تحليل 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، من الضروري نقل الطاقة الكهربائية إلى شبكة الكهرباء بعد توليدها، أي يجب توصيل المولد بالشبكة لتوليد الطاقة. بعد التوصيل، يصبح المولد جزءًا لا يتجزأ من شبكة الكهرباء، وتكون الترددات متطابقة في جميع أنحاء الشبكة. كلما اتسعت شبكة الكهرباء، قلّ نطاق تذبذب التردد وازداد استقراره. مع ذلك، يرتبط تردد شبكة الكهرباء بتوازن الطاقة الفعالة. فعندما تتجاوز الطاقة الفعالة المنبعثة من المولد الطاقة الفعالة المستهلكة، يرتفع التردد الكلي لشبكة الكهرباء، والعكس صحيح.

يُعدّ توازن الطاقة الفعّالة موضوعًا رئيسيًا في شبكة الكهرباء. نظرًا لتغيّر أحمال الطاقة للمستخدمين باستمرار، يجب على الشبكة ضمان توازن إنتاج الطاقة وحملها. يتمثل الهدف الأساسي لمحطات الطاقة الكهرومائية في نظام الطاقة في تعديل التردد. وبطبيعة الحال، تُستخدم محطات الطاقة الكهرومائية الضخمة في سد الخوانق الثلاثة بشكل رئيسي لتوليد الطاقة. تتميز محطات الطاقة الكهرومائية، مقارنةً بأنواع محطات الطاقة الأخرى، بمزايا جوهرية في تعديل التردد. إذ يمكن 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 أن محطات الطاقة الحرارية والنووية تُعدّل إنتاج الطاقة ببطء أكبر. طالما كان توازن الطاقة الفعّالة في شبكة الكهرباء جيدًا، يكون الجهد مستقرًا نسبيًا. لذلك، تُسهم محطات الطاقة الكهرومائية إسهامًا كبيرًا في استقرار تردد شبكة الكهرباء.

في الوقت الراهن، ترتبط العديد من محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة والمتوسطة الحجم في الصين مباشرةً بشبكة الكهرباء. ويجب أن يكون لشبكة الكهرباء سيطرة على 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 مرة 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 تتحدد أيضًا بتردد شبكة الكهرباء.
2. 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 بالشبكة، تتحدد سرعته بتردد الشبكة. في هذه الحالة، نفترض عادةً ثبات تردد الشبكة. وبالتالي، عندما تتجاوز طاقة المولد الطاقة اللازمة للحفاظ على سرعته المقدرة، 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 المقدرة 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.