هذه محطة للطاقة. محطات توليد الطاقة ما هي محطة توليد الكهرباء

محطة توليد الكهرباء، هي مجموعة من المنشآت والمعدات والأجهزة المستخدمة مباشرة لإنتاج الطاقة الكهربائية، وكذلك الهياكل والمباني اللازمة الموجودة في منطقة معينة. اعتمادًا على مصدر الطاقة، يتم التمييز بين محطات الطاقة الحرارية (انظر محطة الطاقة الحرارية)، ومحطات الطاقة الكهرومائية (انظر محطة الطاقة الكهرومائية)، ومحطات الطاقة التخزينية بالضخ (انظر محطة الطاقة التخزينية المضخوخة)، ومحطات الطاقة النووية (انظر محطة الطاقة النووية ) ، ومحطات طاقة المد والجزر (انظر محطة طاقة المد والجزر)، ومحطات طاقة الرياح (انظر محطة طاقة الرياح)، ومحطات الطاقة الحرارية الأرضية (انظر محطة الطاقة الحرارية الأرضية) والكهرباء مع مولد هيدروديناميكي مغناطيسي (انظر مولد هيدروديناميكي مغناطيسي).

الطاقة الحرارية (TPP) هي أساس صناعة الطاقة الكهربائية (انظر صناعة الطاقة الكهربائية)؛ فهي تولد الكهرباء عن طريق تحويل الطاقة الحرارية المنبعثة عند حرق الوقود الأحفوري. بناءً على نوع معدات الطاقة، تنقسم محطات الطاقة الحرارية إلى توربينات بخارية وتوربينات غازية ومحطات طاقة تعمل بالديزل.

تتكون معدات الطاقة الرئيسية لمحركات التوربينات البخارية الحرارية الحديثة من وحدات الغلايات، والتوربينات البخارية (انظر التوربينات البخارية)، والمولدات التوربينية، بالإضافة إلى سخانات البخار، ومضخات التغذية والمكثفات والتدوير، والمكثفات، وسخانات الهواء، وأجهزة التوزيع الكهربائية (انظر مجموعة المفاتيح الكهربائية ). تنقسم محطات التوربينات البخارية إلى محطات طاقة تكثيفية (انظر محطة توليد الطاقة التكثيفية) ومحطات مشتركة للطاقة والحرارة (انظر محطات توليد الطاقة والحرارة المشتركة) (محطات التوليد المشترك للطاقة).

في محطات الطاقة الكهربائية التكثيفية (CES)، يتم نقل الحرارة الناتجة عن حرق الوقود في مولد البخار إلى بخار الماء، الذي يدخل إلى توربين التكثيف (انظر توربين التكثيف)، يتم تحويل الطاقة الداخلية للبخار في التوربين إلى طاقة ميكانيكية ومن ثم عن طريق مولد كهربائي إلى تيار كهربائي. يتم تفريغ بخار العادم إلى المكثف، حيث يتم ضخ مكثف البخار مرة أخرى إلى مولد البخار. يُطلق على CPPs العاملة في أنظمة الطاقة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية أيضًا اسم GRES.

على عكس CES، في محطات الحرارة والطاقة المشتركة (CHP)، لا يتم استخدام البخار شديد السخونة بالكامل في التوربينات، ولكن يتم أخذه جزئيًا لتلبية احتياجات التدفئة في المناطق. يؤدي الاستخدام المشترك للحرارة إلى زيادة كفاءة الطاقة الحرارية بشكل كبير ويقلل بشكل كبير من تكلفة 1 كيلووات ساعة من الكهرباء المولدة بها.

في الخمسينيات والسبعينيات. ظهرت محطات توليد الطاقة الكهربائية ذات توربينات الغاز في صناعة الطاقة الكهربائية (انظر توربينات الغاز). تُستخدم وحدات توربينات الغاز بقدرة 25-100 ميجاوات كمصادر طاقة احتياطية لتغطية الأحمال خلال ساعات الذروة أو في حالات الطوارئ في أنظمة الطاقة. يعد استخدام وحدات توربينات الغاز ذات الدورة المركبة (CCGTs) أمرًا واعدًا، حيث تدخل منتجات الاحتراق والهواء الساخن إلى توربينات الغاز، ويتم استخدام حرارة غازات العادم لتسخين المياه أو توليد البخار لتوربينات بخارية منخفضة الضغط.

طاقة الديزل هي محطة توليد كهرباء مجهزة بمولد كهربائي واحد أو أكثر تعمل بمحركات الديزل (انظر الديزل). تم تجهيز محركات الديزل الثابتة بوحدات ديزل رباعية الأشواط بقدرة 110 إلى 750 ميجاوات. قطارات الديزل الكهربائية الثابتة وقطارات نقل الحركة (حسب خصائصها التشغيلية تصنف على أنها قطارات كهربائية ثابتة) مجهزة بعدة وحدات ديزل وتتمتع بقدرة تصل إلى 10 ميجاوات. عادة ما يتم وضع محركات الديزل المتنقلة بقدرة 25-150 كيلوواط في الجزء الخلفي من السيارة (شبه مقطورة) أو على هيكل منفصل أو على السكك الحديدية. منصة، في عربة. تُستخدم محركات الديزل في الزراعة وصناعة الغابات وفي فرق البحث وما إلى ذلك كمصدر رئيسي أو احتياطي أو مصدر إمداد الطاقة لشبكات الطاقة والإضاءة في حالات الطوارئ. في النقل، تستخدم محركات الديزل كمحطات توليد الطاقة الرئيسية (قاطرات الديزل الكهربائية، سفن الديزل الكهربائية).

تنتج محطة الطاقة الكهرومائية (HPP) الكهرباء عن طريق تحويل طاقة تدفق المياه. تشتمل محطة الطاقة الكهرومائية على هياكل هيدروليكية (السدود، وقنوات المياه، ومآخذ المياه، وما إلى ذلك) التي توفر التركيز اللازم لتدفق المياه وإنشاء معدات الضغط والطاقة (التوربينات الهيدروليكية (انظر التوربينات المائية)، والمولدات الهيدروجينية، والمفاتيح الكهربائية، وما إلى ذلك. ). يقوم تدفق الماء المركز والموجه بتدوير توربين هيدروليكي ومولد كهربائي متصل به.

واستنادًا إلى نمط استخدام الموارد المائية وتركيز الضغط، تنقسم محطات الطاقة الكهرومائية عادةً إلى محطات جريان النهر، ومحطات السدود، ومحطات التحويل، والتخزين بالضخ، والمد والجزر. يتم بناء محطات الطاقة الكهرومائية على مجرى النهر وبالقرب من السدود على الأنهار المنخفضة ذات المياه العالية وعلى الأنهار الجبلية في الوديان الضيقة. يتم إنشاء ضغط المياه عن طريق السد الذي يسد النهر ويرفع منسوب المياه في حوض السباحة العلوي. في محطات الطاقة الكهرومائية التي تجري على طول النهر، يكون المبنى الكهربائي الذي يحتوي على الوحدات الهيدروليكية جزءًا من السد. في محطات تحويل الطاقة الكهرومائية، يتم تحويل مياه النهر من قاع النهر من خلال قناة (اشتقاق (انظر الاشتقاق))، والتي يكون ميلها أقل من متوسط ​​انحدار النهر في المنطقة المستخدمة؛ ويتم تحويل التحويل إلى مبنى محطة الطاقة الكهرومائية، حيث تتدفق المياه إلى التوربينات الهيدروليكية. يتم إرجاع مياه الصرف الصحي إلى النهر أو إمدادها إلى محطة تحويل الطاقة الكهرومائية التالية. يتم بناء محطات تحويل الطاقة الكهرومائية بشكل رئيسي على الأنهار ذات التدرج الكبير للقناة، وكقاعدة عامة، وفقًا لمخطط تركيز التدفق المشترك (السد والتحويل معًا).

تعمل طاقة التخزين المضخوخة (PSPP) في وضعين: التراكم (يتم استخدام الطاقة الواردة من مصادر الطاقة الأخرى، خاصة في الليل، لضخ المياه من الخزان السفلي إلى الخزان العلوي) والتوليد (يتم إرسال المياه من الخزان العلوي عبر خزان خط أنابيب إلى الوحدات الهيدروليكية، ويتم إمداد الكهرباء المولدة إلى شبكة الكهرباء). الأكثر اقتصادا هي محطات توليد الطاقة القوية التي يتم ضخها وتخزينها بالقرب من المراكز الكبيرة لاستهلاك الكهرباء. والغرض الرئيسي منها هو تغطية فترات الذروة للأحمال عندما يتم استخدام قدرة نظام الطاقة بالكامل، واستهلاك الكهرباء الزائدة في أوقات اليوم عندما تكون الأنظمة الكهربائية الأخرى أقل من طاقتها.

تولد كهرباء المد والجزر (TES) الكهرباء نتيجة لتحويل طاقة المد والجزر البحرية. نظرًا للطبيعة الدورية للمد والجزر، لا يمكن استخدام كهرباء TPP إلا بالتزامن مع طاقة الأنظمة الكهربائية الأخرى، والتي تعوض نقص الطاقة في TPP خلال يوم وشهر.

مصدر الطاقة في محطة الطاقة النووية (NPP) هو مفاعل نووي، حيث يتم إطلاق الطاقة (على شكل حرارة) نتيجة تفاعل متسلسل لانشطار نوى العناصر الثقيلة. يتم نقل الحرارة المنبعثة في المفاعل النووي عن طريق المبرد الذي يدخل إلى المبادل الحراري (مولد البخار)؛ يتم استخدام البخار المتولد بنفس الطريقة المستخدمة في محركات التوربينات البخارية التقليدية، كما أن الأساليب الحالية وطرق مراقبة قياس الجرعات تقضي تمامًا على خطر التعرض الإشعاعي لموظفي محطة الطاقة النووية.

تولد مزرعة الرياح الكهرباء عن طريق تحويل طاقة الرياح. المعدات الرئيسية للمحطة هي توربينات الرياح ومولد كهربائي. يتم إنشاء توربينات الرياح في المقام الأول في المناطق ذات ظروف الرياح المستقرة.

الطاقة الحرارية الأرضية هي طاقة التوربينات البخارية التي تستخدم الحرارة العميقة للأرض. وفي المناطق البركانية، يتم تسخين المياه العميقة الحرارية إلى درجات حرارة تزيد عن 100 درجة مئوية على عمق ضحل نسبيا، حيث تخرج إلى السطح من خلال الشقوق في القشرة الأرضية. في الطاقة الحرارية الأرضية، تتم إزالة خليط البخار والماء من خلال الآبار وإرساله إلى فاصل، حيث يتم فصل البخار عن الماء؛ يدخل البخار إلى التوربينات، ويستخدم الماء الساخن بعد التنظيف الكيميائي لاحتياجات التدفئة. إن عدم وجود الغلايات وإمدادات الوقود ومجمعات الرماد وما إلى ذلك في محطات الطاقة الحرارية الأرضية يقلل من تكلفة بناء محطة الطاقة هذه ويبسط تشغيلها.

الكهرباء مع المولد الهيدروديناميكي المغناطيسي (مولد MHD) عبارة عن منشأة لتوليد الكهرباء عن طريق التحويل المباشر للطاقة الداخلية لوسيط موصل كهربائيًا (سائل أو غاز).

مضاءة: انظر تحت المقالات محطة الطاقة النووية، محطة طاقة الرياح، محطة الطاقة الكهرومائية، محطة طاقة المد والجزر. محطة توليد الطاقة التوربينية البخارية الحرارية، وكذلك في المحطة. العلوم (قسم علوم وتكنولوجيا الطاقة. الهندسة الكهربائية).

V. A. بروكودين.

روابط إلى الصفحة

• رابط مباشر: http://site/bse/93012/;
• رمز HTML للارتباط: ماذا تعني محطة الطاقة في الموسوعة السوفيتية الكبرى؛
• BB-code للرابط: تعريف مفهوم محطة توليد الكهرباء في الموسوعة السوفيتية الكبرى.

في العالم الحديث، تُستخدم محطات الطاقة لتوليد كميات كبيرة من الطاقة. نطاق تشغيل محطات الطاقة واسع للغاية، على وجه الخصوص، يمكن استخدامها لتوفير الطاقة للمباني والهياكل النائية في مجموعة متنوعة من الصناعات.

أنواع محطات توليد الطاقة

وأكثرها شيوعا هي:

• الحرارية
• هيدروليكي
• الذري

وتتميز تلك التي تولد الطاقة بسرعة بنائها وقلة تكلفتها مقارنة بالأصناف الأخرى. هذا النوع من محطات توليد الطاقة قادر على العمل بشكل صحيح دون تقلبات موسمية. على الرغم من المزايا التي لا يمكن إنكارها، أنواع مختلفة من محطات الطاقةلها عيوب عديدة خاصة بها. على سبيل المثال، تعمل محطات الطاقة الحرارية على موارد غير متجددة، وتنتج نفايات، ويتغير وضع تشغيلها ببطء، حيث يستغرق تسخين محطة الغلايات عدة أيام.

تعتبر محطات الطاقة الهيدروليكية أكثر اقتصادا وأسهل في التشغيل. صيانة هذه المحطات لا تتطلب أعدادا كبيرة من الموظفين. من بين أمور أخرى، تتمتع محطات الطاقة الكهرومائية بعمر إنتاجي طويل، يتجاوز 100 عام، بالإضافة إلى القدرة على المناورة عند تغير الأحمال. يعد انخفاض تكلفة الطاقة المنتجة أحد أسباب الاستخدام الواسع النطاق لمحطات الطاقة الهيدروليكية اليوم. ومشكلة محطات الطاقة الكهرومائية هي أن بنائها يستغرق من 15 إلى 20 عاما وتتعقد عملية البناء بسبب غمر مساحات واسعة من الأراضي الخصبة. في بعض الحالات، قد تنشأ مشاكل إضافية عند اختيار موقع لبناء كائن.

وهي تعمل بالوقود النووي، وتقع في أغلب الأحيان في الأماكن التي تتطلب الطاقة الكهربائية، ولكن لا توجد مصادر أخرى للمواد الخام. حوالي 25 طنا من الوقود تسمح للمحطة بالعمل لعدة سنوات. ولا يتسبب تشغيل محطات الطاقة النووية في زيادة ظاهرة الاحتباس الحراري، كما تتم عملية توليد الطاقة دون تلويث البيئة.

أساسيات تشغيل محطة توليد الكهرباء

بصرف النظر عن ما هي أنواع محطات الطاقة الموجودة؟فهم يستخدمون في الغالب الطاقة الدورانية لعمود المولد. الغرض من المولد هو أنه:

1. يجب ضمان التشغيل المتوازي المستقر على المدى الطويل مع أنظمة الطاقة ذات السعات المختلفة، بالإضافة إلى التشغيل على حمل مستقل
2. يخضع لتساقط الأحمال بشكل فوري وتجدد مماثل لقوته المقدرة
3. يؤدي وظيفة وقائية بسبب وجود أجهزة خاصة
4. يبدأ المحرك الذي يضمن تشغيل المحطة

محطات توليد الطاقة هي الطريقة المثلى لتوليد الطاقة بسبب عدد من العوامل. حتى الآن، لا توجد طرق مماثلة يمكنها إنتاج الكهرباء على هذا النطاق الكبير.

الطاقة الكهربائية، التي بدأ استخدامها بنشاط، وفقا للمعايير التاريخية، منذ وقت ليس ببعيد، غيرت بشكل كبير حياة البشرية جمعاء. حاليًا، تنتج أنواع مختلفة من محطات الطاقة كميات هائلة من الطاقة. وبطبيعة الحال، للحصول على تمثيل أكثر دقة، يمكن العثور على قيم عددية محددة. لكن هذا ليس مهمًا جدًا بالنسبة للتحليل النوعي. من المهم ملاحظة حقيقة أن الطاقة الكهربائية تستخدم في جميع مجالات حياة الإنسان ونشاطه. حتى أنه من الصعب على الإنسان المعاصر أن يتخيل كيف كان من الممكن الاستغناء عن الكهرباء قبل مائة عام فقط.

ويتطلب الطلب المرتفع أيضًا قدرات توليد مقابلة. لتوليد الكهرباء، كما يقول الناس أحيانًا في الحياة اليومية، يتم استخدام محطات الطاقة الحرارية والهيدروليكية والنووية وأنواع أخرى من محطات الطاقة. وكما ليس من الصعب أن نلاحظ، فإن النوع المحدد من التوليد يتحدد حسب نوع الطاقة المطلوبة لتوليد التيار الكهربائي. في محطات الطاقة الكهرومائية، يتم تحويل طاقة المياه المتدفقة من ارتفاع إلى تيار كهربائي. وبنفس الطريقة، تقوم محطات توليد الطاقة التي تعمل بالغاز بتحويل الطاقة الحرارية الناتجة عن حرق الغاز إلى كهرباء.

يعلم الجميع أن قانون الحفاظ على الطاقة يعمل في الطبيعة. كل ما سبق يؤدي بطبيعته إلى تحويل نوع من الطاقة إلى نوع آخر. يحدث التفاعل المتسلسل عند تحلل بعض العناصر مع إطلاق الحرارة. يتم تحويل هذه الحرارة إلى كهرباء من خلال آليات معينة. تعمل محطات الطاقة الحرارية على نفس المبدأ تمامًا. فقط في هذه الحالة، مصدر الحرارة هو الوقود العضوي - الفحم وزيت الوقود والغاز والجفت وغيرها من المواد. وقد أظهرت الممارسة في العقود الأخيرة أن هذه الطريقة لتوليد الكهرباء مكلفة للغاية وتسبب أضرارا كبيرة للبيئة.

المشكلة هي أن إمدادات الكوكب محدودة. وينبغي استخدامها بشكل مقتصد. لقد فهمت العقول التقدمية للإنسانية هذا الأمر منذ فترة طويلة وتبحث بنشاط عن طريقة للخروج من هذا الوضع. يعتبر أحد خيارات الخروج الممكنة هو محطات توليد الطاقة البديلة التي تعمل وفق مبادئ مختلفة. على وجه الخصوص، يتم استخدام ضوء الشمس والرياح لتوليد الطاقة. ستشرق الشمس دائمًا ولن تمل الرياح من هبوبها أبدًا. وكما يقول الخبراء، فهذه لا تنضب أو تحتاج إلى استخدامها بعقلانية.

في الآونة الأخيرة، كانت قائمة أنواع محطات الطاقة قصيرة. لا يوجد سوى ثلاثة مواقع - الحرارية والهيدروليكية والذرية. حاليًا، تقوم العديد من الشركات المعروفة في العالم بإجراء أبحاث وتطوير جادة في مجال الطاقة الشمسية. ونتيجة لأنشطتهم، ظهرت في السوق محولات ضوء الشمس إلى كهرباء. تجدر الإشارة إلى أن كفاءتها لا تزال تترك الكثير مما هو مرغوب فيه، ولكن سيتم حل هذه المشكلة عاجلا أم آجلا. والوضع هو نفسه تمامًا فيما يتعلق باستخدام طاقة الرياح. أصبحت أكثر انتشارا.

محطة طاقة

3.4. محطات الطاقة المبكرة

ولم تظهر على الفور محطات توليد الطاقة، التي تُفهم على أنها مصانع لإنتاج الطاقة الكهربائية لتوزيعها على مختلف المنتجين. في السبعينيات وأوائل الثمانينات من القرن التاسع عشر. ولم يتم فصل مكان إنتاج الكهرباء عن مكان الاستهلاك.

كانت المحطات الكهربائية التي توفر الكهرباء لعدد محدود من المستهلكين تسمى محطات الكتلة (يجب عدم الخلط بينها وبين المفهوم الحديث لمحطات الكتلة، والذي يفهم به بعض المؤلفين محطات الطاقة الحرارية القائمة على المصنع). كانت تسمى هذه المحطات أحيانًا بمحطات "الكعكة".

تضمن تطوير محطات الطاقة الأولى التغلب على الصعوبات ليس فقط ذات الطبيعة العلمية والتقنية. وهكذا حظرت سلطات المدينة بناء الخطوط الهوائية لعدم رغبتها في إفساد مظهر المدينة. بذلت شركات الغاز المتنافسة قصارى جهدها للتأكيد على أوجه القصور الحقيقية والخيالية في النوع الجديد من الإضاءة.

في محطات الكتل، تم استخدام المحركات البخارية المكبسية بشكل رئيسي، وفي بعض الحالات، محركات الاحتراق الداخلي (التي كانت جديدة في ذلك الوقت) كمحركات رئيسية، وتم استخدام القاطرات على نطاق واسع. تم عمل محرك الحزام من المحرك الرئيسي إلى المولد الكهربائي. عادة، يقود محرك بخاري واحد إلى ثلاثة مولدات؛ ولذلك، تم تركيب العديد من المحركات البخارية أو القاطرة في محطات الكتلة الكبيرة. لضبط شد الحزام، تم تركيب مولدات كهربائية على الزلاجات. في التين. يوضح الشكل 3.7 منظرًا لمحطة توليد الكهرباء لإضاءة منزل واحد.

لأول مرة، تم بناء محطات جماعية في باريس لإلقاء الضوء على شارع الأوبرا. في روسيا، كان التثبيت الأول من هذا النوع هو محطة الإضاءة لجسر Liteiny في سانت بطرسبرغ، التي تم إنشاؤها في عام 1879 بمشاركة P.N. يابلوتشكوفا.

أرز. 3.7. محطة البلوك - محطة كهرباء بها مولدين (أسفل اليمين) وقاطرة (يسار) لإضاءة منزل واحد

ومع ذلك، فإن فكرة إنتاج الكهرباء المركزي كانت مبررة اقتصاديًا ومتسقة جدًا مع اتجاه تركيز الإنتاج الصناعي لدرجة أن محطات الطاقة المركزية الأولى ظهرت بالفعل في منتصف الثمانينيات من القرن التاسع عشر. وسرعان ما استبدلت محطات الكتلة. نظرًا لحقيقة أنه في أوائل الثمانينيات، كانت مصادر الضوء فقط هي التي يمكن أن تصبح مستهلكة كبيرة للكهرباء، فقد تم تصميم محطات الطاقة المركزية الأولى، كقاعدة عامة، لتشغيل حمل الإضاءة وتوليد تيار مباشر.

في عام 1881، أبرم العديد من الممولين الأمريكيين المغامرين، الذين أعجبوا بالنجاح الذي صاحب مظاهرة المصابيح المتوهجة، اتفاقية مع T. A. وبدأ إديسون في بناء أول محطة كهرباء مركزية في العالم (في شارع بيرل في نيويورك). في سبتمبر 1882، تم تشغيل محطة توليد الكهرباء هذه. ستة مولدات T. A. تم تركيبها في غرفة توربينات المحطة. إديسون، كانت قوة كل منها حوالي 90 كيلوواط، وتجاوزت الطاقة الإجمالية لمحطة توليد الكهرباء 500 كيلوواط. تم تصميم مبنى المحطة ومعداتها بشكل مناسب للغاية، لذلك في المستقبل، أثناء بناء محطات توليد الطاقة الجديدة، تم تطوير العديد من نفس المبادئ التي اقترحتها T. A.. اديسون. وهكذا تم تبريد مولدات المحطة صناعيا وربطها مباشرة بالمحرك. تم تعديل الجهد تلقائيا. قامت المحطة بتزويد غرفة المرجل بالوقود الميكانيكي والإزالة التلقائية للرماد والخبث. تمت حماية المعدات من تيارات الدائرة القصيرة بواسطة الصمامات، وكانت الخطوط الرئيسية عبارة عن كابل. وكانت المحطة تزود الكهرباء لمساحة واسعة تبلغ 2.5 كيلومتر في ذلك الوقت.

وسرعان ما تم بناء عدة محطات أخرى في نيويورك. في عام 1887، كانت 57 محطة طاقة مركزية تابعة لنظام T.A تعمل بالفعل. اديسون.

لقد تطور الجهد الأولي لمحطات الطاقة الأولى، والتي تم إنتاج محطات أخرى منها لاحقًا، والتي تشكل مقياس الجهد المعروف، تاريخيًا. والحقيقة هي أنه خلال فترة التوزيع الاستثنائي للإضاءة الكهربائية القوسية، ثبت تجريبيًا أن الجهد الأكثر ملاءمة لحرق القوس هو 45 فولت. لتقليل تيارات الدائرة القصيرة التي نشأت في لحظة اشتعال المصابيح (عندما يكون الفحم تم الاتصال بها) ولأقواس احتراق أكثر استقرارًا تم توصيلها على التوالي مع مصباح القوس بمقاوم الصابورة.

لقد وجد أيضًا تجريبيًا أن مقاومة مقاومة الصابورة يجب أن تكون بحيث يكون انخفاض الجهد عبرها أثناء التشغيل العادي حوالي 20 فولت. وبالتالي، كان الجهد العام في تركيبات التيار المستمر في البداية 65 فولت، وتم استخدام هذا الجهد لـ منذ وقت طويل. ومع ذلك، غالبًا ما يتم تضمين مصباحين آخرين في دائرة واحدة، يتطلب تشغيلهما 2x45 = 90 فولت، وإذا أضفنا 20 فولتًا أخرى إلى هذا الجهد بسبب مقاومة مقاومة الصابورة، نحصل على جهد 110 فولت. كان الجهد مقبولًا عالميًا تقريبًا كمعيار.

بالفعل عند تصميم محطات الطاقة المركزية الأولى، تمت مواجهة صعوبات لم يتم التغلب عليها بشكل كافٍ خلال كامل فترة هيمنة تكنولوجيا التيار المباشر. يتم تحديد نصف قطر مصدر الطاقة من خلال خسائر الجهد المسموح بها في الشبكة الكهربائية، والتي تكون أصغر بالنسبة لشبكة معينة، كلما زاد الجهد. كان هذا الظرف هو الذي أجبر على بناء محطات توليد الطاقة في المناطق الوسطى من المدينة، الأمر الذي أدى إلى تعقيد كبير ليس فقط توفير المياه والوقود، ولكن أيضا زيادة تكلفة الأرض لبناء محطات توليد الكهرباء، لأن الأرض في المدينة كان المركز باهظ الثمن للغاية. وهذا ما يفسر جزئيا المظهر غير العادي لمحطات الطاقة في نيويورك، حيث كانت المعدات موجودة في العديد من الطوابق. ومما زاد الوضع تعقيدًا حقيقة أن محطات الطاقة الأولى اضطرت إلى تركيب عدد كبير من الغلايات، والتي لم يلبي إنتاج البخار المتطلبات الجديدة التي فرضتها صناعة الطاقة الكهربائية.

لن يكون معاصرنا أقل مفاجأة عندما يرى محطات توليد الطاقة الأولى في سانت بطرسبرغ التي تخدم منطقة نيفسكي بروسبكت. في أوائل الثمانينات من القرن التاسع عشر. تم وضعها على صنادل مثبتة على أرصفة نهري مويكا وفونتانكا (الشكل 3.8). انطلق البنائين من اعتبارات توفير المياه الرخيصة، بالإضافة إلى ذلك، مع هذا القرار لم تكن هناك حاجة لشراء قطع أرض قريبة من المستهلك.

في عام 1886، تم إنشاء "جمعية الإضاءة الكهربائية لعام 1886" في سانت بطرسبرغ (المختصرة باسم "جمعية 1886")، والتي استحوذت على محطات توليد الطاقة على نهري مويكا وفونتانكا وبنت محطتين أخريين: بالقرب من كاتدرائية كازان و في ساحة الهندسة . بالكاد تجاوزت قوة كل محطة من محطات الطاقة هذه 200 كيلووات.

أرز. 3.8. محطة توليد الكهرباء على النهر فونتانكا في سان بطرسبرج

في موسكو، تم بناء أول محطة كهرباء مركزية (جورجيفسكايا) في عام 1886، في وسط المدينة أيضًا، على زاوية شارع بولشايا دميتروفكا وشارع جورجيفسكي. تم استخدام طاقتها لإلقاء الضوء على المنطقة المحيطة. كانت قوة محطة توليد الكهرباء 400 كيلوواط.

إن القدرة المحدودة على توسيع نطاق إمدادات الطاقة تعني أن تلبية الطلب على الكهرباء أصبحت صعبة بشكل متزايد مع مرور الوقت. وهكذا، في سانت بطرسبرغ وموسكو، بحلول منتصف التسعينيات، تم استنفاد إمكانيات توصيل حمولة جديدة بمحطات الطاقة الموجودة ونشأ السؤال حول تغيير مخططات الشبكة أو حتى تغيير نوع التيار.

أدى الطلب المتزايد على الكهرباء إلى تحفيز زيادة إنتاجية وكفاءة الجزء الحراري لمحطات الطاقة بشكل فعال. بادئ ذي بدء، تجدر الإشارة إلى التحول الحاسم من المحركات البخارية المكبسية إلى التوربينات البخارية. تم تركيب أول توربين في محطات الطاقة الروسية عام 1891 في سانت بطرسبرغ (محطة على نهر فونتانكا). قبل عام، تم إجراء اختبار التوربينات في محطة تقع على النهر. مويكا. لقد سبق الإشارة إلى العيب الأكثر أهمية في مصدر الطاقة بالتيار المباشر - مساحة المنطقة صغيرة جدًا، والتي يمكن أن تخدمها محطة كهرباء مركزية. ولم تتجاوز مسافة التحميل عدة مئات من الأمتار. سعت محطات توليد الطاقة إلى توسيع دائرة مستهلكي منتجاتها - الكهرباء. وهذا ما يفسر البحث المستمر عن طرق لزيادة مساحة إمدادات الطاقة، بشرط الحفاظ على محطات التيار المستمر المبنية بالفعل. تم اقتراح العديد من الأفكار لزيادة نصف قطر توزيع الطاقة.

الفكرة الأولى، التي لم تحظ بشعبية ملحوظة، كانت تتعلق بتخفيض جهد المصابيح الكهربائية المتصلة في نهاية الخط. ومع ذلك، أظهرت الحسابات أنه مع طول شبكة تزيد عن 1.5 كم، يكون بناء محطة كهرباء جديدة أكثر ربحية من الناحية الاقتصادية.

الحل الآخر، الذي يمكن أن يلبي الحاجة في كثير من الحالات، هو تغيير تصميم الشبكة: الانتقال من الشبكات ذات السلكين إلى الشبكات متعددة الأسلاك، أي. في الواقع يزيد من الجهد

تم اقتراح نظام توزيع الطاقة بثلاثة أسلاك في عام 1882 من قبل ج. هوبكنسون وبشكل مستقل من قبل ت. إديسون. باستخدام هذا النظام، تم توصيل المولدات في محطة الطاقة على التوالي، ويمتد سلك محايد أو تعويضي من نقطة مشتركة. وفي الوقت نفسه، تم الاحتفاظ بالمصابيح العادية. تم تشغيلها، كقاعدة عامة، بين الأسلاك العاملة والمحايدة، ويمكن تشغيل المحركات بجهد أعلى (220 فولت) للحفاظ على تناسق الحمل.

وكانت النتائج العملية لإدخال نظام ثلاثي الأسلاك، أولاً، زيادة في نصف قطر مصدر الطاقة إلى حوالي 1200 متر، وثانياً، توفير نسبي للنحاس (في ظل جميع الظروف المماثلة الأخرى، استهلاك النحاس بثلاثة أسلاك) كان نظام الأسلاك ما يقرب من نصف ما هو عليه مع نظام سلكين).

لتنظيم الجهد في فروع شبكة من ثلاثة أسلاك، تم استخدام أجهزة مختلفة: تنظيم المولدات الإضافية، وفواصل الجهد، ولا سيما مقسمات الجهد التي أصبحت منتشرة على نطاق واسع لميخائيل أوسيبوفيتش دوليفو-دوبروفولسكي، والبطاريات القابلة لإعادة الشحن. تم استخدام نظام الأسلاك الثلاثة على نطاق واسع في روسيا وخارجها. لقد بقي حتى العشرينات من القرن العشرين، وفي بعض الحالات تم استخدامه لاحقًا.

كان الإصدار الأقصى للأنظمة متعددة الأسلاك عبارة عن شبكة DC ذات خمسة أسلاك، حيث تم استخدام أربعة مولدات متصلة بالسلسلة وتم مضاعفة الجهد أربع مرات. زاد نصف قطر مصدر الطاقة إلى 1500 متر فقط، إلا أن هذا النظام لم يستخدم على نطاق واسع.

الطريقة الثالثة لزيادة نصف قطر مصدر الطاقة تتضمن بناء محطات فرعية للبطاريات. كانت البطاريات إضافة إلزامية لكل محطات توليد الطاقة في ذلك الوقت. قاموا بتغطية أحمال الذروة. الشحن أثناء النهار وفي وقت متأخر من الليل، كانوا بمثابة احتياطي.

أصبحت الشبكات التي تحتوي على محطات فرعية للبطاريات منتشرة على نطاق واسع إلى حد ما. في موسكو، على سبيل المثال، في عام 1892، تم بناء محطة فرعية للبطارية في الصفوف التجارية العليا (الآن GUM)، وتقع على مسافة 1385 مترًا من محطة جورجيفسكايا المركزية. وفي هذه المحطة الفرعية، تم تركيب بطاريات تعمل على تشغيل حوالي 2000 مصباح متوهج.

في العقدين الأخيرين من القرن التاسع عشر. تم بناء العديد من محطات توليد الطاقة بالتيار المستمر وساهمت لفترة طويلة بحصة كبيرة من إجمالي توليد الكهرباء. ونادرا ما تتجاوز قوة محطات توليد الطاقة هذه 500 كيلوواط، وعادة ما تصل قدرة الوحدات إلى 100 كيلوواط.

تم استنفاد جميع الإمكانيات لزيادة نصف قطر إمدادات الطاقة بالتيار المباشر بسرعة، خاصة في المدن الكبيرة.

في الثمانينات من القرن التاسع عشر. بدأ بناء محطات توليد الطاقة بالتيار المتردد، والتي لا يمكن إنكار فوائدها في زيادة نصف قطر إمدادات الطاقة. بصرف النظر عن محطات التيار المتردد التي تم بناؤها في إنجلترا في 1882-1883، إذن، على ما يبدو، يمكن اعتبار أول محطة طاقة تعمل بالتيار المتردد بشكل دائم هي محطة توليد الطاقة Growner Gallery (لندن). في هذه المحطة، التي تم تشغيلها في عام 1884، تم تركيب مولدين للتيار المتردد من شركة W. Siemens، والتي، من خلال المحولات المتصلة على التوالي بواسطة J.D. عمل Golyar و L. Gibbs على إضاءة المعرض. تم تحديد عيوب التوصيل المتسلسل للمحولات، وعلى وجه الخصوص، صعوبات الحفاظ على تيار ثابت بسرعة كبيرة، وفي عام 1886 تم إعادة بناء هذه المحطة وفقًا لتصميم S.Ts. فيرانتي. تم استبدال المولدات التي صممتها شركة W. Siemens بآلات صممتها شركة S.Ts. Ferranti بقوة 1000 كيلووات لكل منها بجهد طرفي 2.5 كيلو فولت. المحولات المصنعة حسب تصميم S.Ts. تم توصيل Ferranti بالتوازي مع الدائرة وعمل على تقليل الجهد الكهربائي في المنطقة المجاورة مباشرة للمستهلكين.

في 1889-1890 S.Ts. عاد فيرانتي إلى مشكلة إمدادات الكهرباء في لندن بهدف توفير الكهرباء لمنطقة مدينة لندن. ونظراً لارتفاع تكلفة الأراضي في وسط المدينة، تقرر بناء محطة كهرباء في إحدى ضواحي لندن، في منطقة ديبتفورد، الواقعة على بعد 12 كيلومتراً من المدينة. من الواضح أنه على مسافة كبيرة من مكان استهلاك الكهرباء، كان على محطة توليد الكهرباء توليد تيار متناوب. أثناء بناء هذا التثبيت، تم استخدام مولدات الجهد العالي القوية (10 كيلو فولت) بقوة 1000 حصان في ذلك الوقت. بلغت القدرة الإجمالية لمحطة كهرباء ديبتفورد حوالي 3000 كيلوواط. في أربع محطات فرعية في المدينة، تغذيها أربعة خطوط كابلات رئيسية، انخفض الجهد إلى 2400 فولت، ثم عند المستهلكين (في المنازل) - إلى 100 فولت.

مثال على محطة طاقة كهرومائية كبيرة تغذي حمل الإضاءة في دائرة أحادية الطور هي المحطة التي تم بناؤها عام 1889 عند شلال بالقرب من بورتلاند (الولايات المتحدة الأمريكية). في هذه المحطة، قامت المحركات الهيدروليكية بتشغيل ثمانية مولدات أحادية الطور بقدرة إجمالية تبلغ 720 كيلوواط. بالإضافة إلى ذلك، تم تركيب 11 مولدًا في محطة توليد الكهرباء، مصممة خصيصًا لتشغيل المصابيح القوسية (100 مصباح لكل مولد). تم نقل الطاقة من هذه المحطة على مسافة 14 ميلاً إلى بورتلاند.

من السمات المميزة لمحطات توليد الطاقة التي تعمل بالتيار المتردد الأولى التشغيل المعزول للآلات الفردية. ولم يتم تنفيذ مزامنة المولدات بعد، وتم نقل دائرة منفصلة من كل جهاز إلى المستهلكين. من السهل أن نفهم كيف أصبحت الشبكات الكهربائية غير اقتصادية في ظل هذه الظروف، والتي تطلب بناءها كميات هائلة من النحاس والعوازل.

في روسيا، تم بناء أكبر محطات التيار المتناوب في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات من القرن التاسع عشر. تم بناء أول محطة كهرباء مركزية من قبل الشركة المجرية غانز وشركاه؟ في أوديسا عام 1887. كان المستهلك الرئيسي للطاقة هو نظام الإضاءة الكهربائية أحادي الطور للمسرح الجديد. كانت محطة الطاقة هذه بمثابة هيكل تقدمي في وقتها. كان يحتوي على أربع غلايات أنابيب مياه بسعة إجمالية تبلغ 5 أطنان من البخار في الساعة، بالإضافة إلى مولدين متزامنين بقدرة إجمالية تبلغ 160 كيلووات عند جهد طرفي يبلغ 2 كيلو فولت وتردد 50 هرتز. من لوحة التوزيع، تدفقت الطاقة إلى خط بطول 2.5 كيلومتر يؤدي إلى محطة محولات المسرح، حيث تم تخفيض الجهد إلى 65 فولت (الذي صممت المصابيح المتوهجة من أجله). كانت معدات محطة توليد الكهرباء متقدمة جدًا في وقتها، على الرغم من حقيقة أن الفحم الإنجليزي المستورد كان بمثابة الوقود، كانت تكلفة الكهرباء أقل مما كانت عليه في محطات توليد الطاقة اللاحقة في سانت بطرسبرغ وموسكو. كان استهلاك الوقود 3.4 كجم / (كيلووات ساعة) [في محطات توليد الطاقة في سانت بطرسبرغ 3.9-5.4 كجم / (كيلووات ساعة)].

في نفس العام، بدأ تشغيل محطة توليد الكهرباء بالتيار المباشر في تسارسكوي سيلو (مدينة بوشكين الآن). كان طول الشبكة الهوائية في تسارسكوي سيلو بالفعل في عام 1887 حوالي 64 كم، بينما بعد ذلك بعامين بلغ إجمالي شبكة الكابلات لـ "جمعية 1886" في موسكو وسانت بطرسبرغ كان 115 كم فقط. في عام 1890، تم إعادة بناء محطة كهرباء وشبكة Tsarskoye Selo ونقلها إلى نظام تيار متردد أحادي الطور بجهد 2 كيلو فولت. وفقا للمعاصرين، كانت Tsarskoye Selo أول مدينة في أوروبا، مضاءة حصريا بالكهرباء.

كانت أكبر محطة توليد كهرباء في روسيا لتزويد نظام التيار المتردد أحادي الطور هي المحطة الموجودة في جزيرة فاسيليفسكي في سانت بطرسبرغ، والتي تم بناؤها في عام 1894 من قبل المهندس ن.ف. سميرنوف. وبلغت قوتها 800 كيلوواط وتجاوزت قوة أي محطة تيار مباشر كانت موجودة في ذلك الوقت. تم استخدام أربعة محركات بخارية عمودية بقوة 250 حصان كمحركات رئيسية. كل. أتاح استخدام الجهد المتردد 2000 فولت تبسيط وتقليل تكلفة الشبكة الكهربائية وزيادة نصف قطر مصدر الطاقة (أكثر من 2 كم مع فقدان يصل إلى 3٪ من الجهد في الأسلاك الرئيسية بدلاً من 17-20% في شبكات التيار المستمر). وهكذا، أظهرت تجربة تشغيل المحطات المركزية والشبكات أحادية الطور مزايا التيار المتردد، ولكنها في الوقت نفسه، كما سبقت الإشارة، كشفت عن قيود استخدامه. أدى النظام أحادي الطور إلى إبطاء تطوير المحرك الكهربائي وتعقيده. على سبيل المثال، عند توصيل حمل طاقة بشبكة محطة Deptford، كان من الضروري أيضًا وضع محرك مبدل تيار متردد متسارع على عمود كل محرك متزامن أحادي الطور. من السهل أن نفهم أن مثل هذا التعقيد للمحرك الكهربائي جعل إمكانية استخدامه على نطاق واسع أمرًا مشكوكًا فيه للغاية.