المحطات الهيدروليكية لتوليد الطاقة

مقدمة

إن عملية توليد أو إنتاج الطاقة الكهربائية هي في الحقيقة عملية تحويل الطاقة من شكل الى آخر حسب مصادر الطاقة المتوفرة في مراكز الطلب على الطاقة الكهربائية وحسب الكميات المطلوبة لهذه الطاقة ، الأمر الذي يحدد أنواع محطات التوليد وكذلك أنواع الاستهلاك وأنواع الوقود ومصادره كلها تؤثر في تحديد نوع المحطة ومكانها وطاقتها .


أنواع محطات توليد الطاقة :
نذكر هنا أنواع محطات التوليد المستعملة على صعيد عالمي :
- محطات التوليد البخارية .
- محطات التوليد النووية .
- محطات التوليد المائية .
- محطات التوليد من المد والجزر.
- محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي (ديزل – غازية).
- محطات التوليد بواسطة الرياح.
- محطات التوليد بالطاقة الشمسية.



مقارنة بين محطات توليد الطاقة :
محطات القوى الحرارية
المميزات:
- الوقود المستعمل رخيص .
- المساحة المطلوبة صغيرة .
- تكلفة الانشاء الابتدائية للمحطة بسيطة .
- تكلفة إنتاج وحدة الطاقة رخيصة .
- هذه المحطات يمكن إنشائها بغض النظر عن مكان تواجد الوقود .
- هذه المحطات يمكن بنائها بالقرب من مراكز الاحمال.
العيوب:
- التكلفة المستمرة غالية مقارنتا بالمحطات الهيدروليكية .
- ينتج عنها تلوث الجو .

محطات القوى الهيدروليكية
المميزات:
- لا تحتاج إلى الوقود .
- تكلفة التشغيل والصيانة رخيصة.
- عملية التحكم الدقيق مسموح بها ، وذلك لان سرعة دوران المولد ثابتة((N
فيكون التردد ثابت .
- تعمل لحظيا في تشغيل الحمل .
- مثل هذه المحطات تعيش لفترات طويلة .
- هذه المحطات نظيفة لا تلوث البيئة .
- تحتاج مهندسين ذو كفاءة عالية فقط أثناء فترة الانشاء وبعد ذلك تحتاج مهندسين أقل كفاءة.
- هذه المحطات بالاضافة إلى توليد الطاقة الكهربية تستخدم فى أغراض أخرى الرى والسيطرة على الفيضان.
العيوب:
- تحتاج لمساحات كبيرة.
- تكاليف إنشائها باهظة .
- تاخذ فترات طويلة لإنشاء .
- تكاليف خطوط النقل عالية .
- مواسم الجفاف الطويلة تؤثر على مصدرالقدرة .

محطات الديزل
المميزات:
- تصميم وبناء هذه المحطات بسيط جدا .
- كفاءة مثل هذه المحطات عند أجزاء من الحمل لا تهبط كثيرا .
- هذه المحطات تستجيب لتغير الاحمال بدون اى مشاكل .
- تحتاج لمساحات صغيرة .
- تكاليف البناء والهندسة المدنية صغيرة .
- كميات المياة المطلوبة لعمليات التبريد صغيرة .
- مثل هذه المحطات يمكن ان تبدا وتعمل على الحمل بسرعة كبيرة.
- تحتاج الى مجموعة تشغيل و اشراف أقل كفاءة من مجموعة التشغيل والاشراف فى المحطات الحرارية .

العيوب:
- تكلفة التشغيل عالية نتيجة غلو ثمن زيت الديزل .
- تكلفة الصيانة عالية .
- محطات الديزل لا تستطيع تغذية الاحمال الكاملة لفترات طويلة .
- وحدات الديزل سعتها صغيرة و محدودة لذلك فهى لاتبنى باحجام كبيرة .



مكونات محطات توليد الطاقة المائية ( الهيدروليكية )

تتألف محطة توليد الكهرباء المائية بصورة عامة من الأجزاء الرئيسية التالية.
أ. مساقط المياه (المجرى المائلPenstock)
وهو عبارة عن أنبوب كبير أو أكثر يكون في اسفل السد أو من أعلى الشلال إلى مدخل التوربينة وتسيل في المياه بسرعة كبيرة . يوجد سكر في أوله (بوابة) (VALVE) وسكر آخر في آخره للتحكم في كمية المياه التي تدور التوربينة .
تجدر الإشارة الى أن السدود وبوابات التحكم وأقنية المياه الموصلة للأنابيب المائلة تختلف حسب كمية المياه وأماكن تواجدها .
ب. التوربين: Turbine
تكون التوربينة والمولد عادة في مكان واحد مركبين على محور رأسي واحد . يركب المولد فوق التوربينة . وعندما تفتح البوابة في اسفل الأنابيب المائلة تتدفق المياه بسرعة كبيرة في تجاويف مقعرة فتدور بسرعة وتدير معها العضو الدوار في المولد حيث تتولد الطاقة الكهربائية على أطراف هذا المولد .
جـ. أنبوبة السحب : Draught Tubes
بعد أن تعمل المياه المتدفقة في تدوير التوربين فلا بد من سحبها للخارج بسرعة ويسر حتى لا تعوق الدوران . لذا توضع أنابيب بأشكال خاصة لسحبها للخارج السرعة اللازمة
.
د. المعدات والآلات المساعدة : Auxiliaries
تحتاج محطات التوليد المائية آلي العديد من الآلات المساعدة مثل المضخات والبوابات والمفاتيح ومعدات تنظيم سرعة الدوران وغيرها.



السد العالى بجمهورية مصر العربية.

يجدر الإشارة هنا إلى واحد من أكبر المشاريع التى تم تنفيذها بجمهورية مصر العربية والذى يعتبر من أهم محطات توليد القوى المائية ( الهيدروليكية ) وهو السد العالى . وسيتم عرض بعض المعلومات الهندسية عن السد العالى فيما يلى :

تفاصيل هندسية للسد العالي
• بدأ التفكير في تنفيذ المشروع بواسطة المهندس اليوناني المصري دانينيوس في نهاية عام 1952 • بدأ التنفيذ الفعلي للمشروع في 9 يناير 1960
• إنتهت المرحلة الأولى في منتصف مايو 1964 بتحويل مياه النهر الى قناة التحويل
• في منتصف أكتوبر 1967 إرتفع جسم السد الى 172 مترا
• إنطلقت الشرارة الأولى من محطة كهرباء السد العالي في 9 يناير 1969 بتشغيل 3 توربينات
• في يوليو 1970 اكتمل المشروع بتشغيل 12 توربين
• بلغت تكلفة بناء السد العالي حوالي 400 مليون جنيه ولو أردنا بناؤه اليوم سيتكلف 18 مليار جنيه
• السد بناء من رخام الجرانيت والرمال والطمي تتوسطه طبقة صماء من الطين الأسواني
• السد يغلق مجرى النهر في مسيرة حوالي 7 كم الى الجنوب من سد أسوان القديم ويحول المياه الى مجرى جديد عبارة عن قناة مكشوفة تتوسطها 6 أنفاق متصلة في نهايتها بمحطة كهرباء مزودة ب 12 وحدة
• سعة بحيرة ناصر 164 مليار متر مكعب منها 30 مليار متر مكعب لإستيعاب الطمي بعد إستمراره في الترسب لعدة قرون و 37 مليار متر مكعب لمواجهة الفياضانات العالية و97 مليار متر مكعب تمثل السعة التخزينية الحية للخزان التي تضمن تصرف سنوي ثابت مقداره 84 مليار متر مكعب يخص مصر منها 55,5 مليار ويخص السودان 18,5 مليار والباقي 10 مليار مقدر أنه يفقد من حوض الخزان بالبخر والتسرب



مواصفات السد
• عرض مجرى النهر عند موقع السد 520 متر
• طول السد عند القمة 3820 متر
• أقصى إرتفاع للسد 111 متر
• عرض قاعدة السد 980 متر
• عرض الطريق فوق السد 40 متر

البحيرة
• طول البحيرة 500 كم
• متوسط عرض البحيرة 11,8 كم
• مساحة سطح البحيرة 5900 كم مربع
• أقصى سعة للتخزين في البحيرة 164 مليار متر مكعب

مجرى التحويل
• الطول الكلي لمجرى التحويل 1950 متر
• طول القناة الأمامية المكشوفة 1150 متر
• طول الأنفاق شاملا محطة الكهرباء 315 متر
• طول القناة الخلفية المكشوفة 485 متر
• طول النفق 282 متر
• عدد الأنفاق 6
• أقصى تصرف يمكن تمريره بمجرى التحويل 11000 متر مكعب / ثانية
• القطر الداخلي للنفق 15 متر

محطة توليد الكهرباء
• مجموع القوة المركبة 2,1 مليون كيلووات
• عدد الوحدات الكهربية 12
• قوة كل وحدة 175000 كيلووات
• الضاغط التصميمي 57,5 متر