ضخّ طاقة الوضع أو الطاقة الحركية في توربين الماء، فيبدأ بالدوران. عند توصيل المولد الكهربائي به، يبدأ المولد بتوليد الكهرباء. عند رفع مستوى الماء لضخّ الماء، تزداد سرعة التوربين. لذلك، كلما زاد فرق مستوى الماء، زادت الطاقة الحركية التي يحصل عليها التوربين، وبالتالي زادت الطاقة الكهربائية القابلة للتحويل. هذا هو المبدأ الأساسي للطاقة الكهرومائية.
عملية تحويل الطاقة هي: تحويل طاقة الوضع الجاذبية للمياه في المنبع إلى طاقة حركية لتدفق الماء. عندما يتدفق الماء عبر التوربين، تنتقل الطاقة الحركية إلى التوربين، الذي بدوره يُشغّل المولد لتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية. وبالتالي، فهي عملية تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.
نظراً لاختلاف الظروف الطبيعية لمحطات الطاقة الكهرومائية، تتفاوت سعة وسرعة وحدات المولدات الكهرومائية بشكل كبير. عموماً، تعتمد المولدات الكهرومائية الصغيرة وعالية السرعة، التي تعمل بتوربينات نبضية، على هياكل أفقية في الغالب، بينما تعتمد المولدات الكبيرة والمتوسطة السرعة على هياكل رأسية في الغالب. ونظراً لبعد معظم محطات الطاقة الكهرومائية عن المدن، فإنها تحتاج عادةً إلى إمداد الأحمال بالطاقة عبر خطوط نقل طويلة، لذا يفرض نظام الطاقة متطلبات أعلى لاستقرار تشغيل المولدات الكهرومائية: يجب اختيار معلمات المحرك بعناية؛ كما أن متطلبات عزم القصور الذاتي للدوار كبيرة. لذلك، يختلف مظهر المولد الكهرومائي عن مظهر مولد التوربينات البخارية. يتميز بقطر دوار كبير وطول قصير. كما أن الوقت اللازم لبدء تشغيل وحدات المولد الكهرومائي وتوصيلها بالشبكة قصير نسبياً، كما أن توزيع العمليات مرن. بالإضافة إلى توليد الطاقة بشكل عام، فهو مناسب بشكل خاص لوحدات تخفيض ذروة الاستهلاك ووحدات الطوارئ الاحتياطية. وقد وصلت السعة القصوى لوحدات المولدات الكهرومائية إلى 700,000 كيلوواط.
أما بالنسبة لمبدأ المولد، ففيزياء المرحلة الثانوية واضحة جدًا، ويعتمد مبدأ عمله على قانون الحث الكهرومغناطيسي وقانون القوة الكهرومغناطيسية. لذا، فإن المبدأ العام لبنائه هو استخدام الموصلية المغناطيسية المناسبة والمواد الموصلة لتشكيل دائرة مغناطيسية ودائرة حث كهرومغناطيسي متبادل لتوليد الطاقة الكهرومغناطيسية وتحقيق هدف تحويل الطاقة.
يعمل مولد التوربينات المائية بواسطة التوربين المائي. يتميز دواره بقصره وسمكه، وقصر وقت تشغيل الوحدة وتوصيلها بالشبكة، ومرونة توزيع العمليات. بالإضافة إلى توليد الطاقة بشكل عام، فهو مناسب بشكل خاص لوحدات تخفيف ذروة الاستهلاك ووحدات الطوارئ الاحتياطية. وقد وصلت السعة القصوى لوحدات مولدات التوربينات المائية إلى 800,000 كيلوواط.
يعمل مولد الديزل بمحرك احتراق داخلي. يتميز بسرعة التشغيل وسهولة التشغيل، إلا أن تكلفة توليد الطاقة منه مرتفعة. ويُستخدم بشكل رئيسي كطاقة احتياطية في حالات الطوارئ، أو في المناطق التي لا تصل إليها شبكات الكهرباء الكبيرة، وفي محطات الطاقة المتنقلة. تتراوح قدرته بين عدة كيلوواط وعدة كيلوواط. يخضع عزم الدوران على عمود محرك الديزل لنبضات دورية، لذا يجب منع حوادث الرنين وكسر العمود.
تُحدد سرعة المولد المائي تردد التيار المتردد المُولّد. ولضمان استقرار هذا التردد، يجب تثبيت سرعة الدوار. ولتثبيت السرعة، يُمكن التحكم في سرعة المحرك الرئيسي (التوربين المائي) في وضع التحكم بحلقة مغلقة. تُؤخذ إشارة تردد التيار المتردد المُرسلة وتُعاد إلى نظام التحكم الذي يتحكم في زاوية فتح وإغلاق ريشة التوجيه للتوربين المائي للتحكم في طاقة خرج التوربين المائي. ومن خلال مبدأ التحكم بالتغذية الراجعة، يُمكن تثبيت سرعة المولد.
وقت النشر: ٨ أكتوبر ٢٠٢٢
