محطة توليد الطاقة

📅 آخر تحديث: ١٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 16 صور
الموسوعة الحرة

محطة توليد الطاقة ، أو محطة توليد الكهرباء ، هي منشأة صناعية لتوليد الطاقة الكهربائية . ترتبط محطات توليد الطاقة عادةً بشبكة كهربائية . تحتوي العديد من محطات توليد الطاقة على مولد واحد أو أكثر ، وهي آلات دوارة تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية ثلاثية الأطوار . ينتج عن الحركة النسبية بين مجال مغناطيسي وموصل تيار كهربائي .

تُعد محطة نيديروسيم لتوليد الطاقة أكبر محطة لتوليد الطاقة بالفحم في ألمانيا

تتنوع مصادر الطاقة المستخدمة لتشغيل المولدات بشكل كبير. تعتمد معظم محطات توليد الطاقة في العالم على حرق الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي لتوليد الكهرباء. وتشمل مصادر الطاقة منخفضة الكربون الطاقة النووية ، واستخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الكهرومائية . [ 1 ]

تاريخ

في أوائل عام 1871، اخترع المخترع البلجيكي زينوب غرام مولدًا كهربائيًا قويًا بما يكفي لإنتاج الطاقة على نطاق تجاري للصناعة. [ 2 ]

في عام 1878، قام ويليام، اللورد أرمسترونغ، بتصميم وبناء محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية في كراغسايد ، إنجلترا . استخدمت المحطة مياه البحيرات الموجودة في ملكيته لتشغيل مولدات سيمنز . وقد وفرت الكهرباء الطاقة للإضاءة والتدفئة، وأنتجت الماء الساخن، وشغّلت مصعدًا بالإضافة إلى أجهزة موفرة للعمالة ومباني المزرعة. [ 3 ]

في يناير 1882، شُيِّدت أول محطة توليد طاقة تعمل بالفحم في العالم ، وهي محطة إديسون للإنارة الكهربائية ، في لندن، وهو مشروع لتوماس إديسون نظمه إدوارد جونسون . كانت غلاية بابكوك آند ويلكوكس تُشغِّل محركًا بخاريًا بقوة 93 كيلوواط (125 حصانًا) يُدير مولدًا كهربائيًا يزن 27 طنًا . وقد زوّدت هذه المحطة المباني في المنطقة بالكهرباء، والتي كان من الممكن الوصول إليها عبر قنوات تصريف المياه في الجسر دون الحاجة إلى حفر الطريق، الذي كان حكرًا على شركات الغاز. ومن بين العملاء معبد المدينة ومحكمة أولد بيلي . وكان مكتب التلغراف التابع لمكتب البريد العام عميلًا مهمًا آخر ، ولكن لم يكن من الممكن الوصول إليه عبر قنوات التصريف. لذا، رتّب جونسون مدّ كابل الإمداد فوق الأرض، مرورًا بهولبورن تافرن ونيوجيت . [ 4 ] 

تم تركيب الدينامو والمحرك في شركة إديسون جنرال إلكتريك، نيويورك عام 1895

في سبتمبر 1882، أنشأ إديسون محطة بيرل ستريت في نيويورك لتوفير الإضاءة الكهربائية لمنطقة مانهاتن آيلاند السفلى. استمرت المحطة في العمل حتى دمرها حريق عام 1890. كانت المحطة تستخدم محركات بخارية ترددية لتشغيل مولدات التيار المستمر. ونظرًا لتوزيع التيار المستمر، كانت منطقة الخدمة صغيرة، ومحدودة بانخفاض الجهد في المغذيات. في عام 1886، بدأ جورج وستنجهاوس ببناء نظام تيار متردد يستخدم محولًا لرفع الجهد لنقله لمسافات طويلة، ثم يخفضه مرة أخرى للإضاءة الداخلية، وهو نظام أكثر كفاءة وأقل تكلفة، ويشبه الأنظمة الحديثة. حُسم الصراع بين التيارات في النهاية لصالح توزيع واستخدام التيار المتردد، على الرغم من استمرار بعض أنظمة التيار المستمر حتى نهاية القرن العشرين. كانت أنظمة التيار المستمر، التي يبلغ نصف قطر خدمتها ميلًا واحدًا (كيلومترًا) تقريبًا، أصغر حجمًا بالضرورة، وأقل كفاءة في استهلاك الوقود، وأكثر كثافة في العمالة لتشغيلها من محطات توليد التيار المتردد المركزية الأكبر حجمًا.

غرفة المولدات في محطة كركا الكهرومائية (1895)، مع أحد أنظمة توزيع التيار المتردد متعددة الأطوار الأولى في العالم [ 5 ].

استخدمت أنظمة التيار المتردد نطاقًا واسعًا من الترددات تبعًا لنوع الحمل؛ إذ استخدمت أحمال الإضاءة ترددات أعلى، بينما فضّلت أنظمة الجر وأنظمة الأحمال الثقيلة ترددات أقل. تحسّنت اقتصاديات توليد الطاقة في المحطات المركزية بشكل كبير مع تطوير أنظمة موحدة للإضاءة والطاقة تعمل بتردد مشترك. فمحطة التوليد نفسها التي كانت تغذي الأحمال الصناعية الكبيرة خلال النهار، باتت قادرة على تغذية أنظمة السكك الحديدية للركاب خلال ساعات الذروة، ثم خدمة أحمال الإضاءة في المساء، مما حسّن معامل حمل النظام وخفّض تكلفة الطاقة الكهربائية الإجمالية. مع وجود العديد من الاستثناءات، كانت محطات التوليد مخصصة للطاقة أو الإضاءة حسب اختيار التردد، وكانت مُبدّلات التردد الدوّارة والمحولات الدوّارة شائعة الاستخدام لتغذية أنظمة السكك الحديدية الكهربائية من شبكة الإضاءة والطاقة العامة.

خلال العقود الأولى من القرن العشرين، ازداد حجم المحطات المركزية، مستخدمةً ضغوط بخار أعلى لتحقيق كفاءة أكبر، ومعتمدةً على ربط محطات توليد متعددة لتحسين الموثوقية وخفض التكلفة. وقد أتاح نقل التيار المتردد عالي الجهد نقل الطاقة الكهرومائية بسهولة من الشلالات البعيدة إلى أسواق المدن. ومع ظهور التوربينات البخارية في خدمة المحطات المركزية، حوالي عام 1906، توسعت قدرة التوليد بشكل كبير. لم تعد المولدات مقيدة بنقل الطاقة عبر الأحزمة أو السرعة البطيئة نسبيًا للمحركات الترددية، وأصبح بالإمكان أن تنمو إلى أحجام هائلة. على سبيل المثال، خطط سيباستيان زياني دي فيرانتي لما كان سيصبح أكبر محرك بخاري ترددي تم بناؤه على الإطلاق لمحطة مركزية جديدة مقترحة، لكنه ألغى الخطط عندما أصبحت التوربينات متوفرة بالحجم المطلوب. تطلب بناء أنظمة الطاقة من المحطات المركزية مزيجًا متساويًا من المهارة الهندسية والفطنة المالية. ومن رواد توليد الطاقة في المحطات المركزية جورج وستنجهاوس وصموئيل إنسول في الولايات المتحدة، وفيرانتي وتشارلز هيسترمان ميرز في المملكة المتحدة، وغيرهم الكثير. [ 6 ]

نظرة عامة على الوحدات النمطية لأنواع عديدة من محطات الطاقة. تُظهر الخطوط المتقطعة إضافات خاصة مثل الدورة المركبة والتوليد المشترك أو التخزين الاختياري.

محطات الطاقة الحرارية

إنتاج الكهرباء العالمي لعام 2024 حسب المصدر بوحدة تيراواط ساعة (TWh). بلغ إجمالي الإنتاج 30.85 بيتاواط ساعة . [ 7 ]
  1. الفحم 10,587 (34.4%)
  2. الغاز الطبيعي 6796 (22.1%)
  3. هيدرو 4,417 (14.4%)
  4. الطاقة النووية 2765 (8.99%)
  5. سرعة الرياح 2497 (8.12%)
  6. الطاقة الشمسية 2130 (6.92%)
  7. أخرى 1569 (5.10%)

في محطات الطاقة الحرارية، تُنتج الطاقة الميكانيكية بواسطة محرك حراري يحوّل الطاقة الحرارية ، الناتجة غالبًا عن احتراق الوقود ، إلى طاقة دورانية. تُنتج معظم محطات الطاقة الحرارية البخار، ولذلك تُسمى أحيانًا بمحطات الطاقة البخارية. لا يُمكن تحويل كل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ؛ لذا، هناك دائمًا فقد للحرارة في البيئة. إذا استُخدم هذا الفقد كحرارة مفيدة، في العمليات الصناعية أو التدفئة المركزية ، تُسمى محطة الطاقة بمحطة توليد مشترك للطاقة والحرارة (CHP). في الدول التي تنتشر فيها التدفئة المركزية، توجد محطات حرارية مُخصصة تُسمى محطات غلايات التسخين فقط . يستخدم نوع مهم من محطات الطاقة في الشرق الأوسط الحرارة الناتجة عن احتراق الوقود لتحلية المياه.

تُحدَّد كفاءة دورة الطاقة الحرارية بأقصى درجة حرارة لسائل التشغيل. ولا ترتبط الكفاءة ارتباطًا مباشرًا بنوع الوقود المستخدم. ففي ظل ظروف البخار نفسها، تتمتع محطات توليد الطاقة بالفحم والطاقة النووية والغاز بالكفاءة النظرية نفسها. وبشكل عام، يكون النظام الذي يعمل باستمرار (حمل أساسي) أكثر كفاءة من النظام الذي يعمل بشكل متقطع (حمل ذروة). وتعمل التوربينات البخارية عمومًا بكفاءة أعلى عند تشغيلها بكامل طاقتها.

إلى جانب استخدام الحرارة المهدرة في عمليات التدفئة أو التدفئة المركزية، تتمثل إحدى طرق تحسين الكفاءة الإجمالية لمحطة توليد الطاقة في دمج دورتين ديناميكيتين حراريتين مختلفتين في محطة دورة مركبة . في أغلب الأحيان، تُستخدم غازات العادم من التوربينات الغازية لتوليد البخار اللازم للغلاية والتوربينات البخارية. ويؤدي دمج دورة علوية ودورة سفلية إلى كفاءة إجمالية أعلى مما يمكن أن تحققه أي من الدورتين على حدة.

في عام 2018، خططت شركة Inter RAO UES وشركة State Grid [ 8 ] لبناء محطة طاقة حرارية بقدرة 8 جيجاوات، [ 9 ] وهو أكبر مشروع بناء لمحطة طاقة تعمل بالفحم في روسيا . [ 10 ]

تصنيف

محطة إيكاتا للطاقة النووية ، اليابان
محطة كبيرة لتوليد الطاقة بالغاز والفحم في مارتينلاكسو ، فانتا ، فنلندا
محطة نيسيافيلير للطاقة الحرارية الأرضية ، أيسلندا

بواسطة مصدر حراري

بواسطة المحرك الرئيسي

المحرك الرئيسي هو آلة تحول الطاقة بأشكالها المختلفة إلى طاقة حركية.

  • تستخدم محطات التوربينات البخارية الضغط الديناميكي الناتج عن تمدد البخار لتدوير شفرات التوربين. وتستخدم جميع المحطات الكبيرة غير الكهرومائية تقريبًا هذا النظام. ويتم إنتاج حوالي 90% من إجمالي الطاقة الكهربائية في العالم باستخدام التوربينات البخارية. [ 14 ]
  • تستخدم محطات التوربينات الغازية الضغط الديناميكي الناتج عن تدفق الغازات (الهواء ونواتج الاحتراق) لتشغيل التوربين مباشرةً. تتميز محطات التوربينات الغازية التي تعمل بالغاز الطبيعي (والتي تعمل بالنفط) بقدرتها على بدء التشغيل السريع، ولذا تُستخدم لتوفير الطاقة في أوقات ذروة الطلب، وإن كان ذلك بتكلفة أعلى من محطات الطاقة الأساسية. قد تكون هذه المحطات صغيرة نسبيًا، وأحيانًا تعمل بدون مشغلين عن بُعد. وقد كانت المملكة المتحدة رائدة في هذا النوع، حيث كانت محطة برينستون [ 15 ] أول محطة من نوعها في العالم، وقد تم تشغيلها عام 1959.
  • تتألف محطات الدورة المركبة من توربين غازي يعمل بالغاز الطبيعي، وغلاية بخارية وتوربين بخاري يستخدمان غاز العادم الساخن الناتج عن التوربين الغازي لتوليد الكهرباء. وهذا يزيد بشكل كبير من الكفاءة الإجمالية للمحطة، ولذا فإن العديد من محطات توليد الطاقة الأساسية الجديدة هي محطات دورة مركبة تعمل بالغاز الطبيعي.
  • تُستخدم محركات الاحتراق الداخلي الترددية لتوفير الطاقة للمجتمعات المعزولة، وتُستخدم بكثرة في محطات التوليد المشترك الصغيرة. كما تستخدمها المستشفيات والمباني المكتبية والمصانع وغيرها من المرافق الحيوية لتوفير طاقة احتياطية في حالة انقطاع التيار الكهربائي. وتُشغل هذه المحركات عادةً بزيت الديزل، أو الزيت الثقيل، أو الغاز الطبيعي ، أو غاز مدافن النفايات .
  • تعتبر التوربينات الصغيرة ومحرك ستيرلينغ ومحركات الاحتراق الداخلي الترددية حلولاً منخفضة التكلفة لاستخدام أنواع الوقود المتاحة، مثل غاز مكب النفايات وغاز الهضم من محطات معالجة المياه وغاز النفايات من إنتاج النفط.

واجب

تشمل محطات توليد الطاقة التي يمكن تشغيلها (جدولتها) لتوفير الطاقة لنظام ما ما يلي:

  • تعمل محطات توليد الطاقة الأساسية بشكل شبه متواصل لتوفير ذلك الجزء من حمل الشبكة الذي لا يتغير خلال اليوم أو الأسبوع. يمكن تحسين هذه المحطات بشكل كبير لتقليل تكلفة الوقود، ولكنها قد لا تبدأ أو تتوقف بسرعة عند تغيرات حمل الشبكة. ومن أمثلة محطات توليد الطاقة الأساسية محطات توليد الطاقة الحديثة الكبيرة التي تعمل بالفحم والطاقة النووية، أو محطات الطاقة الكهرومائية ذات الإمداد المائي المتوقع.
  • تُلبّي محطات توليد الطاقة الاحتياطية ذروة الأحمال اليومية، والتي قد تستمر لساعة أو ساعتين فقط. ورغم أن تكلفة تشغيلها الإضافية أعلى من محطات توليد الطاقة الأساسية، إلا أنها ضرورية لضمان استقرار الشبكة خلال فترات ذروة الأحمال. تشمل محطات توليد الطاقة الاحتياطية توربينات الغاز ذات الدورة البسيطة ومحركات الاحتراق الداخلي الترددية، والتي يمكن تشغيلها بسرعة عند توقع ذروة الأحمال. كما يمكن تصميم محطات الطاقة الكهرومائية لتلبية احتياجات الطاقة الاحتياطية.
  • تستطيع محطات توليد الطاقة التي تتبع الأحمال أن تتبع بشكل اقتصادي التغيرات في الأحمال اليومية والأسبوعية، بتكلفة أقل من محطات توليد الطاقة الاحتياطية وبمرونة أكبر من محطات توليد الطاقة الأساسية.

تشمل مصادر الطاقة غير القابلة للتوزيع مصادر مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية؛ فبينما يمكن التنبؤ بمساهمتها طويلة الأجل في إمدادات الطاقة للنظام، يجب استخدام طاقتها على المدى القصير (يوميًا أو ساعيًا) فور توفرها، إذ لا يمكن تأجيل توليدها. وقد تكون الترتيبات التعاقدية ("الأخذ أو الدفع") مع منتجي الطاقة المستقلين أو ربط النظام بشبكات أخرى غير قابلة للتوزيع فعليًا.

أبراج التبريد

أبراج التبريد تُظهر تبخر المياه في محطة راتكليف أون سوار لتوليد الطاقة ، المملكة المتحدة
برج تبريد رطب ذو تيار طبيعي " مموه "

تُنتج جميع محطات الطاقة الحرارية طاقة حرارية مهدرة كمنتج ثانوي للطاقة الكهربائية المفيدة المُنتجة. وتُساوي كمية الطاقة الحرارية المهدرة أو تتجاوز كمية الطاقة المُحوّلة إلى كهرباء مفيدة . تصل كفاءة تحويل الطاقة في محطات الطاقة التي تعمل بالغاز إلى 65%، بينما تتراوح في محطات الفحم والنفط بين 30 و49%. تُسبب الحرارة المهدرة ارتفاعًا طفيفًا في درجة حرارة الغلاف الجوي، مقارنةً بالارتفاع الناتج عن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من المحطة نفسها. تستخدم أبراج التبريد الرطبة ذات السحب الطبيعي في العديد من محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الكبيرة التي تعمل بالوقود الأحفوري هياكل ضخمة تشبه المداخن ذات الشكل القطعي الزائد (كما هو موضح في الصورة على اليمين) تُطلق الحرارة المهدرة إلى الغلاف الجوي المحيط عن طريق تبخر الماء.

مع ذلك، تستخدم أبراج التبريد الرطبة الميكانيكية ذات السحب المستحث أو القسري في العديد من محطات الطاقة الحرارية الكبيرة، ومحطات الطاقة النووية، ومحطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري، ومصافي البترول ، ومصانع البتروكيماويات ، ومحطات الطاقة الحرارية الأرضية ، ومحطات تحويل الكتلة الحيوية والنفايات إلى طاقة، مراوح لتوفير حركة هواء صاعدة عبر الماء المتدفق للأسفل، وهي ليست هياكل تشبه المداخن ذات الشكل القطعي الزائد. وتكون أبراج التبريد ذات السحب المستحث أو القسري عادةً هياكل مستطيلة الشكل تشبه الصندوق، مملوءة بمادة تُحسّن من مزج الهواء الصاعد والماء المتدفق للأسفل. [ 16 ] [ 17 ]

في المناطق التي تعاني من محدودية استخدام المياه، قد يكون من الضروري استخدام أبراج التبريد الجافة أو المشعات المبردة بالهواء مباشرةً، نظرًا لارتفاع تكلفة الحصول على المياه اللازمة للتبريد التبخيري أو الآثار البيئية المترتبة على ذلك. تتميز هذه المبردات بكفاءة أقل واستهلاك أعلى للطاقة لتشغيل المراوح، مقارنةً بأبراج التبريد التبخيري الرطبة التقليدية.

مكثف تبريد الهواء (ACC)

تستخدم محطات توليد الطاقة مكثفات تبريد الهواء، وهو أمر شائع في المناطق التي تعاني من محدودية أو ارتفاع تكلفة إمدادات المياه. تؤدي مكثفات تبريد الهواء نفس وظيفة أبراج التبريد (تبديد الحرارة) دون استخدام الماء. إلا أنها تستهلك طاقة إضافية، وبالتالي قد يكون لها بصمة كربونية أعلى مقارنةً بأبراج التبريد التقليدية.

أنظمة التبريد ذات الدورة الواحدة

تُفضّل شركات الكهرباء غالبًا استخدام مياه التبريد من المحيطات أو البحيرات أو الأنهار أو أحواض التبريد بدلًا من أبراج التبريد. يُمكن لنظام التبريد أحادي المرور هذا توفير تكلفة أبراج التبريد، وقد يُقلّل من تكاليف الطاقة اللازمة لضخ مياه التبريد عبر مبادلات الحرارة في المحطة . مع ذلك، يُمكن أن تُسبّب الحرارة المُهدرة تلوثًا حراريًا عند تصريف المياه. تُصمّم محطات الطاقة التي تستخدم المسطحات المائية الطبيعية للتبريد بآليات مثل مصافي الأسماك ، للحدّ من دخول الكائنات الحية إلى آلات التبريد. هذه المصافي ليست فعّالة تمامًا، ونتيجةً لذلك، تُقتل مليارات الأسماك والكائنات المائية الأخرى سنويًا في محطات الطاقة. [ 18 ] [ 19 ] على سبيل المثال، يُقتل نظام التبريد في مركز إنديان بوينت للطاقة في نيويورك أكثر من مليار بيضة ويرقة سمك سنويًا. [ 20 ] ومن الآثار البيئية الأخرى أن الكائنات المائية التي تتكيّف مع مياه التصريف الدافئة قد تُصاب بأذى إذا توقفت المحطة عن العمل في الطقس البارد .

يُعد استهلاك المياه من قبل محطات توليد الطاقة قضية متنامية. [ 21 ]

في السنوات الأخيرة، استُخدمت مياه الصرف الصحي المُعاد تدويرها، أو المياه الرمادية ، في أبراج التبريد. ومن بين هذه المنشآت محطتا كالباين ريفرسايد وكالباين فوكس لتوليد الطاقة في ولاية ويسكونسن ، بالإضافة إلى محطة كالباين مانكاتو لتوليد الطاقة في ولاية مينيسوتا .

الطاقة من مصادر الطاقة المتجددة

يمكن لمحطات توليد الطاقة توليد الطاقة الكهربائية من مصادر الطاقة المتجددة .

محطة توليد الطاقة الكهرومائية

محطة توليد الطاقة الكهرومائية في سد غلين كانيون ، بيج، أريزونا

في محطات الطاقة الكهرومائية، يتدفق الماء عبر التوربينات مستخدمًا الطاقة الكهرومائية لتوليد الكهرباء . تُستمد الطاقة من قوة الجاذبية للماء المتدفق عبر أنابيب التوربينات المائية المتصلة بالمولدات . وتعتمد كمية الطاقة المتاحة على ارتفاع السد وتدفق الماء. ويمكن بناء مجموعة واسعة من السدود لرفع مستوى الماء وإنشاء بحيرة لتخزينه . تُنتج الطاقة الكهرومائية في 150 دولة، حيث أنتجت منطقة آسيا والمحيط الهادئ 32% من الطاقة الكهرومائية العالمية في عام 2010. وتُعد الصين أكبر منتج للطاقة الكهرومائية، إذ بلغ إنتاجها 721 تيراواط/ساعة في عام 2010، ما يمثل حوالي 17% من استهلاكها المحلي من الكهرباء.

الطاقة الشمسية

محطة نيليس للطاقة الشمسية في ولاية نيفادا ، الولايات المتحدة الأمريكية

يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء إما مباشرة في الخلايا الشمسية ، أو في محطة طاقة شمسية مركزة عن طريق تركيز الضوء لتشغيل محرك حراري. [ 22 ]

تقوم محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بتحويل ضوء الشمس إلى تيار كهربائي مباشر باستخدام التأثير الكهروضوئي . وتقوم العواكس بتحويل التيار المباشر إلى تيار متردد لتوصيله بشبكة الكهرباء. ولا تستخدم هذه المحطات آلات دوارة لتحويل الطاقة. [ 23 ]

تستخدم محطات الطاقة الشمسية الحرارية إما أحواض القطع المكافئ أو المرايا العاكسة لتوجيه ضوء الشمس إلى أنبوب يحتوي على سائل ناقل للحرارة، مثل الزيت. يُستخدم الزيت المُسخّن بعد ذلك لغلي الماء وتحويله إلى بخار، والذي يُدير توربينًا يُشغّل مولدًا كهربائيًا. أما محطات الطاقة الشمسية الحرارية من نوع البرج المركزي، فتستخدم مئات أو آلاف المرايا، حسب حجمها، لتوجيه ضوء الشمس إلى مُستقبِل أعلى البرج. تُستخدم الحرارة الناتجة لإنتاج البخار الذي يُشغّل توربينات تُشغّل مولدات كهربائية.

رياح

توربينات الرياح في تكساس ، الولايات المتحدة

Wind turbines can be used to generate electricity in areas with strong, steady winds, sometimes offshore. Many different designs have been used in the past, but almost all modern turbines being produced today use a three-bladed, upwind design.[24] Grid-connected wind turbines now being built are much larger than the units installed during the 1970s. They thus produce power more cheaply and reliably than earlier models.[25] With larger turbines (on the order of one megawatt), the blades move more slowly than older, smaller, units, which makes them less visually distracting and safer for birds.[26]

Marine

Marine energy or marine power (also sometimes referred to as ocean energy or ocean power) refers to the energy carried by ocean waves, tides, salinity, and ocean temperature differences. The movement of water in the world's oceans creates a vast store of kinetic energy, or energy in motion. This energy can be harnessed to generate electricity to power homes, transport and industries.

The term marine energy encompasses both wave power—power from surface waves, and tidal power—obtained from the kinetic energy of large bodies of moving water. Offshore wind power is not a form of marine energy, as wind power is derived from the wind, even if the wind turbines are placed over water.

The oceans have a tremendous amount of energy and are close to many if not most concentrated populations. Ocean energy has the potential of providing a substantial amount of new renewable energy around the world.[27]

Osmosis

Osmotic Power Prototype at Tofte (Hurum), Norway

تُعرف طاقة تدرج الملوحة باسم التناضح العكسي المُعاق بالضغط. في هذه الطريقة، يُضخ ماء البحر إلى حجرة ضغط يكون ضغطها أقل من الفرق بين ضغط الماء المالح والماء العذب. كما يُضخ الماء العذب إلى حجرة الضغط عبر غشاء، مما يزيد من حجم الحجرة وضغطها. وعندما يتعادل فرق الضغط، يدور توربين مُولِّدًا الطاقة. وتدرس شركة ستاتكرافت النرويجية للطاقة هذه الطريقة تحديدًا، وقد حسبت أن ما يصل إلى 25  تيراواط/ساعة سنويًا ستكون متاحة من هذه العملية في النرويج. وقد أنشأت ستاتكرافت أول محطة طاقة تناضحية نموذجية في العالم على مضيق أوسلو، والتي افتُتحت في 24  نوفمبر 2009. إلا أنه في يناير 2014، أعلنت ستاتكرافت عدم استكمال هذا المشروع التجريبي. [ 28 ]

الكتلة الحيوية

محطة ميتز لتوليد الطاقة من الكتلة الحيوية

يمكن إنتاج طاقة الكتلة الحيوية من خلال حرق النفايات العضوية لتسخين الماء وتحويله إلى بخار لتشغيل توربين بخاري. كما يمكن معالجة الطاقة الحيوية عبر نطاق واسع من درجات الحرارة والضغوط في تفاعلات التغويز أو التحلل الحراري أو التحميص . وبحسب المنتج النهائي المطلوب، تُنتج هذه التفاعلات منتجات ذات كثافة طاقة أعلى ( مثل الغاز التخليقي ، وحبيبات الخشب ، والفحم الحيوي ) والتي يمكن استخدامها لتشغيل محرك مصاحب لإنتاج الكهرباء بمعدل انبعاثات أقل بكثير مقارنةً بالحرق المكشوف.

محطات تخزين الطاقة

من الممكن تخزين الطاقة وإنتاج الطاقة الكهربائية في وقت لاحق كما هو الحال في الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ ، وتخزين الطاقة الحرارية ، وتخزين طاقة دولاب الموازنة ، ومحطات الطاقة المخزنة بالبطاريات، وما إلى ذلك.

تخزين الطاقة بالضخ

تُعدّ محطات التخزين بالضخ ، وهي أكبر شكل من أشكال تخزين الكهرباء الفائضة في العالم، محطات كهرومائية قابلة للعكس. ورغم أنها تستهلك صافي الطاقة، إلا أنها توفر تخزينًا لأي مصدر للكهرباء، مما يُسهم بفعالية في تخفيف تقلبات العرض والطلب على الكهرباء. تستخدم محطات التخزين بالضخ عادةً الكهرباء "الفائضة" خلال فترات انخفاض الطلب لضخ المياه من خزان سفلي إلى خزان علوي. ولأن عملية الضخ تتم "خارج أوقات الذروة"، فإن قيمة الكهرباء تكون أقل مما هي عليه في أوقات الذروة. وتأتي هذه الكهرباء "الفائضة" الأقل قيمة من طاقة الرياح غير المُتحكَّم بها ومحطات توليد الطاقة الأساسية مثل محطات الفحم والطاقة النووية والطاقة الحرارية الأرضية، التي تستمر في إنتاج الطاقة ليلًا حتى مع انخفاض الطلب. خلال ذروة الطلب نهارًا، عندما تكون أسعار الكهرباء مرتفعة، يُستخدم التخزين لتوفير الطاقة اللازمة للذروة ، حيث يُسمح للمياه في الخزان العلوي بالتدفق عائدةً إلى الخزان السفلي عبر توربين ومولد. وعلى عكس محطات توليد الطاقة بالفحم، التي قد تستغرق أكثر من 12 ساعة للتشغيل من وضع الإيقاف التام، يمكن تشغيل مولد الطاقة الكهرومائية في غضون دقائق معدودة، مما يجعله مثاليًا لتلبية ذروة الطلب على الطاقة. يوجد مشروعان كبيران لتخزين المياه بالضخ في جنوب إفريقيا، وهما مشروع تخزين المياه بالضخ في بالميت ومشروع آخر في دراكنزبرج، وهو مشروع تخزين المياه بالضخ في إنجولا .

القدرة النموذجية الناتجة

تُقاس الطاقة المولدة من محطة توليد الطاقة بمضاعفات الواط ، وعادةً ما تكون بالميغاواط ( 10⁶ واط) أو الغيغاوات (10⁹ واط ). وتختلف محطات توليد الطاقة اختلافًا كبيرًا في قدرتها اعتمادًا على نوع المحطة وعلى عوامل تاريخية وجغرافية واقتصادية.

تقع العديد من أكبر مزارع الرياح البرية العاملة في الصين. ففي عام 2022، كانت مزرعة رياح قانسو أكبر مزرعة رياح برية في العالم، حيث أنتجت 10.45 جيجاواط من الطاقة، تليها مزرعة تشانغ جياكو (3000 ميجاواط). وفي يناير 2022، أصبحت مزرعة رياح هورنسي في المملكة المتحدة أكبر مزرعة رياح بحرية في العالم بقدرة 1218  ميجاواط، تليها مزرعة رياح والني في المملكة المتحدة بقدرة 1026  ميجاواط.

في عام 2021، زادت القدرة المركبة لمحطات توليد الطاقة في جميع أنحاء العالم بمقدار 347 جيجاواط. وارتفعت قدرات محطات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بنسبة 80% خلال عام واحد. [ 29 ]  اعتبارًا من عام 2022وتتصدر محطة بهادلا للطاقة الشمسية في الهند، التي تبلغ قدرتها 2245 ميغاواط، قائمة أكبر محطات الطاقة الكهروضوئية في العالم . 

تبلغ قدرة أكبر محطة طاقة حرارية شمسية في الولايات المتحدة ( محطة إيفانبا للطاقة الشمسية  ) 392 ميغاواط.

محطة كويبرغ للطاقة النووية ، جنوب أفريقيا

يمكن لمحطات الطاقة الكبيرة التي تعمل بالفحم والطاقة النووية والطاقة الكهرومائية أن تولد طاقة تتراوح من مئات الميغاواط إلى عدة غيغاواط. بعض الأمثلة:

تبلغ القدرة المقدرة لمحطة كويبرغ للطاقة النووية في جنوب إفريقيا 1860 ميغاواط .
كانت محطة راتكليف أون سوار لتوليد الطاقة بالفحم في المملكة المتحدة تتمتع بقدرة إنتاجية مصنفة تبلغ 2 جيجاوات.
تبلغ قدرة محطة سد أسوان الكهرومائية في مصر 2.1 جيجاوات.
تبلغ قدرة محطة توليد الطاقة الكهرومائية في سد الخوانق الثلاثة في الصين 22.5 جيجاوات.

تستطيع محطات توليد الطاقة التي تعمل بتوربينات الغاز توليد عشرات إلى مئات الميغاواط. بعض الأمثلة:

تبلغ قدرة محطة توليد الطاقة في أوقات الذروة في كورنوال بالمملكة المتحدة، والتي تعمل بتوربين غازي واحد، 140 ميغاواط .
تبلغ قدرة محطة ميدواي للطاقة، وهي محطة طاقة تعمل بنظام التوربينات الغازية ذات الدورة المركبة (CCGT) في كينت بالمملكة المتحدة، وتضم توربينين غازيين وتوربين بخاري واحد، 700 ميغاواط . [ 30 ]

تُمثل القدرة المقدرة لمحطة توليد الطاقة الحد الأقصى للطاقة الكهربائية التي يمكن أن تنتجها. وتعمل بعض محطات توليد الطاقة بكامل طاقتها المقدرة تقريبًا طوال الوقت، كمحطة توليد طاقة أساسية غير مرتبطة بتغيرات الحمل ، باستثناء أوقات الصيانة المجدولة أو غير المجدولة.

ومع ذلك، فإن العديد من محطات توليد الطاقة عادة ما تنتج طاقة أقل بكثير من قدرتها المقدرة.

في بعض الحالات، تنتج محطة توليد الطاقة طاقة أقل بكثير من طاقتها المقدرة لأنها تستخدم مصدر طاقة متقطع . ويسعى المشغلون إلى استخلاص أقصى قدر من الطاقة المتاحة من هذه المحطات، لأن تكلفتها الحدية تكاد تكون معدومة، لكن الطاقة المتاحة تتفاوت بشكل كبير، وقد تنعدم على وجه الخصوص أثناء العواصف الشديدة ليلاً.

في بعض الحالات، يُنتج المشغلون طاقة أقل عمدًا لأسباب اقتصادية. قد تكون تكلفة الوقود لتشغيل محطة توليد طاقة تتبع الحمل مرتفعة نسبيًا، وتكون تكلفة الوقود لتشغيل محطة توليد طاقة ذروة أعلى بكثير، نظرًا لارتفاع التكاليف الحدية نسبيًا. يُبقي المشغلون محطات الطاقة متوقفة عن العمل (احتياطي تشغيلي) أو تعمل بأقل استهلاك للوقود (احتياطي دوار) معظم الوقت. ولا يُزود المشغلون محطات توليد الطاقة التي تتبع الحمل بمزيد من الوقود إلا عندما يتجاوز الطلب قدرة المحطات الأقل تكلفة (أي محطات الطاقة المتقطعة ومحطات الحمل الأساسي)، ثم يُزودون محطات توليد طاقة الذروة بمزيد من الوقود فقط عندما يرتفع الطلب بوتيرة أسرع من قدرة محطات توليد الطاقة التي تتبع الحمل على تلبيته.

قياس الخرج

لا يتم بالضرورة توصيل كل الطاقة المولدة من محطة توليد الطاقة إلى شبكة التوزيع. عادةً ما تستخدم محطات توليد الطاقة جزءًا من الطاقة بنفسها، وفي هذه الحالة يُصنف ناتج التوليد إلى توليد إجمالي وتوليد صافٍ .

الإنتاج الإجمالي أو الناتج الكهربائي الإجمالي هو إجمالي كمية الكهرباء التي تولدها محطة توليد الطاقة خلال فترة زمنية محددة. [ 31 ] ويُقاس عند محطة التوليد، ويُقاس بالكيلوواط ساعة (kW·h)، أو الميغاواط ساعة (MW·h)، [ 32 ] أو الجيجاواط ساعة (GW·h)، أو التيراواط ساعة (TW·h) لأكبر محطات توليد الطاقة . ويشمل ذلك الكهرباء المستخدمة في الأجهزة المساعدة للمحطة وفي المحولات. [ 33 ]

إجمالي الإنتاج = صافي الإنتاج + الاستهلاك داخل المصنع (المعروف أيضًا باسم الأحمال الداخلية)

يمثل صافي التوليد كمية الكهرباء التي تولدها محطة توليد الطاقة والتي يتم نقلها وتوزيعها للاستهلاك. ويقل صافي التوليد عن إجمالي الطاقة المولدة، حيث يُستهلك جزء من الطاقة المنتجة داخل المحطة نفسها لتشغيل المعدات المساعدة مثل المضخات والمحركات وأجهزة مكافحة التلوث. [ 34 ]

صافي الإنتاج = إجمالي الإنتاج - الاستهلاك داخل المصنع ( المعروف أيضًا بالأحمال الداخلية)

العمليات

غرفة التحكم في محطة توليد الطاقة

يضطلع طاقم التشغيل في محطة توليد الطاقة بعدة مهام. فهم مسؤولون عن سلامة فرق العمل التي تُجري إصلاحات دورية على المعدات الميكانيكية والكهربائية. ويقومون بصيانة المعدات من خلال عمليات فحص دورية ، وتسجيل درجات الحرارة والضغوط وغيرها من المعلومات المهمة على فترات منتظمة. كما أنهم مسؤولون عن تشغيل وإيقاف المولدات حسب الحاجة. ويستطيعون مزامنة وضبط جهد خرج الطاقة المُضافة مع النظام الكهربائي العامل، دون التأثير على استقراره. ويجب أن يكونوا على دراية بالأنظمة الكهربائية والميكانيكية لتشخيص الأعطال في المحطة وتعزيز موثوقيتها. ويجب أن يكون المشغلون قادرين على الاستجابة لحالات الطوارئ ومعرفة الإجراءات المتبعة للتعامل معها. [ 35 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "مركز بيانات الوقود البديل: إنتاج وتوزيع الكهرباء" . afdc.energy.gov . تم الاطلاع عليه في 3 يونيو 2026 .
  2. ↑ تومسون، سيلفانوس فيليبس (1888). الآلات الكهروميكانيكية: دليل لطلاب الهندسة الكهربائية . لندن: إي. وإف إن سبون. ص 140 . 
  3. ↑ «إعادة التيار الكهربائي إلى منزل تاريخي في نورثمبرلاند» . بي بي سي نيوز . ٢٧ فبراير ٢٠١٣. مؤرشف من الأصل في ٢٩ ديسمبر ٢٠١٩. تم الاطلاع عليه في ٢١ يوليو ٢٠١٨ .
  4. ↑ هاريس، جاك (14 يناير 1982). "كهرباء هولبورن" . مجلة نيو ساينتست . مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه في 21 نوفمبر 2015 .
  5. ^ هوليفاتش، نينوسلاف؛ كوزل ، إيجور (2019). "Prvi cjeloviti višefazni elektroenergetski sustav na svijetu – Krka Šibenik" . Godišnjak Akademije tehničkih znanosti Hrvatske (باللغة الكرواتية). 2019 (1): 162– 174. ISSN 2975-657X . 
  6. ↑ "تاريخ الطاقة: تطور صناعة توليد الكهرباء" . مجلة الطاقة . 1 أكتوبر 2022. مؤرشف من الأصل في 28 يناير 2023. تم الاطلاع عليه في 27 فبراير 2023 .
  7. ↑ "بيانات الكهرباء السنوية" . ember-energy.org . 21 أبريل 2025. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أبريل 2025 .
  8. ↑ مؤرشف في ٢١ ديسمبر ٢٠٢١ في أرشيف الإنترنت
  9. ↑ «الصين وروسيا تُسرّعان وتيرة التعاون في مجال الطاقة» . وزارة التجارة . ٢٤ يوليو ٢٠١٨. مؤرشف من الأصل في ٤ فبراير ٢٠٢٣. تم الاطلاع عليه في ٢٩ يوليو ٢٠٢٠ .
  10. ↑ "شركة Inter RAO UES تتعاون مع شركة State Grid Corporation of China" . أخبار مرجعية . 4 يونيو 2018. مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه في 29 يوليو 2020 .
  11. ↑ معلومات عن محطات الطاقة النووية، مؤرشفة بتاريخ 13 فبراير 2005 على موقع Wayback Machine ، من قِبل الوكالة الدولية للطاقة الذرية
  12. ↑ روبرتس، ديفيد (21 أكتوبر 2020). "الطاقة الحرارية الأرضية على وشك تحقيق طفرة كبيرة" . فوكس . مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه في 13 أبريل 2022 .
  13. ↑ مولدر، سيباستيان (29 أكتوبر 2021). "الاستعداد للتحول في مجال الطاقة: اعتبارات الهيدروجين لمحطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة" . الطاقة .
  14. ↑ وايزر، ويندل هـ. (2000). موارد الطاقة: وجودها، إنتاجها، تحويلها، استخدامها . بيركهاوزر. ص 190. ISBN  978-0-387-98744-6أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 23 يناير 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 نوفمبر 2015 .
  15. ↑ محطات الطاقة المحمولة من SWEB، مؤرشفة في 4 مايو 2006 على موقع Wayback Machine
  16. ↑ جيه سي هينسلي، محرر. (2006). أساسيات أبراج التبريد ( الطبعة الثانية). شركة إس بي إكس لتقنيات التبريد. مؤرشف من الأصل في 18 يونيو 2013. تم الاطلاع عليه في 13 سبتمبر 2007 . 
  17. ↑ بيتشوك، ميلتون ر. (1967). النفايات المائية من مصانع البترول والبتروكيماويات ( الطبعة الرابعة). جون وايلي وأولاده. LCCN 67019834 .  (يشمل ذلك موازنة المواد لأبراج التبريد لانبعاثات التبخر ومخلفات التصريف. متوفر في العديد من المكتبات الجامعية)
  18. ↑ Riverkeeper, Inc. v. US EPA , 358 F.3d 174 , 181 (2d Cir. 2004) ("قد تؤثر محطة طاقة واحدة على مليون سمكة بالغة في فترة ثلاثة أسابيع فقط، أو تجرف ما يقرب من 3 إلى 4 مليارات من الأسماك الصغيرة والمحار في السنة، مما يؤدي إلى زعزعة استقرار أعداد الحياة البرية في النظام البيئي المحيط.").
  19. ↑ وكالة حماية البيئة الأمريكية، واشنطن العاصمة (مايو 2014). "اللوائح النهائية لتحديد متطلبات هياكل سحب مياه التبريد في المنشآت القائمة". صحيفة وقائع. رقم الوثيقة: EPA-821-F-14-001. مؤرشفة في 5 نوفمبر 2021 على موقع Wayback Machine.
  20. ↑ ماكجيهان، باتريك (12 مايو 2015). "حريق يُجدد الدعوات لإغلاق محطة إنديان بوينت النووية" . صحيفة نيويورك تايمز . مؤرشف من الأصل في 11 سبتمبر 2019. تم الاطلاع عليه في 3 مارس 2017 .
  21. ↑ الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم. الاجتماع السنوي للجمعية الأمريكية لتقدم العلوم، 17-21 فبراير 2011، واشنطن العاصمة. "مستدام أم لا؟ آثار وعدم يقين تقنيات الطاقة منخفضة الكربون على المياه." د. إيفانجيلوس تزيماس، المفوضية الأوروبية، معهد مركز الأبحاث المشتركة للطاقة، بيتن، هولندا.
  22. ↑ "الطاقة الشمسية المركزة" . Energy.gov . مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه في 7 مايو 2020 .
  23. ↑ "تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء - الخلايا الكهروضوئية الشمسية" . sites.lafayette.edu . مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه في 7 مايو 2020 .
  24. ↑ "أفضل المواقع لوضع توربينات الرياح لتوليد الكهرباء" . ساينسينغ . 23 أبريل 2018. مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه في 7 مايو 2020 .
  25. ↑ "دليل طاقة الرياح الصغيرة من WINDExchange" . windexchange.energy.gov . مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه في 7 مايو 2020 .
  26. ↑ "توربينات رياح جديدة "صديقة للطيور" تصل إلى كاليفورنيا" . www.aiche.org . ١٤ أغسطس ٢٠١٤. مؤرشف من الأصل في ٤ فبراير ٢٠٢٣. تم الاطلاع عليه في ٧ مايو ٢٠٢٠ .
  27. ↑ مؤسسة كاربون ترست، مستقبل الطاقة البحرية. نتائج تحدي الطاقة البحرية: القدرة التنافسية من حيث التكلفة ونمو طاقة الأمواج والتيارات المدية ، يناير 2006
  28. ↑ "هل تقنية PRO مجدية اقتصاديًا؟ ليس وفقًا لشركة Statkraft" . ForwardOsmosisTech . 22 يناير 2014. مؤرشف من الأصل في 18 يناير 2017. تم الاطلاع عليه في 18 يناير 2017 .
  29. ↑ "أداء قسم الهندسة الميكانيكية" (ملف PDF) . روساتوم . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 31 أكتوبر 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 أكتوبر 2023 .
  30. ↑ محطات توليد الطاقة بالغاز الطبيعي ذات الدورة المركبة في جنوب إنجلترا ، حسب محطات الطاقة حول العالم
  31. ↑ "ما الفرق بين قدرة توليد الكهرباء وتوليد الكهرباء؟ - أسئلة وأجوبة - إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA)" . مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه في 24 ديسمبر 2020 .
  32. ↑ "مسرد المصطلحات - إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA)" . مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه في 24 ديسمبر 2020 .
  33. ↑ "مسرد المصطلحات: إجمالي إنتاج الكهرباء - شرح الإحصاءات" . مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه في 24 ديسمبر 2020 .
  34. ↑ "ما الفرق بين قدرة توليد الكهرباء وتوليد الكهرباء؟" . إدارة معلومات الطاقة الأمريكية . 4 فبراير 2020. مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه في 29 مايو 2020 .
  35. ↑ "خريطة المسار الوظيفي: مشغل محطة توليد الطاقة" . Energy.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 يناير 2026 .
  • نظام تعريف محطات الطاقة (KKS)
  • أكبر محطات توليد الطاقة في العالم
  • قاعدة بيانات انبعاثات الكربون من محطات توليد الطاقة في جميع أنحاء العالم (مراقبة الكربون من أجل العمل: CARMA)
  • قياس صافي الناتج مقابل إجمالي الناتج ( مؤرشف من النسخة الأصلية (pdf) بتاريخ 21 أكتوبر 2012)
  • قياس توليد الطاقة (مؤرشف من النسخة الأصلية (pdf) بتاريخ 2 أكتوبر 2012)