، يكون لدى المحطة المزيد من المياه لتوليد الكهرباء خلال فترات ذروة الاستهلاك.