أنواع محطات القدرة وتقسيماتها

أنواع محطات القدرة وتقسيماتها
محطات القدرة

محطات القدرة تجميع لمعدات تنتج الطاقة الميكانيكية والكهربائية، وتحتوي المعدات الكهربائية لمحطة توليد القوى على المولدات، والمحولات وتروس التحكم وعندما ترسل القدرة الكهربائية لمسافة بعيدة يجب ـ من وجهة النظر الاقتصادية ـ أن تكون بفولتيات عالية عن جهد التوزيع للمشترك، ولذلك فإن إرسال هذه القدرة يتطلب كفاءة عالية، وتنظيم، ومراعاة الاعتبارات الاقتصادية، وعادة ما يكون هذا الفولت 132 كيلوفولت، وعند المحطات الفرعية يُخفض هذا الفولت من 400 أو 230 فولت إلى 33 أو 3.3 كيلوفولت بوساطة محول، وتستخدم الموزعات لإمداد القدرة الكهربائية إلى المستهلكين

أنواع محطات القدرة

تُقسم محطات القدرة حسب الآتي:

1. بالنسبة إلى نوع الوقود المستخدم

أ.
محطات توليد الطاقة البخاري، وتنقسم للآتي:

1.
محطات توليد باستخدام التكثيف.

2.
محطات توليد من دون تكثيف.


ب.
محطات توليد الديزل.

ج.
محطات توليد الكهرباء النووية.

د.
المحطات الهيدروكهربائية.

هـ.
محطات توربينات الغاز.


2. بالنسبة إلى طبيعة الحمل

أ. محطات الحمل الأساسي.

ب. محطات الحمل الأقصى.

3. بالنسبة للمكان

أ. محطات تغذية مركزية.

ب. محطات تغذية لامركزية منعزلة.

4. بالنسبة إلى أداء الخدمة

أ. محطات توليد ثابتة.

ب. محطات توليد متحركة.

اعتبارات التصميم

عند تصميم مولدات القدرة يجب أن يؤخذ في الاعتبار العوامل التالية:

1. اقتصاديات الأنفاق.

2. آفاق محطة التوليد وكذا الأشخاص العاملين عليها.

3. الاعتمادية.

4. الكفاءة.

5. سهولة الصيانة.

6. العمل في ظروف جيدة.

العمر الافتراضي لمحطات توليد القوى

نتيجة لمواجهة عوامل التآكل، وكذا مراعاة العمر الافتراضي للأجهزة الملحقة، وعمل الصيانات الوقائية المختلفة، يمكن المحافظة على محطات القدرة بحالة جيدة للحصول على الأداء الجيد المطلوب.

تصبح محطات توليد القدرة عتيقة عندما يمكن تغييرها بأخرى حديثة تعمل بتكلف إجمالية سنوية أقل. ويتحدد العُمر الافتراضي لمحطة القدرة الكهربائية عندما تصبح تكلفة الإصلاح والصيانة كبيرة، ويصبح من الأفضل تغيير محطة التوليد بمحطة جديدة.

ويتراوح العمر الافتراضي لمحطات توليد الكهرباء الحرارية من 20 إلى 25 سنة، بينما يتراوح هذا العمر لمحطات توليد المحطات النووية 15 إلى 20 سنة، ومحطات توليد الديزل حوالي 15 سنة.

محطات توليد الكهرباء العمومية

تمتاز محطات توليد الكهرباء العمومية بالإعتمادية الكبيرة، وقدرتها على الإمداد بمتطلبات القدرات العالية للأحمال الكهربائية الكبيرة في أقل وقت، وتُعد رخيصة بالنسبة لمحطات التوليد الخاصة، ومن عيوبها أنه يلزم لإنشائها مساحة كبيرة، وخاصة عندما تكون متطلبات القدرة كبيرة، عند التصميم تراعى زيادة الأحمال المستقبلية غالباً.

محطات التوليد الخاصة

عندما تكون احتياجات القدرة صغيرة نسبياً، ويتطلب وجود الكهرباء باستمرار مثل غرف العمليات بالمستشفيات، في مثل هذه الحالات، من المفضل استخدام محطات التوليد الخاصة، وغالباً يُستخدم محطات توليد تعمل بالديزل حيث أنها وسيلة عملية واقتصادية.

وفي المصانع التي تتوافر فيها مُخلفات يُمكن استخدامها وقوداً، يُفضل لهذه المصانع توليد الكهرباء الخاصة بها، ومثال ذلك مصانع تكرير السكر حيث يمكن حرق مخلفاتها واستخدامها في محطات توليد الكهرباء البخارية.

وكذلك في مصانع الغزل والنسيج، حيث تتطلب هذه الصناعة وجود البخار. ففي مثل هذه الحالة تُولد الكهرباء بوساطة توربينات غازية خاصة بالمصنع ثم يُستخدم البخار الخارج من التوربينات في عمليات التشغيل.

سعة محطة التوليد

يجب أن تكون سعة محطة التوليد مساوية لقصى قيمة للحمل أو أكبر منها. وفي محطات التوليد الصغيرة، من المستحسن أن تُنشأ محطتا توليد، كل واحدة تكون قادرة بالإمداد بأقصى متطلبات الحمل، بحيث إذا كانت إحداهما في الصيانة أو الإصلاح، تكون الأخرى قادرة على الإمداد بالطاقة الكهربائية المطلوبة، ويُضمَن بذلك عدم انقطاع التيار الكهربائي في أي وقت.

وفي حالة محطات التوليد الكبيرة التي تستخدم عدة وحدات توليد، يجب أن تكون السعة الكلية للمحطة مساوية لأقصى متطلبات القدرة من المحطة، بالإضافة إلى سعة أكبر وحدتين توليد بها. ويجب أن يكون عدد وحدات التوليد أثنين أو أكثر، بحيث إذا تعطل إحداهما أو كان تحت أعمال الصيانة، تقوم محطة التوليد الأخرى بالإمداد بالكهرباء وبذلك يضمن عدم انقطاع التيار الكهربي.

ورغم ذلك، فعادة ما تعمل المحطة بالكامل في ساعات الذروة. وعادة ما يوضع جدول للتوقيتات يوضح الأحمال بالنسبة للوقت، وبالتالي يمكن المناورة بوحدات التوليد، ويُؤخذ في الاعتبار، عند عمل الحسابات الخاصة بسعة محطة التوليد، منحنى الحمل الذي يوضح المتطلبات من الأحمال بالنسبة للوقت، وكذا المتطلبات المستقبلية لهذه الأحمال.

تصميم محطة التوليد

يجب مراعاة العوامل التالية عند تصميم محطات التوليد:

1. تكاليف الإنشاء.

2. الاعتماد على المحطة في إمداد القدرة.

3. تكاليف الصيانة صغيرة.

4. تكلفة التشغيل صغيرة.

5. العمل بكفاءة عالية.

6. تكاليف إمداد الكهرباء للمشتركين صغيرة.

7. الاحتفاظ بسعات توليد احتياطية لمواجهة المتطلبات المستقبلية للقدرة.

8. سهولة التصميم.

وتعتمد هذه العوامل على مكان محطة التوليد، ووفرة المواد الخام، ووفرة الماء، وأنواع الأحمال المستخدمة، وأقصى قدرة مولدة، ومعدات التوليد المستخدمة.

أنواع الأحمال

تقسم أنواع الأحمال ـ طبقاً لاستخدامها ـ للآتي:



1. الأحمال السكنية

وتمثل هذه الأحمال الإضاءة المحلية، والاستخدامات المنزلية مثل الراديو، والتليفزيون، والثلاجات، والأفران الكهربائية، وكذا المحركات الصغيرة الخاصة بضخ المياه.

2. الأحمال التجارية

وتشمل إضاءة المحلات، والإعلانات، وأجهزة الكهرباء المستخدمة في المحلات والمطاعم، إلى آخره.

3. الأحمال الصناعية

وتمثل الأحمال المستخدمة في جميع المصانع ومتطلباتها، من الأحمال الخاصة بهذه الصناعة.

4. الأحمال المحلية

وتشمل أحمال إضاءة الشوارع، ومحطات الإمداد بالمياه وأغراض الصرف الصحي.

5. أحمال الري

وتشمل أحمال المحركات الكهربائية الخاصة بمضخات المياه اللازمة لري الحقول.

6. أحمال الجر

وتشمل الأحمال المستخدمة في وسائل المواصلات المختلفة مثل الترام، وعربات السكة الحديدية.... الخ.

تكاليف الطاقة الكهربائية

تقسم التكاليف الكلية للطاقة الكهربائية، المولدة من محطة توليد القوى إلى الآتي:

1. تكاليف ثابتة

أ.
رأس المال اللازم لمحطة التوليد ويتوقف على الآتي:

1.
تكاليف الأرض.

2.
تكاليف المباني.

3.
تكاليف المعدات.

4.
تكاليف الإنشاء.

5.
تكاليف التخطيط والتصميم للمحطة.


ب.
تكاليف نظام التوزيع الأولي، والذي يحوي تكاليف المحطات الفرعية، وتكاليف خطوط نقل القوى.


والتكاليف الثابتة تحتوي أيضاً على الفوائد، والضرائب، والتأمين على رأس المال، وتكاليف الإدارة، وتكاليف الاستهلاك نتيجة البُلي للمحطة.

ويقصد بتكاليف الاستهلاك، القيمة التي تُنحى جانباً في السنة من الدخل، لتقابل احتياجات الاستهلاك، من حيث شراء قطع الغيار الخاصة بإصلاح وصيانة المحطة. وهذه القيمة تخضع لعدة طرق لحسابها.

2. تكاليف الطاقة

وتنقسم تكاليف الطاقة إلى الآتي:

أ.
تكاليف الوقود.

ب.
تكاليف العمالة.

ج.
تكاليف عمال الصيانة.

د.
تكاليف الإمدادات مثل:

(1)
الماء المستخدم لتغذية الغلايات، والمكثفات، والاستخدامات العادية.

(2)
زيوت التبريد.

(3)
الماء اللازم لمعالجة الكيماويات.



3. رسم المستهلكين

ويعتمد هذا على عدد العملاء، وتعتمد التكاليف على الآتي:


أ.
تكاليف نظام التوزيع، وتكاليف الاستهلاك، والضرائب، والفوائد على رأس المال.


ب.
تكاليف الفحص والصيانة لخطوط التوزيع، وكذا المحولات الكهربائية.


ج.
تكاليف العمالة اللازمة لقراءة العدادات الكهربائية وكذلك الأعمال المكتبية الخاصة بذلك.


4. مكسب المستثمرين.

يتوقع المستثمر تحقيق عائد مجزٍ على رأس ماله. ويعتمد معدل الربح على عدة عوامل، ويمكن التقليل من تكاليف محطة التوليد، باتباع الآتي:

أ.
التقليل من استثمار الأموال الابتدائية، في محطة التوليد.

ب.
اختيار وحدات التوليد الملائمة السَّعة.

ج.
تشغيل محطة التوليد بأقصى قيمة ممكنة، لمعامل الحمل.

د.
زيادة كفاءة معدات حرق الوقود، بحيث تقل تكاليف الوقود المستخدم.

هـ.
تسهيل أعمال تشغيل محطة توليد القدرة، بحيث تُستخدم أقل عمالة تشغيل.

و.
إنشاء محطة التوليد قريبة من مركز الأحمال، ما أمكن ذلك.