تاريخ تطوير مولد التوربينات المائية

تم بناء أول محطة للطاقة الكهرومائية في العالم في فرنسا عام 1878 واستخدمت مولدات كهرومائية لتوليد الكهرباء. حتى الآن، كان يُطلق على تصنيع مولدات الطاقة الكهرومائية "تاج" التصنيع الفرنسي. ولكن في وقت مبكر من عام 1878، كان لمولد الطاقة الكهرومائية تصميم أولي. في عام 1856، ظهر مولد التيار المستمر التجاري من ماركة Lianlian Alliance. في عام 1865، تصور الفرنسي كاسيفن والإيطالي ماركو الجمع بين مولد التيار المستمر والتوربين المائي لتوليد الكهرباء. في عام 1874، اقترح بيروسكي من روسيا أيضًا تصميمًا لتحويل طاقة المياه إلى طاقة كهربائية. في عام 1878، تم بناء أول محطات الطاقة الكهرومائية في العالم في Gragside Manor في إنجلترا وSirmite بالقرب من باريس، فرنسا، وظهرت الدفعة الأولى من مولدات الطاقة الكهرومائية ذات التيار المستمر. في عام 1891، وُلد أول مولد طاقة كهرومائية حديث (Laufen Hydrogenerator Hydrogenerator) في شركة Ruitu Olican. منذ عام 1891 وحتى الوقت الحاضر، تم تحقيق تقدم هائل في تكنولوجيا مولدات الطاقة الكهرومائية لأكثر من 100 عام.

المرحلة الأولية (1891-1920)
خلال الفترة الأولى من ولادة مولدات الطاقة الكهرومائية، تم توصيل مولد تيار مستمر عادي أو مولد تيار متردد بتوربين مائي لتشكيل مجموعة من المولدات الكهرومائية. في ذلك الوقت، لم يكن هناك مولد كهرومائي مصمم خصيصًا. عند بناء محطة لاوفن للطاقة الكهرومائية عام 1891، ظهر مولد كهرومائي مصمم خصيصًا. نظرًا لأن محطات الطاقة الكهرومائية المبكرة كانت محطات طاقة صغيرة ومعزولة ذات نطاق إمداد طاقة صغير، كانت معلمات المولدات فوضوية للغاية، مع اختلاف الفولتية والترددات. من الناحية الهيكلية، تكون المولدات الكهرومائية أفقية في الغالب. بالإضافة إلى ذلك، فإن معظم المولدات الكهرومائية في المرحلة الأولية هي مولدات تيار مستمر، ولاحقًا، ظهرت مولدات كهرومائية أحادية الطور، وثلاثية الطور، وثنائية الطور ذات تيار متردد.
تشمل شركات تصنيع المولدات الكهرومائية الأكثر شهرة في المرحلة الأولية BBC و Oelikon و Siemens و Westinghouse (WH) و Edison و General Motors (GE) وغيرها، وتوليد الطاقة الكهرومائية التمثيلية. تتضمن الآلة مولد توربيني تيار متردد ثلاثي الطور بقوة 300 حصان من محطة الطاقة الكهرومائية Laufen (1891)، ومولد تيار متردد ثلاثي الطور بقوة 750 كيلو وات لمحطة الطاقة الكهرومائية Folsom في الولايات المتحدة (صنعته شركة GE Corporation، عام 1893)، ومحطة الطاقة الكهرومائية Adams على الجانب الأمريكي من شلالات نياجرا (شلالات نياجرا) مولد كهرومائي تيار متردد ثنائي الطور بقوة 5000 حصان (1894)، 12MNV؟A و 16MV؟A مولدات كهرومائية أفقية (1904-1912) في محطة الطاقة في أونتاريو على الجانب الكندي من شلالات نياجرا، وحامل 40MV؟A صنعته شركة GE في عام 1920. نوع الطاقة الكهرومائية مولد كهربائي. بُنيت محطة هيلسيون للطاقة الكهرومائية في السويد عام ١٨٩٣. زُوِّدت المحطة بأربع مجموعات مولدات كهرومائية أفقية ثلاثية الطور بجهد ٣٤٤ كيلوفولت أمبير. صُنعت هذه المولدات من قِبل شركة جنرال إلكتريك السويدية (ASEA).

في عام ١٨٩١، أُقيم المعرض العالمي في فرانكفورت، ألمانيا. ولعرض نقل وتطبيق التيار المتردد في المعرض، قام منظمو المؤتمر بتركيب مجموعة من مولدات التوربينات المائية في مصنع أسمنت بورتلاند في لارفن، ألمانيا، على بُعد ١٧٥ كيلومترًا. لإضاءة المعرض وتشغيل محرك حثي ثلاثي الطور بقوة ١٠٠ حصان. صمم براون، كبير مهندسي شركة رويتو أورليكون، مولد الطاقة المائية لمحطة لاوفن للطاقة، وصُنع بواسطة شركة أورليكون. المولد أفقي ثلاثي الطور، بقوة ٣٠٠ حصان، وسرعة دوران ١٥٠ دورة في الدقيقة، و٣٢ قطبًا، وتردد ٤٠ هرتز، وجهد الطور ٥٥-٦٥ فولت. يبلغ القطر الخارجي للمولد ١٧٥٢ مم، ويبلغ طول قلبه الحديدي ٣٨٠ مم. عدد فتحات الجزء الثابت للمولد 96 فتحة مغلقة (كانت تُسمى فتحات آنذاك)، كل قطب وكل طور عبارة عن قضيب نحاسي، فتحة قضيب السلك معزولة بطبقة أسبستوس بسمك 2 مم، والطرف عبارة عن قضيب نحاسي مكشوف؛ أما الدوار فهو حلقة مدمجة في أقطاب المخلب للملفات الحقلية. يُدار المولد بواسطة توربين هيدروليكي رأسي عبر زوج من التروس المخروطية، ويُثار بواسطة مولد هيدروليكي تيار مستمر صغير آخر. تصل كفاءة المولد إلى 96.5%.
يُعدّ التشغيل الناجح لمولدات الطاقة الكهرومائية من محطة لاوفن للطاقة ونقلها إلى فرانكفورت أول اختبار صناعي لنقل التيار ثلاثي الطور في تاريخ البشرية. ويُعدّ إنجازًا كبيرًا في التطبيق العملي للتيار المتردد، وخاصةً التيار المتردد ثلاثي الطور. كما يُعدّ هذا المولد أول مولد طاقة كهرومائية ثلاثي الطور في العالم.

ما سبق هو تصميم وتطوير مولدات الطاقة الكهرومائية خلال الثلاثين عامًا الأولى. في الواقع، بالنظر إلى عملية تطوير تكنولوجيا مولدات الطاقة الكهرومائية، نجد أن هذه المولدات عادةً ما تشهد مرحلة تطوير كل ثلاثين عامًا. أي أن الفترة من عام ١٨٩١ إلى عام ١٩٢٠ كانت المرحلة الأولى، والفترة من عام ١٩٢١ إلى عام ١٩٥٠ كانت مرحلة النمو التكنولوجي، والفترة من عام ١٩٥١ إلى عام ١٩٨٤ كانت مرحلة التطور السريع، والفترة من عام ١٩٨٥ إلى عام ٢٠١٠ كانت مرحلة التطور المطرد.