تحليل أسباب عدم استقرار تردد مولدات الطاقة الكهرومائية

لا توجد علاقة مباشرة بين تردد التيار المتردد وسرعة محرك محطة الطاقة الكهرومائية، ولكن توجد علاقة غير مباشرة.
بغض النظر عن نوع معدات توليد الطاقة، فإنها تحتاج إلى نقل الطاقة إلى الشبكة بعد توليد الكهرباء، أي أن المولد يحتاج إلى الاتصال بالشبكة لتوليد الكهرباء. كلما كانت شبكة الطاقة أكبر، قلّ نطاق تذبذب التردد، وازداد استقرار التردد. يرتبط تردد الشبكة فقط بتوازن الطاقة الفعالة. عندما تكون الطاقة الفعالة المنبعثة من مجموعة المولدات أكبر من الطاقة الفعالة للكهرباء، سيزداد التردد الكلي لشبكة الطاقة، والعكس صحيح.
يُعدّ توازن القدرة الفعّالة مسألةً أساسيةً في شبكة الكهرباء. ونظرًا لتغيّر أحمال الكهرباء للمستخدمين باستمرار، يجب على الشبكة ضمان توازن إنتاج الطاقة وحملها. ويُعدّ تنظيم التردد الاستخدامَ الأهمّ لمحطات الطاقة الكهرومائية في نظام الطاقة. والهدف الرئيسي من محطات الطاقة الكهرومائية واسعة النطاق هو توليد الكهرباء. وبالمقارنة مع أنواع محطات الطاقة الأخرى، تتمتّع محطات الطاقة الكهرومائية بمزايا جوهرية في تنظيم التردد. إذ يُمكن للتوربينات المائية تعديل سرعتها بسرعة، ما يُتيح لها أيضًا تعديل إنتاج المولدات الفعّالة وغير الفعّالة بسرعة، وبالتالي تحقيق توازن سريع لحمل الشبكة، بينما تُعدّل محطات الطاقة الحرارية والنووية وغيرها إنتاج المولدات ببطء نسبيًا. وطالما كانت القدرة الفعّالة للشبكة متوازنة، يكون الجهد مستقرًا نسبيًا. ولذلك، تُسهم محطات الطاقة الكهرومائية إسهامًا كبيرًا في استقرار تردد الشبكة.
في الوقت الحالي، تخضع العديد من محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة والمتوسطة الحجم في البلاد مباشرةً لشبكة الكهرباء، ويجب أن تتمتع شبكة الكهرباء بالسيطرة الكاملة على محطات الطاقة الرئيسية ذات تعديل التردد لضمان استقرار تردد وجهد شبكة الكهرباء. باختصار:
1. تحدد شبكة الكهرباء سرعة المحرك. نستخدم حاليًا محركات متزامنة لتوليد الطاقة، ما يعني أن معدل تغير سرعة المحرك يساوي معدل تغير سرعة شبكة الكهرباء، أي 50 دورة في الثانية. بالنسبة لمولد يستخدم في محطة طاقة حرارية بزوج واحد فقط من الأقطاب الكهربائية، تبلغ سرعة المحرك 3000 دورة في الدقيقة. أما بالنسبة لمولد طاقة كهرومائية بـ n زوجًا من الأقطاب الكهربائية، فتبلغ سرعة المحرك 3000/n دورة في الدقيقة. عادةً ما يتم توصيل دولاب الماء والمولد معًا بواسطة آلية نقل ذات نسبة ثابتة، لذا يمكن القول إن سرعة المحرك تتحدد أيضًا بتردد الشبكة.

٢. ما هو دور آلية ضبط الماء؟ تعمل هذه الآلية على ضبط خرج المولد، أي الطاقة التي يرسلها إلى الشبكة. عادةً ما يحتاج المولد إلى قدر معين من الطاقة للحفاظ على سرعته المقدرة، ولكن بمجرد توصيله بالشبكة، تتحدد سرعته بتردد الشبكة، ونفترض عادةً أن تردد الشبكة ثابت. وبالتالي، عندما تتجاوز طاقة المولد الطاقة اللازمة للحفاظ على سرعته المقدرة، فإنه يرسل طاقة إلى الشبكة، والعكس صحيح. لذلك، عندما يُولّد المحرك طاقة تحت حمل كبير، فإنه بمجرد فصله عن القطار، ستزداد سرعته بسرعة من السرعة المقدرة إلى عدة أضعاف، مما قد يتسبب في حادث سرعة زائدة!
3. الطاقة المولدة بواسطة المولد ستؤثر بدورها على تردد الشبكة، وعادة ما تستخدم الوحدة الكهرومائية كوحدة لتعديل التردد بسبب معدل التنظيم العالي نسبيًا.