تاريخ تطوير مولد التوربينات المائية Ⅲ

في المقال السابق، عرضنا حلاً لمشكلة التيار المستمر والتيار المتردد. انتهت "المنافسة" بانتصار التيار المتردد، مما منحه زخماً في السوق وبدأ في الاستحواذ على حصة كان يشغلها التيار المستمر. بعد هذه المنافسة، تنافس التيار المستمر والتيار المتردد في محطة آدامز لتوليد الطاقة الكهرومائية في شلالات نياجرا.

في عام ١٨٩٠، أنشأت الولايات المتحدة محطة نياجرا فولز آدامز لتوليد الطاقة الكهرومائية. ولتقييم مختلف أنظمة التيار المتردد والتيار المستمر، تم تأسيس لجنة نياجرا للطاقة، وهي لجنة وطنية ودولية. شاركت شركتا وستنجهاوس وجنرال إلكتريك في المنافسة. وفي نهاية المطاف، وبفضل سمعتها المتنامية بعد انتصارها في منافسة التيار المتردد والتيار المستمر، ومواهب مجموعة من العلماء المتميزين مثل تسلا، بالإضافة إلى نجاح اختبار نقل التيار المتردد في جريت بارينجتون عام ١٨٨٦، والتشغيل الناجح للمولد الكهربائي في محطة لارفين لتوليد الطاقة في ألمانيا، فازت وستنجهاوس بعقد تصنيع ١٠ مولدات كهرومائية بقدرة ٥٠٠٠ واط. وفي عام ١٨٩٤، تم إنتاج أول مولد كهرومائي بقدرة ٥٠٠٠ واط لمحطة نياجرا فولز آدامز من قبل وستنجهاوس. وفي عام ١٨٩٥، تم تشغيل أول وحدة منه. في خريف عام 1896، تم تحويل التيار المتردد ثنائي الطور الناتج عن المولد إلى تيار ثلاثي الأطوار من خلال محول سكوت، ثم تم نقله إلى بافالو التي تبعد 40 كم من خلال نظام نقل ثلاثي الأطوار.

صُمم مولد الطاقة الكهرومائية لمحطة آدامز لتوليد الطاقة في شلالات نياجرا على يد بي جي لام (1884-1924)، كبير مهندسي شركة وستنجهاوس، وفقًا لبراءة اختراع تسلا، وشاركت شقيقته بي لام أيضًا في التصميم. تُدار الوحدة بواسطة توربين فورنيلون (مزدوج الدوران، بدون أنبوب سحب)، والمولد عبارة عن مولد متزامن رأسي ثنائي الطور، بقدرة 5000 حصان، وجهد 2000 فولت، وتردد 25 هرتز، وسرعة 250 دورة في الدقيقة. يتميز المولد بالخصائص التالية:
(1) سعة كبيرة وحجم كبير. قبل ذلك، لم تتجاوز سعة الوحدة الواحدة للمولدات الكهرومائية 1000 هكتوباسكال. ويمكن القول إن مولد محطة أدار الكهرومائية في شلالات نياجرا، بسعة 5000 هكتوباسكال، لم يكن فقط أكبر مولد كهرومائي بسعة وحدة واحدة في العالم آنذاك، بل كان أيضًا الخطوة الأولى الحاسمة في تطوير المولدات الكهرومائية من الصغيرة إلى الكبيرة.
(2) يتم عزل موصل المحرك بالميكا لأول مرة.
(3) تم اعتماد بعض الأشكال الهيكلية الأساسية لمولدات الطاقة الكهرومائية الحالية، مثل الهيكل المغلق ذي الشكل المظلي الرأسي. تمثل المجموعات الثماني الأولى الهيكل الذي تكون فيه الأقطاب المغناطيسية ثابتة في الخارج (النوع المحوري)، بينما تم تغيير المجموعتين الأخيرتين إلى الهيكل العام الحالي الذي تدور فيه الأقطاب المغناطيسية في الداخل (النوع الحقلي).
(4) نمط إثارة فريد. يستخدم النمط الأول طاقة التيار المستمر المولدة من مولد التوربينات البخارية القريب للإثارة. بعد سنتين أو ثلاث سنوات، ستستخدم جميع الوحدات مولدات كهرومائية صغيرة تعمل بالتيار المستمر كمثيرات.

(5) تم اعتماد تردد 25 هرتز. في ذلك الوقت، كان تردد ينغ في الولايات المتحدة متنوعًا للغاية، حيث تراوح بين 16.67 هرتز و1000 هرتز. بعد التحليل والتوفيق، تم اعتماد 25 هرتز. أصبح هذا التردد هو التردد القياسي في بعض مناطق الولايات المتحدة لفترة طويلة.
(6) في الماضي، كانت الكهرباء المولدة بواسطة معدات توليد الطاقة تستخدم بشكل رئيسي للإضاءة، بينما كانت الكهرباء المولدة بواسطة محطة نياجرا فولز آدامز للطاقة تستخدم بشكل رئيسي للطاقة الصناعية.
(7) تم تحقيق النقل التجاري لمسافات طويلة للتيار المتردد ثلاثي الأطوار لأول مرة، مما شكّل نموذجًا يحتذى به في نقل وتطبيق التيار المتردد ثلاثي الأطوار على نطاق واسع. بعد عشر سنوات من التشغيل، جرى تحديث وتطوير شامل لعشر وحدات توليد توربينية مائية بقدرة 5000 حصان لكل منها في محطة آدمز الكهرومائية. استُبدلت جميع الوحدات العشر بوحدات جديدة بقدرة 1000 حصان وجهد 1200 فولت، كما تم تركيب وحدة جديدة أخرى بقدرة 5000 حصان، ليصل إجمالي القدرة المركبة للمحطة إلى 105000 حصان.

في نهاية المطاف، انتصر التيار المتردد في معركة التيار المستمر المباشر لتوليد الطاقة الكهرومائية. ومنذ ذلك الحين، تراجعت مكانة التيار المستمر بشكل كبير، وبدأ التيار المتردد بالسيطرة على السوق، مما مهد الطريق لتطوير المولدات الكهرومائية في المستقبل. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن إحدى السمات البارزة للمرحلة الأولى هي الاستخدام الواسع النطاق لمولدات التيار المستمر الكهرومائية. في ذلك الوقت، كان هناك نوعان من محركات التيار المستمر الكهرومائية: الأول هو مولد الجهد المنخفض، حيث يتم توصيل مولدين على التوالي ويتم تشغيلهما بواسطة توربين واحد. أما الثاني فهو مولد الجهد العالي، وهو مولد ذو محورين وقطبين يشتركان في عمود واحد. سيتم تناول التفاصيل في المقال القادم.