ما هي أسباب عدم استقرار تردد مولد الطاقة الكهرومائية؟

لا يرتبط تردد التيار المتردد بشكل مباشر بسرعة محرك محطة الطاقة الكهرومائية، ولكنه يرتبط بها بشكل غير مباشر.
بغض النظر عن نوع معدات توليد الطاقة، فإنها تحتاج إلى نقل الطاقة إلى شبكة الكهرباء بعد توليدها، أي أن المولد يحتاج إلى الاتصال بالشبكة لتوليد الطاقة. بعد الاتصال بالشبكة، يصبح المولد جزءًا لا يتجزأ منها، وتكون الترددات متطابقة في جميع أنحاء الشبكة. كلما اتسعت شبكة الكهرباء، قلّ نطاق تذبذب التردد وازداد استقراره. مع ذلك، يرتبط تردد شبكة الكهرباء فقط بتوازن الطاقة الفعالة. فعندما تتجاوز الطاقة الفعالة المولدة من مجموعة المولدات الطاقة الفعالة للكهرباء، يرتفع التردد الكلي لشبكة الكهرباء، والعكس صحيح.
يُعدّ توازن الطاقة الفعّالة من أهمّ قضايا شبكة الكهرباء. ونظرًا لتغيّر أحمال الطاقة للمستخدمين باستمرار، يجب على الشبكة ضمان توازن إنتاج الطاقة وحملها. ويُعدّ تعديل التردد الاستخدامَ الأهمّ لمحطات الطاقة الكهرومائية في نظام الطاقة. وبالطبع، تُستخدم محطات الطاقة الكهرومائية الضخمة في سد الخوانق الثلاثة بشكل أساسي لتوليد الطاقة. وبالمقارنة مع أنواع محطات الطاقة الأخرى، تتمتّع محطات الطاقة الكهرومائية بمزايا جوهرية في تعديل التردد. إذ يُمكن لتوربينات المياه تعديل سرعتها بسرعة، ما يُتيح لها أيضًا تعديل إنتاج الطاقة الفعّالة وغير الفعّالة للمولد بسرعة، وبالتالي تحقيق توازن سريع لحمل الشبكة، في حين أنّ محطات الطاقة الحرارية والنووية تُعدّل إنتاج المحرك ببطء أكبر. وطالما كان توازن الطاقة الفعّالة في شبكة الكهرباء جيدًا، فإنّ الجهد يكون مستقرًا نسبيًا. ولذلك، تُسهم محطات الطاقة الكهرومائية إسهامًا كبيرًا في استقرار تردد شبكة الكهرباء.

في الوقت الراهن، تخضع العديد من محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة والمتوسطة الحجم في الصين مباشرةً لشبكة الكهرباء. ويجب أن تتمتع شبكة الكهرباء بتحكم كامل في محطات الطاقة الرئيسية ذات تعديل التردد، وذلك لضمان استقرار تردد وجهد شبكة الكهرباء. باختصار:
1. تحدد شبكة الكهرباء سرعة المحرك. نستخدم حاليًا محركات متزامنة لتوليد الطاقة، أي أن معدل تغير سرعتها هو نفسه معدل تغير سرعة شبكة الكهرباء، أي 50 دورة في الثانية. بالنسبة لمولد محطة توليد الطاقة الحرارية ذي زوج واحد فقط من الأقطاب الكهربائية، يدور بسرعة 3000 دورة في الدقيقة. أما بالنسبة لمولد محطة توليد الطاقة الكهرومائية ذي n زوجًا من الأقطاب الكهربائية، فيدور بسرعة 3000/N دورة في الدقيقة. عادةً ما يتم توصيل التوربين المائي والمولد معًا من خلال آلية نقل بنسبة ثابتة، لذا يمكن القول إن سرعة دورانهما تعتمد أيضًا على تردد شبكة الكهرباء.
٢. ما هو دور آلية تنظيم المياه؟ تعمل هذه الآلية على ضبط خرج المولد، أي الطاقة التي يرسلها إلى شبكة الكهرباء. عادةً، يتطلب تشغيل المولد بسرعة محددة طاقة معينة، ولكن بمجرد توصيله بشبكة الكهرباء، تتحدد سرعته بتردد الشبكة. في هذه الحالة، نفترض عادةً ثبات تردد الشبكة. وبالتالي، عندما تتجاوز طاقة المولد الطاقة اللازمة للحفاظ على سرعته، يقوم المولد بإرسال طاقة إلى الشبكة ويمتص طاقة أخرى. لذلك، عندما يُولّد المحرك طاقة تحت حمل ثقيل، بمجرد فصله عن الشبكة، ستزداد سرعته بسرعة من السرعة المحددة إلى عدة أضعاف، مما قد يؤدي إلى حوادث تطاير!
3. الطاقة المولدة بواسطة المولد ستؤثر بدورها على تردد الشبكة، وعادة ما تستخدم وحدات الطاقة الكهرومائية كوحدات لتعديل التردد بسبب معدل التنظيم العالي نسبيًا.