محرك-مولد

المولد الكهربائي هو عبارة عن مولد كهربائي ومحرك ( محرك رئيسي ) مُركّبين معًا لتشكيل جهاز واحد. يُطلق على هذا الجهاز أيضًا اسم مجموعة مولدات كهربائية أو مجموعة مولدات . في كثير من الأحيان، يُفترض وجود المحرك، وتُسمى الوحدة المُدمجة ببساطة مولدًا كهربائيًا . قد يكون المولد الكهربائي مُثبّتًا في مكان ثابت، أو جزءًا من مركبة، أو صغير الحجم بما يكفي ليكون محمولًا.

بالإضافة إلى المحرك والمولد، تشمل مولدات المحركات عادةً نظام تزويد بالوقود، ومنظم سرعة محرك ثابت (منظم سرعة) في محركات الديزل، ومنظم جهد للمولد ، وأنظمة تبريد وعادم، ونظام تزييت.  غالبًا ما تحتوي الوحدات التي تزيد قدرتها عن 1 كيلوواط على بطارية ومحرك بدء تشغيل كهربائي؛ وقد تبدأ الوحدات الكبيرة جدًا بالتشغيل باستخدام هواء مضغوط يُزود إما لمحرك بدء تشغيل يعمل بالهواء أو يُدخل مباشرةً إلى أسطوانات المحرك لبدء دورانه. غالبًا ما تتضمن وحدات توليد الطاقة الاحتياطية نظام بدء تشغيل تلقائي ومفتاح تحويل لفصل الحمل عن مصدر الطاقة الرئيسي عند انقطاع التيار الكهربائي وتوصيله بالمولد.

تتوفر مولدات الطاقة الكهربائية بقدرات متنوعة. تشمل هذه المولدات وحدات صغيرة محمولة باليد قادرة على توليد بضع مئات من الواط، ووحدات محمولة على عربات يدوية قادرة على توليد بضع آلاف من الواط، ووحدات ثابتة أو محمولة على مقطورات قادرة على توليد أكثر من مليون واط. وبغض النظر عن الحجم، يمكن تشغيل المولدات بالبنزين ، أو الديزل ، أو الغاز الطبيعي ، أو البروبان ، أو الديزل الحيوي ، أو الماء ، أو غاز الصرف الصحي ، أو الهيدروجين . ^{[ 1 ]} صُممت معظم الوحدات الصغيرة لاستخدام البنزين كوقود، بينما تحتوي الوحدات الأكبر حجمًا على أنواع وقود متعددة، بما في ذلك الديزل والغاز الطبيعي والبروبان (السائل أو الغازي). كما يمكن لبعض المحركات العمل بالديزل والغاز معًا ( التشغيل ثنائي الوقود ). ^{[ 2 ]}

مقاس

محرك-مولد ثابت متوسط ​​الحجم

مولد الطاقة الثابت متوسط ​​الحجم الموضح في الصورة هو مجموعة بقدرة 100 كيلو فولت أمبير ، ينتج 415 فولت بتيار حوالي 110 أمبير . يعمل بمحرك بيركنز فايزر 1000 سعة 6.7 لتر مزود بشاحن توربيني ، ويستهلك حوالي 27 لترًا من الوقود في الساعة، من خزان سعة 400 لتر. يمكن لمحركات الديزل في المملكة المتحدة العمل بوقود الديزل الأحمر والدوران بسرعة 1500 أو 3000 دورة في الدقيقة. ينتج هذا طاقة بتردد 50 هرتز، وهو التردد المستخدم في أوروبا . في المناطق التي يكون فيها التردد 60 هرتز، مثل أمريكا الشمالية، تدور المولدات بسرعة 1800 دورة في الدقيقة أو أي مقسم آخر على 3600 دورة في الدقيقة. يمكن لمجموعات مولدات الديزل التي تعمل بأقصى كفاءة أن تنتج ما بين 3 و 4 كيلوواط ساعة من الطاقة الكهربائية لكل لتر من وقود الديزل المستهلك، مع انخفاض الكفاءة عند الأحمال الجزئية.  

مجموعات مولدات واسعة النطاق

تُنتج العديد من المولدات كميات كافية من الكيلوواط لتشغيل أي شيء بدءًا من شركة صغيرة وصولًا إلى مستشفى كامل. وتُعدّ هذه الوحدات مفيدة بشكل خاص في توفير حلول طاقة احتياطية للشركات التي تتكبد خسائر اقتصادية فادحة نتيجة توقف العمل بسبب انقطاع غير مُخطط له للتيار الكهربائي. ^{[ 3 ]} على سبيل المثال، يحتاج المستشفى باستمرار إلى الكهرباء، لأن العديد من الأجهزة الطبية الحيوية، مثل أجهزة التنفس الصناعي، تعمل بالكهرباء.

ومن الاستخدامات الشائعة جداً قاطرات الديزل الكهربائية للسكك الحديدية ، حيث تحتوي بعض الوحدات على أكثر من 4000 حصان (2983 كيلوواط) .  

تُستخدم المولدات الكبيرة أيضاً على متن السفن التي تعمل بنظام توليد الطاقة بالديزل والكهرباء . وقد تختلف الفولتية والترددات في المنشآت المختلفة.

تُستخدم المولدات الكهربائية لتوفير الطاقة في المناطق التي لا تتوفر فيها الكهرباء من الشبكة المركزية، أو حيث تكون الحاجة إلى الكهرباء مؤقتة. تُستخدم المولدات الصغيرة أحيانًا لتشغيل الأدوات في مواقع البناء. كما تُستخدم المولدات المحمولة على مقطورات لتزويد أنظمة الإضاءة وأنظمة الصوت وألعاب الملاهي وغيرها بالطاقة بشكل مؤقت. ويمكن استخدام جدول استهلاك الطاقة لحساب استهلاك الطاقة المُقدّر لأنواع مختلفة من المعدات، وذلك لتحديد عدد الواط اللازمة لمولد كهربائي محمول.

تُستخدم المولدات الكهربائية المحمولة على مقطورات، أو المولدات المتنقلة، التي تعمل بالديزل، في حالات الطوارئ أو كبديل احتياطي عند الحاجة إلى نظام احتياطي أو في حال عدم وجود مولد في الموقع. ولتسريع عملية التوصيل وجعلها أكثر أمانًا، يتم تركيب لوحة توصيل بالقرب من لوحة توزيع الكهرباء في المبنى، تحتوي على موصلات مثل موصلات كاملوك. قد تحتوي لوحة التوصيل أيضًا على مؤشر دوران الطور (للأنظمة ثلاثية الطور) وقاطع دائرة. موصلات كاملوك مصممة لتحمل تيارات تصل إلى 400 أمبير في أنظمة الجهد العالي (480 فولت)، وتُستخدم مع كابلات من النوع W مقاس 4/0 لتوصيلها بالمولد. تُعد تصميمات لوحات التوصيل شائعة في التطبيقات التي تتراوح فيها سعة التيار بين 200 و3000 أمبير.

تُركّب مولدات الطاقة الكهربائية الاحتياطية بشكل دائم وتُستخدم لتوفير الكهرباء فورًا للأحمال الحيوية أثناء الانقطاعات المؤقتة لإمدادات الطاقة الكهربائية. وتُجهّز المستشفيات ومنشآت خدمات الاتصالات ومراكز معالجة البيانات ومحطات ضخ مياه الصرف الصحي والعديد من المرافق الهامة الأخرى بمولدات طاقة احتياطية. بعض هذه المولدات قادرة على اكتشاف انقطاع التيار الكهربائي تلقائيًا، وتشغيل المحرك، والعمل باستخدام الغاز الطبيعي، واكتشاف عودة التيار الكهربائي، ثم إيقاف تشغيلها تلقائيًا - دون أي تدخل بشري. ^{[ 4 ]}

تحظى المولدات الكهربائية المملوكة للقطاع الخاص بشعبية خاصة في المناطق التي تعاني من انقطاع التيار الكهربائي أو عدم استقراره. ويمكن سحب المولدات المحمولة على مقطورات إلى مناطق الكوارث التي انقطع فيها التيار الكهربائي مؤقتًا.

تتسبب المولدات الكهربائية المحمولة، نتيجة الاستخدام الخاطئ، في وفيات ناجمة عن التسمم بأول أكسيد الكربون كل عام . ولهذا السبب، حذرت السلطات والخبراء من تشغيل المولدات داخل المنازل، أو في المرائب، أو أي أماكن مغلقة جزئيًا (بما في ذلك الأقبية، والمساحات الضيقة، والحظائر، والأماكن المغلقة، والخزائن، أو بالقرب من النوافذ، أو الأبواب، أو فتحات التهوية، أو أي فتحات أخرى)؛ حتى مع اتخاذ تدابير التهوية (مثل فتح النوافذ، أو الأبواب، أو فتحات التهوية). ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} يُنتج مولد كهربائي محمول بقدرة 5.5  كيلوواط نفس كمية أول أكسيد الكربون التي تُنتجها ست سيارات، والتي قد تتراكم بسرعة لتصل إلى مستويات قاتلة إذا وُضع المولد داخل المنزل. ^{[ 10 ] [ 11 ]} كما أن استخدام المولدات الكهربائية المحمولة في المرائب، أو بالقرب من النوافذ المفتوحة أو فتحات تكييف الهواء، قد يؤدي أيضًا إلى التسمم بأول أكسيد الكربون. ^{[ 12 ]}

بالإضافة إلى ذلك، يُعدّ التغذية العكسية خطرًا شائعًا آخر عند استخدام مولدات الطاقة المحمولة، إذ يُمكن أن تُلحق الضرر بعمال الكهرباء أو الأشخاص في المباني المجاورة، كما أنها غير قانونية. ولهذا السبب، حذّر الخبراء من توصيل المولدات مباشرةً بمقبس الحائط. ^{[ 13 ]} قبل تشغيل مولد يعمل بالديزل أو البنزين، يُنصح المستخدمون بالتأكد من أن قاطع الدائرة الرئيسي في وضع "إيقاف التشغيل"، لضمان عدم انعكاس التيار الكهربائي. ^{[ 14 ] [ 6 ]}

يمكن تصريف غازات الاحتراق شديدة السخونة من مولدات الطاقة باستخدام مداخن ضغط إيجابي مصنعة مسبقًا (معتمدة وفقًا لمعيار اختبار UL 103) أو أنابيب حديدية سوداء من النوع 40 المستخدمة في المرافق العامة. يُنصح باستخدام العزل لتقليل درجة حرارة سطح الأنبوب والحد من اكتساب الحرارة الزائدة في غرفة المحركات. كما تتوفر صمامات لتخفيف الضغط الزائد لتخفيف الضغط الناتج عن احتمالية حدوث ارتداد احتراقي وللحفاظ على سلامة أنبوب العادم . ^{[ 15 ]}

• مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها: السلامة الكهربائية والمولدات