الطاقة الكهربائية

---

المحتويات

---

مقدمة

تعريف الطاقة الكهربائية

• طاقة كهربائية ساكنة

• طاقة كهربائية متحركة

طرق توليد الطاقة الكهربائية المتحركة

• المولد الكهربائي

• البطارية.

• الخلايا الشمسية

• خلايا وقود الهيدروجين

طرق توليد الطاقة الكهربائية في محطات توليد الكهرباء

• وحدات توليد كهرباء تعمل بوقود الديزل

• وحدات توليد كهرباء تعمل بوقود الغاز

• وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة البخار

• وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة مركبة

• وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة النووية

• وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة المائية

• وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة الرياح

• وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة الشمسية

• وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة الحيوية

• وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة الجوفية

• وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة الأمواج

• وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة المد والجزر

• وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة الهيدروجين

الشبكات الكهربائية

• أنظمة الشبكات الكهربائية

• مستويات الجهد الكهربائية في الشبكات الكهربائية

الشبكة الكهربائية الوطنية الموحدة

شبكات الكهرباء في سلطنة عمان

• وحدات توليد الكهرباء المستخدمة

• مستويات الجهد الكهربائي المستخدمة

الربط الكهربائي بين الدول

بعض المصطلحات المستخدمة في الطاقة الكهربائية

---

مقدّمة

عرفَ الإنسان الكهرباء منذ قديم الزمان من خلال مشاهدته الظواهر الطبيعية مثل البرق والصواعق، وكذلك من خلال ملاحظته حدوث صعقات كهربائية من نوعيّة معينة من الأسماك تصدرها للدفاع عن نفسها، ثم بعد ذلك تم ملاحظة أنه عند فرك مادة الكهرمان تكتسب جذب الأجسام الخفيفة مثل القش والفرو، بمعنى تصدر عن هذا الفرك او الاحتكاك طاقة جذب، وهو ما نعرفه اليوم بالكهرباء الساكنة، لذلك تم اشتقاق كلمة الكهرباء من كلمة كهرمان.

بداية من القرن السابع عشر توالت الملاحظات والاكتشافات من قبل عدة علماء أسهمت جميعُها في الوصول إلى الطرق التي يتمّ بها توليد الطاقة الكهربائيّة التي نعرفها، لذلك لا نستطيع أنْ ننسب اكتشاف الطاقة الكهربائيّة الى زمن معين او إلى عالِم معيّن وإنما نستطيع القول بأن هناك عدة اكتشافات بعد عدة تجارب تم الاستفادة منها للوصول بالطاقة الكهربائية الى ما وصلت اليه اليوم؛ فنجد على سبيل المثال ان عناصر المعادلة الأساسية للطاقة الكهربائية التي نعرفها هي “الطاقة الكهربائية (P) = الجهد الكهربائي (V) X التيار الكهربائي”، ونلاحظ بان وحدات القياسات التي نستخدمها في قياس عناصر الطاقة الكهربائيّة تنسبُ إلى أسماء بعض العلماء الذين أسهموا في اكتشاف مكوّنات الطاقة الكهربائية، حيث ان وحدة قياس الطاقة الكهربائيّة هي الوات (W) تنسب إلى العالِم “وات “، و وحدة قياس الجهد الكهربائي هي الفولت (V) تنسب إلى العالِم “فولت”، و وحدة قياس شدة التيّار الكهربائي هي الامبير (A) تنسب الى العالم “أمبير”. هذا بالإضافة الى وجود وحدة قياسات أخرى نستخدمها عند التحدث عن المصطلحات الخاصة بالطاقة الكهربائية تم تسميتها نسبة الى العالم الذي اكتشفها.

 تعريفُ الطاقة الكهربائيّة

تعريف الكهرباء أساسًا على انها ظاهرة طبيعيّة مرتبطة بالشحنات الكهربائيّة الثابتة والشحنات الكهربائيّة المتحركة، حيث إن الشحنات الكهربائيّة هي خاصّية أساسيّة للمادة تحملها جُسيمات أوليّة. هذه الجُسيمات هي الإلكترونات التي تحمل شحنة سالبة والبروتونات التي تحمل شحنة موجبة.

اذن الكهرباء هي عبارة عن تدفّق (سريان) الإلكترونات عبر الذرّات التي هي المكون الأساسي للمادة، وبهذه الطريقة تتمّ عملية سريان التيّار الكهربائي عبر الأسلاك الكهربائيّة. ومن أجل أنْ نفهم هذه العملية أكثر يتطلّب منا الرجوع لفهم المبادئ الأساسيّة لتكوين المادة من خلال معرفة حقائق التركيب الذرّي للمادة وهي: –

• الذرة هي المكوّن الأساسي للمادة.

• النظرية الذريّة للمادة توصف بأن جميع المواد باختلاف حالاتها تتكون من ذرّات.

• تتكون الذرّة الواحدة من عدد من البروتونات (موجبة الشحنة) وعدد من الإلكترونات (سالبة الشحنة) وعدد من النيترونات (بدون شحنة).

• في الوضع الطبيعي للمادة يكون عدد البروتونات يساوي عدد الإلكترونات.

• عادة النيترونات (بدون شحنة) والبروتونات (موجبة الشحنة) تكون في مركز الذرّة، أما الإلكترونات (سالبة الشحنة) فتدور حول مركز الذرّة في المحيط الخارجي.

• أي أنّ الإلكترونات تكون أكثر عُرضة للانتقال من ذرّة إلى أخرى كونها تدور في المحيط الخارجي للذرّة (كما سيأتي الاستدلال بها).

• عادة الشحنات المتشابهة تتنافر والشحنات المختلفة تتجاذب.

نفهم من هذه الحقائق بأن الذرة بمكوّناتها تكون هي المصدر الأول لسريان التيّار الكهربائي (كما سيأتي توضيحه لاحقًا). أي أنّ الذرّة هي الوسيلة الأولى لنقل الكهرباء من خلال انتقال الإلكترونات (الشحنات السالبة) عبر الذرّات التي هي المكوّن الأساسي لمادة الموصل الكهربائي (السلك الكهربائي). لهذا السّبب لا نستطيع رؤية التيّار الكهربائي عند سريانه في الأسلاك الكهربائيّة.

إذن الطاقة الكهربائيّة: – هي شكل من أشكال الطاقة، وتعتبرُ الكهرباء من المصادر الثانويّة للطاقة، وقد تم تعريف المصادر الثانويّة للطاقة في الفصل الأول من هذا الكتاب على أنها مصادر الطاقة التي يتم الحصول عليها بعد أن يتمّ تحويل بعض المصادر الأوليّة للطاقة من شكلها الطبيعي إلى شكل آخر من أشكال الطاقة باستخدام بعض التقنيّات، على سبيل المثال؛ النفط الخام مصدر أولّي، نستخدم فيه تقنية (تكرير النفط) للحصول على وقود الديزل (مصدر ثانوي)، ثم نستخدم في وقود الديزل تقنيّة (مولّد كهربائي) للحصول على طاقة كهربائيّة.

كذلك الطاقة الكهربائيّة في حدّ ذاتها لا يتم استخدامها مباشرة كطاقة وانما يتم الاستفادة منها للحصول على (مصدر نهائي)، المصادر النهائية التي نحصل عليها مثل الطاقة الضوئيّة (الإضاءة)، الطاقة الحراريّة (سخّان الماء)، الطاقة الحركيّة (غسّالة الملابس) وغيرها …

من هنا ننتقل إلى التعرّف على أنواع الطاقة الكهربائيّة التي تكون الذرّة هي المنفذ الأول لها، حيث يوجد هناك نوعان من الطاقة الكهربائيّة، طاقة كهربائيّة ساكنة وطاقة كهربائيّة متحركة، الشكل رقم 1 يوضّح أنواع الطاقة الكهربائيّة.

الطاقة الكهربائيّة الساكنة: – هي الطاقة الكهربائيّة التي نشعر بها ونلاحظها عند حدوثها ولكن لا نستخدمها في حياتنا اليومية إلا في بعض التطبيقات المحدودة. الطاقة الكهربائيّة الساكنة هي ما نلاحظه عند: –

• • حدوث البرق او الصواعق.

  • حدوث الشرارة نتيجة للاحتكاك بين جسم الإنسان وبعض مقابض الأبواب.

  • حدوث التصاق بعض أنواع الملابس بالجسم عند لبسها.

  • حدوث التصاق الشعر بالمشط عند مشطه في بعض الأحيان.

  • وغيرها من الملاحظات.

هذه الظواهر التي نشاهدها تحدث نتيجة لاحتكاك جسمين، حيث تنتقل الإلكترونات (الشحنة السالبة) من الذرّات المكونة لجسم معيّن إلى ذرّات أخرى مكونة لجسم آخر.

سبب انتقال الإلكترونات: – فهمنا من التركيب الذرّي للمادة أنّ الذرة في وضعها الطبيعي يكون عدد البروتونات (الشحنة الموجبة) يساوي عدد الإلكترونات (الشحنة السالبة) وإنّ الإلكترونات تكون أكثر عرضة للانتقال من ذرة إلى أخرى كونها تدور في المحيط الخارجي للذرّة. وعندما يحدث الاحتكاك بين جسمين تنتج عنه عملية فقد واكتساب للإلكترونات بين الذرّات وبالتالي تفقد الذرّة وضعها الطبيعي. فالذرّات التي اكتسبت الإلكترونات تصبح مشحونة شحنة سالبة والذرّات التي فقدت الإلكترونات تطغى عليها الشحنة الموجبة.

توليد الطاقة الكهربائيّة الساكنة: – عند انتقال الإلكترونات بين الذرّات بالفقد والاكتساب ينتج عنها تجمّع الشحنات على الجسم المكون من الذرّات وتبقى متجمّعة وساكنة. وعملية تجمّع الشحنات وسكونها على الجسم تسمّى بالكهرباء الساكنة، وسمّيت بالساكنة لأنها تبقى ساكنة على حالتها حتى يحدث اللمس بين جسمين.

الإحساس بالطاقة الكهربائيّة الساكنة: – عندما يحدث اللمس بين جسمين يتمّ التجاذب بين الشحنات المتجمّعة وينتج عنه سريان الشحنات الكهربائية من الجسم الذي لديه شحنات عالية إلى الجسم الذي لديه شحنات منخفضة، تحدث شرارة كهربائية نشعر بها. وهو ما نلاحظه عند حدوث الصواعق وغيرها من الظواهر التي ذكرناها.

استخدامات الطاقة الكهربائيّة الساكنة: – يقتصر استخدامات الكهرباء على بعض الاستخدامات المحدودة مثل آلات التصوير، عملية طلاء السيارات، عملية تنقية الهواء من الجزيئات الملوّثة، وغيرها من التطبيقات المحدودة. أما الطاقة الكهربائيّة الأكثر استخدامًا في حياتنا اليوميّة فهي الطاقة الكهربائيّة المتحركة.

الطاقة الكهربائيّة المتحركة: –تحدث الطاقة الكهربائيّة نتيجة لتحرك سيل من الإلكترونات (الشحنات السالبة) عبر الموصّل (السلك) عندما تتعرض إلى قوة كهربائيّة (الطريقة التي يتمّ بها توليد الطاقة الكهربائيّة كما سيأتي توضيحها) مما يسبب سريان هذه الإلكترونات على شكل تيّار يسمّى بالتيّار الكهربائي. ويعرف التيّار الكهربائي بأنه معدّل تدفق الإلكترونات في جسم الموصّل الكهربائي.

التيّار الكهربائي هو تدفّق الشحنات الكهربائيّة عبر الموصّلات الناقلة للطاقة الكهربائيّة الناتجة عن الطرق التي يتمّ بها توليد الطاقة الكهربائيّة المتحركة. طرق توليد الطاقة الكهربائية المتحركة مثل المولدات الكهربائيّة والبطاريات والخلايا الشمسية وخلايا وقود الهيدروجين. وهناك نوعان من التيّار الكهربائي وهما التيّار الكهربائي المستمر والتيّار الكهربائي المتردّد: –

• التيّار الكهربائي المستمر: ويعرف أيضًا بالتيّار المباشر، وهو عبارة عن تدفّق ثابت للإلكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب وهو ثابت الشدة ويسري في اتجاه واحد فقط، وهو التيّار الذي نستخدمه عند استعمالنا البطاريات بشتى أنواعها مثل بطارية السيارة وغيرها، ويرمز له بالرمز ((DC وهو اختصار للمصطلح الإنجليزي (Direct Current).

• التيّار الكهربائي المتردّد: التيّار المتردّد هو الأكثر شيوعًا وهو الذي يُستخدم في الشبكات الكهربائيّة، باختصار هو التيار الذي نستخدمه في منازلنا، ويرمز له بالرمز ((AC وهو اختصار للمصطلح الإنجليزي (Alternator Current).

طرق توليد الطاقة الكهربائيّة المتحركة

توجد عدّة طرق يتمّ من خلالها توليد الطاقة الكهربائيّة، وهي الطرق التي يتمّ بها الحصول على الطاقة الكهربائيّة منها بعد أنْ يتمّ تحويل أحد المصادر الأولية للطاقة إلى شكل آخر من أشكال الطاقة من خلال استخدام تقنيّات مختلفة. التقنيّات الشائعة الاستخدام في توليد الطاقة الكهربائيّة هي: –

• المولّد الكهربائي

• البطارية

• الخلايا الشمسيّة

• خلايا الهيدروجين

المولّد الكهربائي؛ هي الآلة التي تستخدم كتقنيّة لتحويل المصادر الأولية للطاقة (الوقود) إلى طاقة ثانوية (الكهرباء). بشكل عام المولّد الكهربائي يقوم بتحويل الطاقة الحركية (الميكانيكيّة) إلى طاقة كهربائيّة. وهو مكون من عدة أجزاء، وسيتم التركيز هنا على جزأين أساسيين: الجزء الميكانيكي والجزء الكهربائي.

• الجزء الميكانيكي (المحرك): المحرك (Engine) هو الجزء الذي يتم فيه تحويل مصدر الطاقة الأوليّة (الوقود) إلى طاقة ميكانيكية. ونتيجة لحدوث الطاقة الميكانيكية يدور عمود الدوران المركزي المتصل مباشرة مع الجزء الدوار من المولّد.

• الجزء الكهربائي (المولّد): المولد (Generator) وهو الجزء الذي تتم فيه عملية توليد الكهرباء. ويتكون من جزأين رئيسيين هما الجزء الثابت (Stator) ويحتوي على مجموعة من الموصّلات الكهربائية والمغناطيس، للحصول على مجال مغناطيسي. والجزء الدوار (Rotor) والمتصل مباشرة مع المحرك من خلال عمود الدوران المركزي.

• كيف تتمّ عملية توليد الكهرباء: نتيجة لتحويل أحد المصادر الأولية للطاقة (الوقود) إلى طاقة ميكانيكية، يدور عمود الدوران المركزي الذي يقوم بتدوير الجزء الدوار (Rotor) الموجود داخل المولد، وكلما قطع الملف الدوار (Rotor) المجال المغناطيسي الناتج يتم الحصول على التيار الكهربائي وبذلك تتم عملية توليد الكهرباء. الشكل رقم 2 يوضّح عمليّة توليد الطاقة الكهربائيّة في المولد الكهربائي.

البطارية: كما ذكرنا سابقا أنّ البطارية هي إحدى الطرق التي يتم بها توليد الكهرباء المتحركة. فالطريقة التي يتم بها توليد الكهرباء في البطارية هي تحويل الطاقة الكيميائية المخزّنة في الخلايا الكهروكيميائية داخل البطارية إلى طاقة كهربائية.

تتكون البطارية بشكل عام من ثلاثة أجزاء رئيسية وهي: –

• القطب السالب او الأنود (Anode): وهو عادة يكون مصنوعًا من مادة مؤكسدة، أي أنها مادة تفقد الالكترونات السالبة بسهولة.

• القطب الموجب او الكاثود (Cathode): وهو عادة يكون مصنوعًا من مادة مختزلة، أي أنها مادة تجذب الإلكترونات السالبة.

• مادة الإلكتروليت (Electrolyte): وهو عبارة عن مادة كيميائيّة بين القطبين السالب والموجب للبطارية، ويتم من خلالها التفاعل الكيميائي داخل البطارية والذي ينتج عنه توليد الطاقة الكهربائيّة.

عادة مادة الإلكتروليت تكون مادة سائلة او عجينة رطبة، وبالتالي وبناء على نوعيّة مادة الإلكتروليت يتم تصنيف البطارية إلى نوعين: –

• البطاريّة الجافة (Dry Cell): وهي البطاريّة التي تكون مادة الإلكتروليت عبارة عن عجينة رطبة.

• البطارية الرطبة (Wet Cell): وهي البطارية التي تكون مادة الإلكتروليت عبارة عن محلول.

• كيف تنتج الكهرباء داخل البطاريّة: عرفنا مما سبق من التركيب الذرّي للمادة أنّ الكهرباء تنتج عندما تتحرك الإلكترونات من ذرّة إلى أخرى. وفي حالة البطاريّة فانه نتيجة للتفاعل الكهروكيميائي الذي يحصل داخل البطارية بين أجزاء البطاريّة الثلاثة (القطب السالب + مادة الالكتروليت + القطب الموجب)، تحدث عملية الأكسدة والاختزال، أي أنّ الإلكترونات تتجمع عند القطب السالب داخل البطاريّة من خلال تفاعل مادة الالكتروليت، كما تعمل مادة الالكتروليت على فصل وتوازن الالكتر ونات داخل البطارية، وبالتالي تتجمع الإلكترونات على شكل طاقة كهربائيّة عند القطب السالب دون انجذابها الى القطب الموجب. هذا ما يحدث داخل البطاريّة.

• كيف تنتقل الكهرباء خارج البطاريّة: عندما نستخدم البطاريّة للحصول على طاقة كهربائية ونقوم بغلق الدائرة الكهربائيّة الموصلة بين الجهاز المراد تشغيله وبين قطبي البطاريّة (السالب والموجب)، تنتقل الإلكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب خارج البطارية، على شكل تيّار كهربائي تيار (تيار مستمر DC). هذا ما يحدث خارج البطارية.

• أي أنّ الإلكترونات خارج البطاريّة تنتقل من القطب السالب إلى القطب الموجب من خلال سلك الدائرة الكهربائية الموصل للحمولة الكهربائية (أي جهاز يشتغل بالبطارية)، وتنتقل الإلكترونات من القطب الموجب إلى القطب السالب داخل البطارية. الشكل رقم 3 يوضّح الأجزاء الاساسية للبطارية واتجاه الالكترونات خارج البطارية.

الخلايا الشمسيّة:  هي إحدى الطرق التي يتم بها توليد الكهرباء المتحركة. والخليّة الشمسيّة تعرف أيضًا بالخلية الضوئيّة او الخليّة الكهروضوئيّة. يتم توليد الكهرباء من خلالها عن طريق تحويل الطاقة الشمسيّة مباشرة إلى طاقة كهربائية دون الحاجة إلى وسيط ثالث كما هو الحال في طرق توليد الكهرباء من المولّد الكهربائي الذي يحتاج إلى وسيط آخر وهو الوقود، او البطارية التي تحتاج إلى التفاعل الكيميائي من أجل توليد الكهرباء.

تتكون الخليّة الشمسيّة من مواد شبه موصلة (غالبًا ما تكون مادة السليكون). ويتم تجميع الخلايا الشمسيّة في مجموعات كبيرة من الخلايا يطلق عليها اسم الألواح الشمسيّة التي عادة تكون بلون أزرق او ازرق داكن او أسود.

• كيف تنتج الكهرباء في الخلايا الشمسيّة: عندما تتوفر الطاقة الشمسيّة تقوم الخلايا الشمسيّة باستقبال الطاقة الشمسية وتشكل حقلًا كهربائيًا ينتج عنه انطلاق الإلكترونات من المادة شبه الموصّلة (السليكون) وتتجمع الإلكترونات الناتجة على شكل طاقة كهربائية وينتج عنها التيّار الكهربائي من نوع (تيّار مستمر DC)، كالتيّار الذي ينتج في البطارية وخلايا الهيدروجين، كما سيأتي توضيحه. الشكل رقم 4 يوضّح نظام عمل الخلايا الشمسية.

خلايا وقود الهيدروجين: خلايا وقود الهيدروجين هي أيضًا إحدى الطرق التي يتم بها توليد الكهرباء المتحركة. وخلايا الوقود عبارة عن خليّة او جهاز يقوم بإنتاج الطاقة الكهربائيّة بالإضافة إلى بخار الماء. يحدث هذا من خلال التفاعل الكهربائي الكيميائي الذي يحدث بين الهيدروجين والأوكسجين مع توفر مادة الإلكتروليت. وتتكون خلايا الوقود من ثلاثة أجزاء رئيسيّة وهي: -القطب السالب، القطب الموجب، الإلكتروليت، العامل المساعد. الشكل رقم 5 يوضّح انتاج الكهرباء من خليّة وقود الهيدروجين.

• كيف تنتج الكهرباء من خلايا الهيدروجين: تعمل خلايا الهيدروجين من خلال التفاعل الكهروكيميائي الذي يحدث بين الهيدروجين والأوكسجين مع توفر مادة الإلكتروليت والعامل المساعد كما سيتم توضيحه كالتالي: –

• يتم إدخال غاز الهيدروجين الذي عادة يكون مخزنًا بكمية مناسبة من جانب القطب السالب (Anode)، وفي الوقت نفسه يتمّ إدخال غاز الأوكسجين او الهواء من جانب القطب الموجب (Cathode).

• عند مرور غاز الهيدروجين حول القطب السالب (Anode) ومع حدوث التفاعل الكهروكيميائي مع وجود مادة الإلكتروليت والعامل المساعد يتحول الهيدروجين إلى أيونات موجبة ((H+ وإلكترونات سالبة (e-)، وبالتالي نتيجة لهذا التفاعل ينتج التالي: –

• إنتاج الكهرباء: عندما يتأيّن الهيدروجين تنتقل الإلكترونات (e-) من خلال سلك على شكل تيّار كهربائي (تيار مستمر DC)، وبذلك يتم إنتاج الطاقة الكهربائية.

إنتاج المياه: في الوقت نفسه عندما يتأيّن الهيدروجين تنتقل الأيونات الموجبة (H+) ويتم التفاعل بينها وبين الأوكسجين او الهواء عند مروره من جانب القطب الموجب (Cathode) مكوّنًا بخار الماء (H2O) بكميات قليلة.

طرق توليد الطاقة الكهربائيّة في محطات توليد الكهرباء

المولّد الكهربائي (وحدة توليد الكهرباء) هو المصدر الأساسي لتوليد الطاقة الكهربائية في محطات توليد الكهرباء، حيث يقوم المولّد الكهربائي بتحويل المصادر الأولية للطاقة (الوقود) إلى طاقة كهربائيّة، سواء كانت هذه مصادر متجدّدة او غير متجدّدة؛ لذلك نجد أنه يتم تسمية المولدات الكهربائية على حسب نوعية المصادر الأولية المستخدمة، بعض المحطات يوجد بها أكثر من نوع من المولدات، وعلى حسب نوعية المصادر يتم تقسيم تسمية وحدات توليد الطاقة الكهربائيّة إلى نوعين من الوحدات، وحدات التوليد من المصادر غير المتجددة ووحدات المصادر المتجددة. الشكل رقم 6 يوضّح أنواع وحدات توليد الطاقة الكهربائيّة.

1.وحدات توليد كهرباء تعمل بوقود الديزل:

تستعمل هذه الوحدات وقود الديزل كمصدر للطاقة، وتعتبر من النوع ذي الاحتراق الداخلي، حيث يحترق الوقود داخل غرف احتراق بعد مزجها بالهواء بنسب معيّنة. فتتولّد غازات نتيجة للاحتراق فينتج عنها ضغط مرتفع تقوم بتحريك المكبس الذي ينتج عنه دوران العمود الدوار المتصل بالجزء الدوار في المولد الكهربائي فتتولد الطاقة الكهربائية.

وتتراوح سعتها الإنتاجية من الطاقة الكهربائيّة حسب نوعيّتها من أقل من 1 ميجا وات إلى حوالي 50 ميجا وات. وتمتاز بسرعه التشغيل وسرعة الإيقاف، وتستخدم عادة في حالات الطوارئ او أثناء فترة ذروة الأحمال الكهربائيّة في الشبكة الكهربائيّة، كما تستخدم في توليد الطاقة الكهربائيّة في القرى والمدن الصغيرة (المناطق النائية) نظرًا لقلة الأحمال الكهربائيّة. الشكل رقم 7 يوضّح مجسم لوحدة توليد كهرباء تعمل بوقود الديزل.

2.وحدات توليد كهرباء تعمل بوقود الغاز:

تستعملُ هذه الوحدات وقود الغاز الطبيعي كمصدر أساسي او وقود الديزل كمصدر في الحالات الطارئة، وتعتبر من النوع ذي الاحتراق الداخلي. حيث يتم تحويل طاقة الوقود المستخدم عند احتراقه بعد مزجه بالهواء بنسب معيّنة إلى طاقة حركية ينتج عنه دوران التوربينة المتصلة بالعمود الدوار المتصل بالجزء الدوار في المولّد الكهربائي فتتولد الطاقة الكهربائّية.

وتتراوح سعتها الإنتاجية من الطاقة الكهربائية حسب نوعيتها من 1 ميجا وات إلى حوالي 250 ميجا وات حسب نوعية الصنع وحاجة الاستعمال، وتمتاز بسرعة التشغيل وسرعة الإيقاف، وتستخدم كمصدر أساسي لتوليد الطاقة الكهربائيّة في بعض الشبكات الكهربائيّة ذات الأحمال المتوسطة حسب توفر كميات الوقود المستخدم، كما تستخدم في حالات الطوارئ او أثناء ذروة الأحمال في بعض الشبكات الكهربائية. الشكل رقم (8) يوضّح مجسم لوحدة توليد كهرباء تعمل بوقود الغاز.

3.وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة البخار:

تستعمل هذه الوحدات أنواعًا مختلفة من الوقود كمصدر للطاقة حسب نوعيّتها مثل (الفحم، الديزل، الغاز الطبيعي، الطاقة النوويّة، الطاقة الشمسيّة)، حيث إنه نتيجة لاحتراق الوقود المستخدم في أفران خاصة يتم الحصول على طاقة حرارية ينتج عنها تسخين المياه المتوفرة في مراجل خاصة، ونتيجة للتسخين تتحول المياه إلى بخار ضاغط يقوم بتدوير التوربينة المتصلة بالعمود الدوار المتصل بالجزء الدوار في المولّد الكهربائي فتتولّد الطاقة الكهربائيّة.

وتبلغ سعتها الإنتاجية من الطاقة الكهربائيّة حسب نوعيتها عادة من 1 ميجا وات إلى حوالي 1000 ميجا وات. وتمتاز هذه الوحدات بسعتها الإنتاجيّة العالية. وتستخدم هذه الأنواع من الوحدات في الشبكات الكهربائيّة بأحجامها المختلفة. الشكل رقم (9) يوضّح مجسم لوحدة توليد كهرباء تعمل بطاقة البخار.

4.وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة مركّبة:

المقصود بوحدات التوليد المركّبة هو أنّ هذه الوحدات أساسًا مصمّمة لتوليد الكهرباء بوقود الغاز، وإضافة إلى ذلك يتم الاستفادة من الغازات الناتجة من الاحتراق بعد توليد الطاقة الكهربائيّة يستفاد من هذه الغازات المهدورة في تسخين المياه المتوفرة في مراجل خاصة وتحويلها إلى بخار. ويستفاد من البخار الناتج في توليد الطاقة الكهربائيّة كما تم شرحه في وحدات التوليد البخاريّة، أي ان وحدات توليد الكهرباء المركبة يتم توليد الكهرباء منها أولًا بطاقة الغاز ثم يستفاد من الغازات الناتجة في تسخين المياه للحصول على بخار ماء مضغوط يستخدم في توليد الكهرباء.

لذلك تمتاز هذه الوحدات بسعتها الإنتاجيّة المرتفعة، وكذلك تمتاز بكفاءتها التشغيلية، حيث تتجاوز كفاءتها التشغيلية 50%. بينما الكفاءة التشغيلية لوحدات التوربينات الغازيّة لا تتجاوز 35%، وكذلك وحدات التوليد البخاريّة لا تتجاوز 40%. وتستخدم وحدات التوربينات المركّبة كمصدر أساسي لتوليد الطاقة الكهربائيّة في الشبكات الكهربائيّة. الشكل رقم 10 يوضّح مجسم لوحدات توليد كهرباء مركّبة.

5.وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة النوويّة:

تستعمل هذه الوحدات وقود ذرّات اليورانيوم كمصدر للطاقة الكهربائيّة، وكما هو معروف بأنه تمت تسمية هذا النوع من الطاقة بالطاقة النووية أو الطاقة الذرّية نسبة إلى الطاقة الحرارية التي تنتج من انقسام نواة ذرّة معدن اليورانيوم.

الراسخ في أذهاننا جميعا أنّ الطاقة النووية مرتبط اسمها دائما بالاستخدام العسكري المدمر، ولكن في المقابل توجد هناك عدة استخدامات أخرى سلمية للطاقة النووية، حيث توجد عدة تطبيقات لاستخدام الطاقة النووية سلميًا في مجالات مختلفة مثل الزراعة والغذاء والطب وتحلية المياه واستكشاف الفضاء بالإضافة إلى توليد الطاقة الكهربائيّة التي هي موضوع حديثنا.

فكرة التقنيّة المستخدمة في وحدات التوليد من الطاقة النووية هي نفس التقنيّة المستخدمة في وحدات التوليد البخاريّة لإنتاج الطاقة الكهربائيّة.

• في حالة الوحدات البخاريّة يتم الحصول على الطاقة الحرارية لتسخين المياه نتيجة لاحتراق الوقود المستخدم في أفران خاصة.

• في حالة الوحدات النوويّة يتم الحصول على الطاقة الحرارية لتسخين المياه من خلال استخدام مفاعل نووي صغير مصمّم بطريقة خاصة للحصول على طاقة حراريّة مناسبة لتسخين المياه المتوفرة في مراجل خاصة وبالتالي الحصول على بخار ماء يقوم بتدوير التوربينة المتصلة بالعمود الدوار المتصل بالمولد الكهربائي فتتولد الطاقة الكهربائيّة.

وتمتاز وحدات التوليد من الطاقة النوويّة بأن سعاتها الإنتاجية للطاقة الكهربائية عالية. كما أنها تأخذ وقتًا طويلًا في بداية تشغيلها حتى ترتبط بالشبكة الكهربائية وكذلك عند إغلاقها. لذلك يتم تشغيلها على مدار الساعة وبالتالي تستخدم هذه الوحدات لتوليد الطاقة الكهربائيّة للأحمال الأساسية في الشبكة الكهربائية. الشكل رقم 11 يوضّح مجسم لمحطة توليد كهرباء تعمل بالوقود النووي.

6.وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة المائيّة:

تستخدم هذه الوحدات قوّة تدفّق المياه كمصدر للطاقة الكهربائيّة، حيث يخزّن الماء خلف سد، ثم يسمح للماء بالتدفّق. وقوة تدفّق الماء تقوم بتدوير التوربين المائي وينتج عن ذلك تدوير العمود الدوار في المولّد الكهربائي الذي ينتج عنه توليد الطاقة الكهربائيّة.

وتختلف سعتها الإنتاجية من الطاقة الكهربائيّة حسب قوة تدفّق المياه لنوعية الوحدة. وتصل السعة القصوى إلى أكثر من 2000 ميجا وات.

وتعتبر وحدات التوليد المائيّة من أكثر الوحدات استخدامًا لإنتاج الطاقة الكهربائيّة على مستوى العالم بالنسبة للوحدات التي تستخدم مصادر الطاقة المتجدّدة كمصدر للطاقة. الشكل رقم 12 يوضّح مجسم لمحطة توليد كهرباء تعمل بالطاقة المائيّة.

7.وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة الرياح:

تستخدم هذه الوحدات قوة تدفّق الرياح الناتجة عن حركة الرياح المستمرة كمصدر للطاقة الكهربائيّة، حيث تعمل حركة الرياح على تدوير توربينات الرياح المكونة من ثلاثة أذرع، وينتج عن ذلك تدوير العمود الدوار في المولد الكهربائي الذي تنتج عنه الطاقة الكهربائية. ويتم تركيب وحدات الرياح في الاماكن التي تتوفر فيها الرياح المناسبة سواء كانت في البر او في البحر.

وتختلف سعتها الإنتاجية من الطاقة الكهربائيّة حسب استمرارية حركة الرياح وقوة تدفّقها في المكان الذي تم فيه إنشاء وحدات التوليد. الشكل رقم 13 يوضّح مجسم لوحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة الرياح في البحر.

8. وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة الشمسيّة:

تستعمل هذه الوحدات ضوء الشمس كمصدر للطاقة الكهربائيّة. وتستخدم عدة تقنيّات لتوليد الطاقة الكهربائيّة من الطاقة الشمسيّة. النوعان الأكثر استخدامًا بشكل تجاري في وحدات توليد الكهرباء من الطاقة الشمسيّة: –

• وحدات تعمل بتقنيّة الطاقة الشمسيّة الكهروضوئيّة:

• تستخدم في هذه التقنيّة ألواحًا شمسية مصنوعة من مواد خاصة ومصمّمة بطريقة تقوم باستقبال ضوء الشمس ويتم تحويله إلى طاقة كهربائيّة. وتتكون هذه الوحدات من عدد كبير من الألواح الشمسية لتناسب مقدار الطاقة الكهربائيّة المطلوب إنتاجها من هذه الوحدات. والتيّار الكهربائي الناتج هو تيار مستمر (DC) ويتم تحويله إلى تيّار متردد (AC)، بحيث يتناسب مع التيّار المستخدم عادة في الشبكات الكهربائيّة. الشكل رقم 14 يوضّح مجسم لمحطة توليد كهرباء تعمل بالطاقة الشمسيّة (تقنيّة الطاقة الكهروضوئية).

• وحدات تعمل بتقنيّة الطاقة الشمسيّة المركزة:

• يستخدم في هذه التقنية مرايا او عدسات يتم تركيبها بزوايا معيّنة وعلى مسافات محددة، بحيث ينعكس ضوء الشمس من جميع هذه المرايا على جسم مصمّم لاستقبال هذه الانعكاسات (الطاقة الشمسيّة). ونتيجة لهذه الطاقة المركزة تتحول الطاقة الشمسيّة إلى طاقة حرارية تقوم بتسخين المياه المتوفرة في مراجل خاصة وتحويلها إلى بخار. ويستفاد من البخار الناتج في توليد الطاقة الكهربائيّة، كما تم شرحه في وحدات التوليد البخارية، وتتكون هذه الوحدات من عدد كبير من المرايا لتناسب مقدار الطاقة الكهربائية المطلوب إنتاجها من هذه الوحدات. الشكل رقم 15 يوضّح مجسم لمحطة توليد كهرباء تعمل بالطاقة الشمسيّة (تقنيّة الطاقة الشمسيّة المركزة)

9. وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة الحيويّة: –

تستعمل هذه الوحدات الوقود الحيوي كمصدر للطاقة الكهربائيّة، كما هو معروف يتم الحصول عليها من المخلفات المستمدّة من الكائنات الحية سواء النباتيّة او الحيوانيّة، كما يتم الحصول عليها من التحليل الصناعي للنفايات المختلفة مثل: –

• نفايات المدن كالنفايات الصناعيّة والتجاريّة والمنزليّة.

• النفايات الزراعيّة والسماد العضوي.

• المواد العضوية.

توجد عدة تقنيّات مستخدمة للاستفادة من الطاقة الحيويّة. فكرة عمل هذه التقنية تشبه التقنية المستخدمة في وحدات التوليد البخارية، والتقنية الأكثر استخدامًا في هذه الوحدات تتمّ بواسطة تخزين المواد المكونة للوقود الحيوي في مخازن خاصة، ومن ثم يتمّ حرقها في أفران خاصة، وتنتج عن ذلك غازات ساخنة، ثم تقوم هذه الغازات بتسخين المياه المتوفرة في مراجل خاصة وتحويلها إلى بخار يستفاد منه في تدوير التوربينة المتصلة بالعمود الدوار المتصل بالجزء الدوّار في المولّد الكهربائي فتتولّد الطاقة الكهربائيّة.

وتعتبر الطاقة الحيويّة من مصادر الطاقة المتجدّدة لأنه بالإمكان الحصول على الوقود الحيوي في فترة قصيرة من الزمن مقارنة بالوقود الأحفوري. الشكل رقم 16 يوضّح مجسم لمحطة توليد كهرباء تعمل بالوقود الحيوي.

10. وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة الجوفيّة:

تستعمل هذه الوحدات الحرارة الناتجة من جوف الأرض كمصدر للطاقة الكهربائيّة، وتوجد حاليا عدة تقنيّات مستخدمة في هذا المجال، وفكرة عمل هذه التقنية تشبه التقنيّة المستخدمة في وحدات التوليد البخاريّة، حيث يتمّ تسخين الماء نتيجة لشدة الحرارة الصادرة من جوف الأرض؛ وبالتالي ينتج البخار الذي يقوم بتدوير العمود الدوار المتصل بالمولّد الكهربائي فتتولّد الطاقة الكهربائية.

توجد عدة تقنيّات مستخدمة في وحدات التوليد من الطاقة الجوفيّة وهي: –

• تقنية البخار الجاف.

• تقنية الضغط والتبخير.

• تقنية الدائرة المزدوجة.

وتمتاز هذه الوحدات باستمرار توليد الطاقة الكهربائيّة على مدار الساعة. كما تمتاز بأنها تحتاج إلى مساحة أقل من الأرض مقارنة بالمساحة التي تحتاجها وحدات الطاقة الشمسيّة وطاقة الرياح لإنتاج نفس الكمية من الطاقة الكهربائيّة. وتعتبر الطاقة الجوفيّة من مصادر الطاقة المتجددة الواعدة ولكنها غير مستغلّة إلى الآن. الشكل رقم 17 يوضّح مجسم لمحطة توليد كهرباء تعمل بالطاقة الجوفيّة.

11. وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة الأمواج:

تستعمل هذه الوحدات طاقة حركة أمواج البحار والمحيطات كمصدر للطاقة الكهربائيّة، كما هو معروف بأنّ حركة الأمواج تتأثر بحركة الرياح على سطح الماء، وبالتالي نجد أنّ فكرة عمل التقنيّة المستخدمة في وحدات توليد الطاقة الكهربائيّة من طاقة الأمواج تشبه التقنيّة المستخدمة في وحدات توليد الكهرباء من طاقة الرياح، حيث إنّ قوة حركة الأمواج تقوم بتدوير التوربينات المائيّة التي بدورها تقوم بتدوير العمود الدوار في المولد الكهربائي وينتج عن ذلك توليد الطاقة الكهربائيّة.

توجد عدة تقنيّات مستخدمة للاستفادة من طاقة حركة الأمواج، وتختلف هذه التقنيّات فيما بينها من ناحية الشكل والموقع والبعد عن الشواطئ وكذلك العمق. بعض هذه التقنيات مثل: –

1. كسّارات الأمواج: تستخدم على الشواطئ او قريبًا منها.

2. مثبّطات الأمواج: وتعرف أيضًا بمخففات الأمواج، وهي عبارة عن هياكل طافية متعدّدة الأجزاء تعوم كالسفن في المياه العميقة وتوجّه باتجاه حركة الأمواج.

• نقاط الاستيعاب: عبارة عن هيكل عائم يحتوي على مكونات تحرك بعضها البعض مع حركة الأمواج.

تمتاز هذه الوحدات بأنها تحتاج إلى مساحة أقل مقارنة بالمساحة التي تحتاجها وحدات طاقة الرياح لإنتاج نفس الكميّة من الطاقة الكهربائيّة. الشكل رقم 18 يوضّح إحدى التقنيّات المستخدمة في توليد الكهرباء بطاقة الأمواج.

12. وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة المدّ والجزر:

تستعمل هذه الوحدات ظاهرتي المدّ والجزر كمصدر للطاقة الكهربائيّة، وكما هو معروف بأنّ المدّ هو ارتفاع مستوى مياه البحر، والجزر هو تراجع مياه البحر. ويعود السبب في حدوث ظاهرتي المد والجزر إلى تأثير جاذبيّة القمر للأرض. ويحدث في اليوم الواحد مدّان وجزران.

فكرة عمل هذه التقنيّة تشبه التقنيّة المستخدمة في وحدات التوليد المائية؛ حيث تقوم قوة تدفّق المياه بتدوير التوربين المائي، وينتج عن ذلك تدوير العمود الدوار في المولد الكهربائي الذي ينتج عنه توليد الطاقة الكهربائيّة.

توجد عدّة أنواع من التقنيّات المستخدمة لاستغلال هاتين الظاهرتين وهي ما زالت معظمها قيد البحث والتطوير. والتقنيّات الأكثر استخدامًا من هذه الوحدات هي: –

• تيارات المدّ والجزر

• بحيرات المدّ والجزر

• السدود

ومن المؤمّل أن يتمّ تطويرها بحيث تصبح مجدية لتنافس بقية المصادر من حيث جدواها الاقتصادية. ويوجد حاليا عدد قليل من وحدات توليد الطاقة من المدّ والجزر مستخدمة بشكل تجاري نظرًا لكلفة إنشاء هذا النوع من الوحدات. الشكل رقم 19 يوضّح مجسم لإحدى التقنيّات المستخدمة في توليد الكهرباء بطاقة المدّ والجزر.

13. وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة الهيدروجين: 

الهيدروجين من المصادر التي يتوقع منها ان يكون لها دورا مكملا لمصادر الطاقة الأخرى منخفضة او منعدمة الكربون، وسيصبح المكون الرئيسي لمزيج الطاقة النظيفة للوصول الى صافي صفري للانبعاثات او ما يعرف بالحياد الكربوني.

عادة غاز الهيدروجين لا يوجد منفردا في الطبيعة وانما يكون متحدا مع عناصر أخرى، حيث يوجد مع الغاز في حالته الغازية ومع الماء والنفط في حالته السائلة، لهذا فان الحصول عليه يتطلب فصله عن العناصر الأخرى. كذلك توجد عدة طرق تستخدم للحصول على الهيدروجين، لذلك نجد ان هناك عدة مسميات للهيدروجين نتيجة للطريقة التي يتم بها فصله عن العناصر الأخرى منها: –

الهيدروجين الرمادي:  وهو الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه من الغاز الطبيعي عن طريق فصل الهيدروجين عن الكربون عبر عملية تسمى اصلاح الميثان بالبخار، وهي طريقة أكثر شيوعا في الوقت الحالي.

الهيدروجين الأزرق: وهو الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه من الغاز الطبيعي بنفس الطريقة السابقة ولكن تكون مصحوبة بعملية تخزين ثاني أكسيد الكربون لاستخدامات أخرى او احتجازه في باطن الأرض في ابار النفط والغاز القديمة.

الهيدروجين الخضر: وهو الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه عن طريق فصل جزئيات الماء الى هيدروجين واكسجين عبر التحليل الكهربائي للماء المعتمد على مصادر الطاقة المتجددة. ونتيجة لانتشار استخدام الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح فان الهيدروجين الأخضر سيكون هو المكون الرئيسي لمزيج الطاقة النظيفة خاصة وان معظم الدول تسعى الى التحول الى الطاقة النظيفة.

التقنيات المستخدمة في توليد الكهرباء من الهيدروجين: – توجد اكثر من تقنية مستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية من الهيدروجين منها ما هو مستخدم ومنها مازال قيد البحث والتطوير: –

• تقنية خلايا وقود الهيدروجين: وهي تقنية التي تتم من خلال التفاعل الكهروكيميائي وهي الطريقة الأكثر شيوعا ونجاحا في وقتنا الحاضر، وقد تم شرح هذه التقنية عندما تم التحدث عن خلايا وقود الهيدروجين كما كان موضحا في الشكل رقم (..).

• تقنية الاحتراق الداخلي باستخدام خليط الهيدروجين: وهي التقنية التي يستخدم فيها الهيدروجين وقود للتوربينات الغازية مباشرة لتوليد الطاقة الكهربائية عندما يتم استخدام خليط الهيدروجين مع الغاز الطبيعي، هذه التقنية مستخدمة يشكل تجاري.

• تقنية الاحتراق الداخلي باستخدام الهيدروجين النقي: وهي التقنية الواعدة التي يستخدم فيها غاز الهيدروجين النقي 100% كوقود للتوربينات الغازية (الهيدروجينية). هذه التقنية ما زالت قيد التطوير حيث تسعى الشركات المصنعة للتوربينات في تطوير هذه النوعية من التوربينات ومن المتوقع ان تدخل هذه التقنية عملية التطبيق التجاري بحلول عام 2030م.

الشكل رقم 20 يوضّح وحدة  انتاج الهيدروجين وتخزينه باستخدام مصادر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

الشبكة الكهربائيّة

الشبكة الكهربائيّة في تعريفها المبسّط هي الشبكة التي تتم من خلالها عملية مسار الطاقة الكهربائية من محطات توليد الطاقة الكهربائية حتى وصولها الى المستهلك. هذه العملية تتم من خلال ما نسميها أنظمة الشبكة الكهربائية؛ عادة الشبكة الكهربائية تتكون من أربعة أنظمة كهربائية، وهذا ما سيتم التحدث عنه على النحو التالي: –

أنظمة الشبكات الكهربائيّة

أنظمة الشبكات الكهربائيّة هي عبارة عن مجموعة من المكوّنات الكهربائيّة المترابطة مع بعضها الهدف منها هو إنتاج الطاقة الكهربائية ووصولها إلى المستهلك عبر شبكات نقل وتوزيع وتزويد الطاقة الكهربائية.

عادة نظام الشبكات الكهربائيّة يتكون من أربعة أنظمة رئيسية، وكل نظام من هذه الأنظمة الأربعة يتكون من عدة مكونات كهربائية تسهم جميعها في ضمان وصول الطاقة الكهربائيّة إلى المستهلك. الأنظمة الأربعة المكوّنة لنظام الطاقة الكهربائيّة كما هو موضح في الشكل رقم21.

• نظام إنتاج الطاقة الكهربائيّة: ويعرف أيضًا بنظام توليد الطاقة الكهربائيّة وهو النظام الذي يتم من خلاله إنتاج او توليد الطاقة الكهربائية، حيث يتم إنتاج الطاقة الكهربائيّة بواسطة وحدات الإنتاج التي تستخدم أحد مصادر الطاقة الكهربائية التي تم ذكرها سابقًا كمصدر للوقود. ويتكون نظام الإنتاج من محطات إنتاج الطاقة الكهربائيّة التي توجد بها وحدات الإنتاج ومحوّلات رفع جهد الطاقة الكهربائية لتكون جاهزة لنقلها إلى نظام التزويد عبر نظام النقل ونظام التوزيع. الشكل رقم 22 يوضّح إحدى محطات توليد الكهرباء بمكوناتها.

• نظام نقل الطاقة الكهربائيّة: هو النظام الذي يتم من خلاله نقل الطاقة الكهربائيّة، حيث يتم نقل الطاقة الكهربائية التي يتم إنتاجها في نظام الإنتاج إلى نظام التوزيع. ويتكون نظام النقل من خطوط نقل الطاقة الكهربائيّة التي هي عادة في أغلب الأحيان مكونة من خطوط نقل هوائية أو في بعض الأحيان كابلات أرضية، ويتكون أيضًا من محطات تحويل خفض جهد الطاقة الكهربائيّة لتكون جاهزة لتوزيعها للمستهلك عبر نظامي التوزيع والتزويد، الشكل رقم 23 يوضّح خطوط نقل الكهرباء.

• نظام توزيع الطاقة الكهربائيّة: هو النظام الذي يتم من خلاله توزيع الطاقة الكهربائيّة حيث يتم استلام الطاقة الكهربائية من نظام النقل او في بعض الأحيان من خلال نظام الإنتاج عندما تكون الاحمال متوسطة ويسلمها الى نظام التزويد او في بعض الأحيان الى المستهلك مباشرة. يتكون نظام التوزيع من شبكات التوزيع الكهربائيّة التي عادة تكون مكونة من خطوط توزيع هوائيّة او كابلات أرضيّة، ومن محطات تحويل خفض جهد الطاقة الكهربائية لتكون جاهزة لتوصيلها إلى نظام التزويد. الشكل رقم 24 يوضّح خطوط توزيع الكهرباء.

• نظام تزويد الطاقة الكهربائيّة: هو النظام الذي من خلاله يتم تزويد المستهلك بالطاقة الكهربائية؛ يتكون نظام التزويد من الأسلاك والأعمدة الكهربائيّة او الكابلات الأرضية أو حتى المحوّلات الكهربائيّة التي تصل بين نظام توزيع الطاقة الكهربائيّة والأحمال الكهربائيّة (المستهلك)، بالإضافة إلى الفوترة وأنظمة الدعم المرتبط بالتزويد، الشكل رقم 25 يوضّح خطوط التزويد بالكهرباء.

مستويات الجهد الكهربائي المستخدم في الشبكات الكهربائيّة

تختلف مستويات الجهد الكهربائي المستخدم في الشبكات الكهربائيّة من دولة إلى أخرى او من منطقة الى أخرى. ويرجع هذا الاختلاف إلى النظام المستخدم في كل بلد. وبشكل عام يوجد هناك نظامان متعارف عليها في استخدام مستويات الجهد المستخدمة في الشبكات الكهربائية وهما: –

• النظام الأوروبي

• النظام الأمريكي

بالرغم من أن هناك تسلسلًا عدديًا في مستويات الجهد في كلا النظامين كما سيتم توضيحه، لكن نجد في المقابل أنّ بعض الدول تستخدم في بعض الأحيان في الشبكات الكهربائية مستويات للجهد قد لا تكون على حسب الترتيب العددي في كل مستوى وإنما قد تستخدم مستوى جهد أعلى من المستوى التالي، ولكن هذا لا يوثر من الناحية التشغيلية، حيث يتم التغلب على هذا الإجراء باستخدام المحوّلات الكهربائيّة المناسبة. وعادة يعود اختلاف استخدام مستويات الجهد الكهربائي إلى عدة عوامل منها: –

• مقدار الطاقة المنقولة

• أطوال خطوط النقل

• عدد خطوط النقل

• بالإضافة إلى اعتبارات أخرى

النظام الأوروبي والنظام الأمريكي:  النظام الأوروبي هو الأكثر شيوعًا واستخدامًا في معظم الدول من النظام الأمريكي. الشكل رقم 26 يوضح مستويات الجهد الكهربائي المستخدم على مستوى العالم.

فيما يلي سيتم التعرف على مستويات الجهد في كلا النظامين والتي عادة يتم تقسيمها على النحو الآتي: –

3. مستوى جهد التوليد: هو مستوى الجهد الذي يتم إنتاجه من وحدات التوليد الموجودة في محطات إنتاج الطاقة الكهربائية. ويعتمد هذا المستوى على نوعيّة وحدة التوليد وسعتها وكذلك الشركة المصنعة لها. وعادة مستويات جهد التوليد المنتج من معظم وحدات التوليد تتراوح ما بين 3.3 إلى 33 كيلو فولت. ومهما كان مستوى الجهد الذي يتم إنتاجه من جميع أنواع وحدات التوليد فإنه بالإمكان التحكم به عن طريق المحوّلات في محطات التوليد وبالتالي الحصول على مستوى الجهد المناسب. لذلك نجد ان مستويات جهد التوليد متشابهة في كلا النظامين الأوروبي والامريكي: –

مستويات جهد التوليد (3.3، 6.6، 10.5، 11، 13.8، 15.75، 21، 33 كيلو فولت).

• مستوى الجهد المنخفض: هو مستوى الجهد الذي يستخدمه مستهلك الطاقة الكهربائيّة بكافة فئاته سواء كان استهلاكًا منزليًا، تجاريًا، صناعيًا، زراعيًا، او غيره. وعادة مستويات الجهد المنخفض تتراوح ما بين 220 إلى 1000 فولت في النظام الأوروبي، أما في النظام الأمريكي فتتراوح ما بين 110 إلى 600 فولت. ونلاحظ بأنّ اقل مستوى للجهد المنخفض هوى 220 فولت في النظام الأوروبي و110 فولت في النظام الأمريكي، وهو الجهد الذي نجده عادة في المأخذ الكهربائي (Sockets) في المنازل، وهو الجهد الذي عادة يتم استخدامه في معظم الأجهزة المنزلية. أما بقية المستويات الأخرى في الجهد المنخفض فيتم استخدامها في بقية الاستهلاكات الكهربائيّة الأخرى غير المنزلية على حسب الأحمال الكهربائية.

مستويات الجهد المنخفض المتعارف عليها هي: –

النظام الأوروبي للجهد المنخفض (220، 240، 380، 415، 650، 1000، فولت).

النظام الأمريكي للجهد المنخفض (110، 120، 208، 240، 277، 480، 600، فولت).

• مستوى الجهد المتوسط: هو مستوى الجهد الذي يستخدم عادة في شبكات التوزيع الكهربائية. وعادة مستوى الجهد المتوسط يتراوح ما بين 5 إلى 66 كيلو فولت في النظام الأوروبي بينما يتراوح في النظام الأمريكي ما بين 2.4 الى 69 كيلو فولت. وتختلف مستويات الجهد المتوسط في شبكات التوزيع الكهربائية على حسب مقدار الطاقة المستهلكة وكذلك أطوال خطوط التوزيع.

مستويات الجهد المنخفض المتعارف عليها هي: –

النظام الأوروبي للجهد المتوسط (5، 11، 22، 33، 66، كيلو فولت).

النظام الأمريكي للجهد المتوسط (2.4، 4.1، 4.8، 6.9، 13.8، 23، 34.5، 46،

69 ، كيلو فولت).

• مستوى الجهد العالي: هو مستوى الجهد الذي يستخدم في شبكات النقل الكهربائيّة. وعادة مستوى الجهد العالي يتراوح ما بين 110 إلى 220 كيلو فولت في النظام الأوروبي بينما يتراوح ما بين 115 إلى 230 كيلو فولت في النظام الأمريكي. وتختلف مستويات الجهد العالي في شبكات النقل الكهربائي أيضًا على حسب مقدار الطاقة المنقولة وكذلك أطوال خطوط النقل.

مستويات الجهد المتوسط المتعارف عليها هي: –

النظام الأوروبي للجهد العالي (110، 132، 220، كيلو فولت).

النظام الأمريكي للجهد العالي (115، 138، 161، 230، كيلو فولت).

• مستوى الجهد العالي الفائق: – هو مستوى الجهد الذي يستخدم في خطوط نقل الطاقة الكهربائيّة الذي عادة يستخدم في نقل الطاقة الكهربائيّة لمسافات بعيدة، وكذلك يستخدم في الربط بين الشبكات الكهربائيّة بين الدول. وعادة مستوى الجهد العالي الفائق يتراوح ما بين 275 إلى 800 كيلو فولت في النظام الأوروبي بينما يتراوح ما بين 345 إلى 765 في النظام الأمريكي.

مستويات الجهد العالي الفائق المتعارف عليها هي: –

النظام الأوروبي للجهد العالي الفائق (275، 380 ،400، 750، 800، كيلو فولت).

النظام الأمريكي للجهد العالي الفائق (345، 500، 765، كيلو فولت).

• مستوى الجهد الفائق: هو مستوى الجهد الذي يستخدم في نقل الطاقة الكهربائيّة الفائقة ولمسافات طويلة. ويقتصر استخدام مستوى الجهد الفائق على البلدان ذات المساحات الجغرافية الشاسعة، وكذلك يستخدم في خطوط الربط بين الشبكات الكهربائيّة ذات السعات العالية بين الدول، كما أنّ مستويات الجهد المستخدمة في الجهد الفائق تساوي او تفوق 1000 كيلو فولت وأكثر في كلا النظامين الأوروبي والأمريكي.

الشبكة الكهربائيّة الوطنيّة الموحّدة

الشبكة الكهربائيّة الموحّدة او الشبكة الكهربائيّة الوطنية لأي بلد مكونة من عدة شبكات كهربائيّة، حيث يتم ربط الشبكات الكهربائيّة لتكون في النهاية شبكة كهربائيّة واحدة. ونتيجة لهذا الربط تصبح جميع محطات التوليد وخطوط نقل الطاقة الكهربائيّة ومحطات التحويل جميعها مرتبطة مع بعض. وبالتالي إمكانيّة الاستفادة من كافة محطات التوليد في تغذية الأحمال الكهربائيّة. وللشبكة الكهربائيّة الموحّدة فوائد عديدة نكتفي بذكر بعض منها: –

1. في حالة خروج محطة توليد أو خط نقل لأيّ سبب، سواء كان بسبب عطل أو لأعمال الصيانة، فإنه بالإمكان تعويض هذا الخروج من خلال القدرة الاحتياطيّة او خطوط نقل بديلة.

2. الاستفادة من كافة وحدات توليد الطاقة الكهربائيّة خلال فترة ذروة الأحمال.

3. الشبكة الموحّدة تسهّل عملية الربط الكهربائي مع الشبكات الكهربائيّة في الدول المجاورة.

شبكات الكهرباء في سلطنة عمان

شبكات الطاقة الكهربائيّة في سلطنة عمان مكونة من خمسة أنظمة كهربائيّة كما هي موضّحة في الشكل رقم 27: –

• نظام شبكة كهرباء مسقط (الشبكة الرئيسيّة).

• نظام شبكة كهرباء صلالة.

• نظام شبكة كهرباء مسندم.

• نظام شبكات كهرباء المناطق النائية.

• نظام شبكات كهرباء شركة تنمية نفط عمان.

وحدات توليد الكهرباء المستخدمة في سلطنة عمان 

المصادر الأوليّة للطاقة (الوقود) المستخدمة في سلطنة عمان في إنتاج الطاقة الكهربائيّة في كافة محطات توليد الكهرباء هو وقود الغاز الطبيعي ووقود الديزل، وهذه مصادر أحفورية وتعتبر من المصادر غير المتجددة. خلال الفترة الماضية كان استخدام الغاز الطبيعي يشكل ما نسبته أكثر من 98% من توليد الكهرباء وما نسبته أقل من 2% من وقود الديزل، ولكن بعد التوجه نحو استخدام مصادر الطاقة المتجددة في توليد الطاقة الكهربائية فان هذه النسب سوف تتغير، حيث تم وضع استراتيجية لاستخدام الطاقة المتجدّدة لتصل نسبة توليد الكهرباء في السلطنة من الطاقة المتجدّدة ما نسبته 30% بحلول عام 2030م. وقد تم الانتهاء من تنفيذ بعض المشاريع الخاصة بالطاقة المتجددة مثل محطة توليد الكهرباء بطاقة الرياح وتنتج حوالي 50 ميجاوات في منطقة هرويل في محافظة ظفار عام 2018م، ومحطة لتوليد الكهرباء بالطاقة الشمسية في مدينة عبري في محافظة الظاهرة بسعة 500 ميجاوات في عام 2022م. كما أنه يجري تنفيذ خطة لإنشاء عدة مشاريع لمحطات توليد كهرباء تعمل بالطاقة الشمسيّة وطاقة الرياح سيتمّ الانتهاء منها في السنوات القادمة. وحدات توليد الكهرباء المستخدمة حاليا في انتاج الطاقة الكهربائية في الشبكات الكهربائية في السلطنة كما هي موضحة في الشكل رقم 28 مكونة من الوحدات التالية: –

وحدات التوليد الغازيّة

وحدات التوليد البخاريّة

وحدات التوليد بالديزل

وحدات التوليد بطاقة الرياح

وحدات التوليد بالطاقة الشمسيّة

مستويات الجهد المستخدمة في الشبكات الكهربائيّة في سلطنة عمان

من أجل تبسيط فهم مستويات الجهد المستخدمة في الشبكات الكهربائيّة في سلطنة عمان سيتم تقسيم مسار الطاقة الكهربائيّة في النظام الكهربائي إلى مراحل، بداية من مرحلة توليد الطاقة الكهربائيّة حتى وصولها إلى المستهلك. الشكل رقم 29 يوضّح مسار الطاقة الكهربائيّة من محطات توليد الكهرباء إلى المستهلك.

المرحلة الأولى: عمليّة توليد الطاقة الكهربائيّة، وتتم بواسطة المولّد الكهربائي الذي تم شرح طريقة عمله في بداية هذا الفصل، حيث يتم استخدام أحد مصادر الطاقة الكهربائي كوقود لتوليد الطاقة الكهربائية. عادة الجهد الكهربائي الذي يتم إنتاجه من المولد يتراوح مقداره من 3 إلى 15 ك. ف، ويعتمد على حسب سعة المولّد الكهربائي.

المرحلة الثانية: عمليّة رفع جهد الطاقة الكهربائية، وتتم بواسطة محول رفع جهد، حيث يتم رفع الجهد الكهربائي الذي تم إنتاجه من المولد الكهربائي إلى جهد عالٍ قبل نقله في المرحلة التالية. وعادة يكون مقدار جهد خط النقل (132، 220، 400) ك. ف، حيث إنه عندما يكون الجهد عاليًا يساعد على تقليل الفاقد في الطاقة الكهربائيّة أثناء عملية النقل لمسافات بعيدة.

المرحلة الثالثة: عمليّة نقل الطاقة الكهربائيّة، وتتم من خلال خط نقل جهد عالٍ يمتدّ لمسافات بعيدة عبر أسلاك كهربائية محمولة فوق أبراج كهربائيّة.  تمتدّ هذه المسافة في بعض الأحيان إلى مئات الكيلومترات، تعتمد على موقع وحدة توليد الكهرباء ومركز الأحمال.

المرحلة الرابعة: عمليّة خفض جهد الطاقة الكهربائيّة، وتتم بواسطة محوّل خفض جهد، حيث يتم خفض مقدار الجهد الكهربائي المنقول عبر خطوط نقل الجهد العالي حتى يصل إلى مستوى مقدار جهد خط التوزيع. وعادة يكون مقدار جهد خط التوزيع (11، 33) ك.ف.

المرحلة الخامسة: عمليّة توزيع الطاقة الكهربائية، وتتم من خلال خط جهد توزيع يمتدّ لمسافات مختلفة عبر أسلاك كهربائيّة فوق أعمدة خشبية في معظم الأحيان. وتختلف المسافات وكذلك مقادير جهد خط التوزيع حسب نوعيّة استهلاك الطاقة الكهربائيّة.

المرحلة السادسة: عمليّة تزويد المستهلك بالطاقة الكهربائيّة، وتتم بواسطة مغذّيات مباشرة أو عبر محوّل خفض جهد. وتعتمد نوعيّة تزويد المستهلك بالطاقة الكهربائيّة حسب طبيعة الاستهلاك سواء كان استهلاكًا صناعيًا، تجاريًا، منزليًا، أو غيره. ويختلف مقدار جهد التزويد من مستهلك الى اخر (11 ك.ف.، 415 فولت، 240 فولت).

بعض كبار المستهلكين يتم تزويدهم بالطاقة الكهربائيّة مباشرة من خطوط التوزيع مباشرة أو حتى في حالة بعض المستهلكين من خطوط النقل مباشرة، ويعتمد هذا على حمولة الطاقة الكهربائيّة لدى المستهلك.

الربط الكهربائي بين الدول

الربط الكهربائي بين الدول يشبه الربط بين الشبكات الكهربائيّة على المستوى الوطني، ولكن بسعات طاقة كهربائية أكبر وخطوط نقل أطول، حيث يتم ربط الشبكة الكهربائيّة الوطنيّة لكل دولة بالشبكة الكهربائيّة الوطنيّة للدولة الأخرى، كما هو حاصل في الربط الكهربائي بين دول مجلس التعاون الخليجي. للربط الكهربائي بين الدول عدة فوائد منها: –

1. تقليل القدرة الاحتياطيّة المركبة لكل دولة.

2. تخفيض الاستثمارات الراس مالية اللازمة لتلبية الطلب على الطاقة الكهربائيّة.

3. تقليل تكلفة توليد الطاقة الكهربائيّة، مما ينعكس إيجابًا على أسعار الطاقة.

4. إمكانية تصدير أو استيراد الطاقة الكهربائيّة الزائدة بحسب وقت الذروة في كل دولة.

التقليل من مخاطر انقطاع الطاقة الكهربائيّة.

لماذا لا تُصعقُ الطيورُ بالكهرباء عندما تقفُ على الأسلاك الكهربائيّة؟

المعروف لدينا جميعا بأن لمسَ الإنسان للأسلاك الكهربائية دون عازل يتسبب في حصول صعقٍ كهربائي، ولكن يبقى السؤال المحيرٌ لدينا هو لماذا لا تصعقُ الطيور الواقفة على الخطوط الكهربائية بالكهرباء كما هو الحال بالنسبة للإنسان؟

هذا السؤال يتبادر الى اذهاننا عندما نرى الطيور واقفة على الاسلاك الكهربائية كما هي موضحة في الشكل رقم 30، وكما ذكرت سابقا في مقدمة الكتاب بأنّ هذا السّؤال هو الدافع الأساسي الذي جعلني أفكّر في كتابة هذا الكتاب، ذلك أنّني سُئلت هذا السّؤال في بداية حياتي العملية ولم أستطعْ الإجابة عليه؛ لذلك تعمّدت وضع هذا السؤال في هذا الفصل والإجابة عليه.

في الواقع عندما نشاهد الطيورَ واقفة على الخطوط الكهربائية، ليس معنى هذا أنّ كافة الطيور لا يحصل لها صعقٌ كهربائي، الذي نشاهده هي عادة تلك الطيور التي لا تتوفر الشروط التي تجعل من أجسامها ناقلةً للتيار الكهربائي. هناك الكثيرُ من الطيور التي يحدث لها صعقٌ كهربائي، ولكن لا نراها نتيجة لعدم رؤيتنا لها وقت صعقِها على الشبكات الكهربائية التي حولنا، او نتيجة لحدوثها على الشبكات الكهربائية المترامية الأطراف في مناطق أخرى. لذلك سيتم لإجابة على هذا السّؤال من خلال التوضيحات التالية: –

تمهيد لفهم حدوث الصعق الكهربائي من عدمه

• مسلّمات: الإنسان والحيوان وكذلك حتى الطيور جميعهم معرّضون للصّعق الكهربائي في الحالات التي تتوفر فيها الشّروط، التي سيتم توضيحها أدناه، والتي تجعل أجسامهم ناقلة للتيار الكهربائي.

• معلومات: هناك معلومات عن الشّبكات الكهربائية يتطلّب منا أنْ نعرفَها: –

• الشبكات الكهربائية مكوّنة من خطوط نقل وخطوط توزيع وتزويد يتم من خلالها نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية بمستويات جهود كهربائية مختلفة، منها جهدٌ عالٍ وجهدٌ متوسطٌ وجهد منخفض.

• الخطوطُ الكهربائية بمختلف مستويات جهودُها عادة ما تكون مُثبّتة إمّا على أبراجٍ معدنية أو على أعمدة خشبية أو على أعمدة معدنية أو على أعمدة اسمنتية.

• الخطوط الكهربائية التي نراها مثبّتةً على الأبراج أو الأعمدة الكهربائية عادة تنقسم إلى ثلاثة أنواع: –

  • خطوطٌ حيّة، وتسمّى أيضًا الخطوط الساخنة، وهي الخطوطُ الحاملة للطاقة الكهربائية ويكون مستوى الجهد فيها على حسب مستوى الطاقة الكهربائية الناقلة لها.

  • خطوطٌ محايدة، وتسمّى أيضًا الخطوط الباردة، ويكون مستوى الجهدِ فيها صفرًا في الحالات العاديّة.

  • خطوط الأرضي، وهي الخطوط التي عادة يمر فيها التيار الكهربائي إلى الأرض مباشرة عند حدوث أعطال كهربائية أو صعقٍ كهربائي لتقليل الضّرر.

• بالإضافة إلى الخطوط الكهربائية، توجدُ هناك مكونات أخرى للشّبكات الكهربائيّة مثل أجهزةِ التحكم والحماية وغيرها من الأجهزة الأخرى، منها ما هو مثبّتٌ داخل محطّات تحويل الكهرباء ومنها ما هو مثبّتٌ على الأبراج أو الأعمدة الكهربائية

• حقائق: – التيّارُ الكهربائي يختار دائما الطريق الأسهل، بمعنى انّ التيّار الكهربائي يمرّ دائمًا عبر الأسلاك او الموادّ الأقل مقاومةً، بمفهوم آخر يمرّ من خلال الموادّ الموصّلة جيدًا للكهرباء مثل النحاس والألمنيوم وبعض المعادن الأخرى.

  1. شروط انتقال التيار في الدائرة الكهربائية: – لكيْ ينتقلَ التيارُ في الدائرة الكهربائية، لا بدّ من توفر الشرطين التاليين: –

1. أنْ تكونَ الدائرة الكهربائية مغلقةً: – من المعروف أنّ التيّار الكهربائي مصدره حركة الإلكترونات (الطاقة الكهربائية) في الاسلاك او الموصلات الكهربائية.

لكي يتم الاستفادة من الطاقة الكهربائية في تشغيل الأجهزة الكهربائية عند توصيلها بمصدر التيار الكهربائي لا بد من التأكد من ان الدائرة الكهربائية تكون مغلقة وذلك بغلق او فتح الدّائرةِ الكهربائية من خلال المفتاح الكهربائي.

على سبيل المثال: – المصباحُ الكهربائي، يكون غير مضاء عندما تكون الدائرة الكهربائيّة مفتوحةً، ولكنه يكون مضاء عندما يتمّ غلق الدائرة الكهربائيّة بواسطة المفتاح الكهربائي.

اذن الشّرطُ الأول لانتقال التيّار الكهربائي من خلال اي جسم (الإنسان، الحيوان، الطائر) هو عندما يصبح هذا الجسم مكوّنًا من مكونات الدائرة الكهربائية في تلك الشّبكة الكهربائيّة.

2. وجود اختلاف في مستوى الجُهد الكهربائي: – كذلك لكي ينتقلَ التيّار الكهربائي من خلال الدائرة الكهربائية، يتطلب وجود فرق في مستوى الجهد الكهربائي، بمعنى أنْ يكون وجود مستوى جهد مرتفع في أحد مكوّنات الشبكة ومستوى جهد منخفض في المكوّن الآخر.

على سبيل المثال هناك فرق في مستوى الجهد بين القطب الموجب للبطارية (+12 فولت) والقطب السالب للبطارية (– 12 فولت)، لذلك يتم انتقال التيار الكهربائي بين قطبي البطارية عندما يتم توصيلهما بجهاز يعمل بطاقة كهرباء السيارة. كذلك هو الحال بالنسبة لخطوط ومكونات الشبكة الكهربائية يكون فرق جهد بينهم، مثل فرق مستوى الجهد بين خط كهرباء جهد 33 كيلوفولت وخط اخر جهد 11 كيلوفولت او 415 فولت. او أي مكون من مكونات الشبكة الكهربائية تكون فيها مستويات الجهد مختلفة.

اذن الشّرطُ الثاني لانتقال التيّار الكهربائي من خلال اي جسم (الإنسان، الحيوان، الطائر) هو عندما يصبح هذا الجسم ملامسا لمكونين مختلفين من مكونات الدائرة الكهربائية مستوى الجهد مختلف بينهما.

لذلك، هذان الشرطان أساسيّان لحدوثهما معا لحصول صّعق كهربائي عند ملامسةِ أي جسم للخطوط الكهربائيّة.

الحالات التي عادة نراها ولا يحدثُ فيها صعقٌ كهربائي للطيور عندما تقفُ على الخطوط الكهربائيّةً

سبب مشاهدة الطيور وهي واقفة على الخطوط الكهربائية دون حدوث صعق كهربائي لها هو عدم توفر الشرطان الاساسيان معا التي تم ذكرها وهما عندما تصبح اجسامها مكونة لدائرة مغلقة مع إحدى مكونات الشبكة الكهربائية مع اختلاف مستوى الجهد فيها في تفس الوقت. لذلك، عادة لا يتوفران هذان الشرطان في الحالات التالية: –

• عندما تقفُ الطيور على الخط الكهربائي الواحد، مع عدم ملامسةِ أجنحتها أو مناقيرها لخطٍ كهربائي آخر او أيّ جسم آخر متصل بالشبكة الكهربائيّة، معنى هذا أنّ شرط اكتمالِ غلق الدائرة غير متوفّر، وبالتالي لا يحدث صعقٌ كهربائي.

• عندما تقفُ الطيور على الخطّ الكهربائي الواحد، عادة يكون هذا الخط حاملًا لمستوى جهد كهربائي واحد، بمعنى لا يوجدُ شرط اختلاف في مستوى الجهد، وبالتالي لا يحدث صعقٌ كهربائي.

• في بعض الحالات قد تكون الاسلاك التي تقف عليها الطيور من النوع المعزول، بمعنى مغلفة بمادة عازلة خاصة في بعض أنواع اسلاك الجهد المنخفض، لذلك لا يحدث صعق كهربائي.

هذه هي الحالات التي لا يحدث فيها صعقٌ كهربائي للطيور عندما تقف على الخطوط الكهربائية.

الحالات التي عادة نادرا ما نراها ولكن يحدث فيها صعقٌ كهربائي للطيور عندما تقف على الخطوط الكهربائيّة

هناك كثيرُ من الحالات التي تصعق فيها الطيور، ولكن لا نراها نتيجة لعدم رؤيتنا لها وقت صعقِها على الشبكات الكهربائية؛ الحالات التي تجعل الطيور في بعض الأحيان مُعرضةً لحصول صعق كهربائي: –

• عندما يقفُ الطائر على أحد الخطوط الكهربائية، وبسبب طبيعة حركته لامس أحدُ جناحيه او منقارُه خطًا كهربائيًا او جسما آخر مستوى الجهد الكهربائي فيه مختلفًا عن مستوى جهد الخطّ الذي يقف عليه، في هذه الحالة توفّر شرط دائرة مغلقةٍ وشرط اختلاف مستوى الجهد، لذلك يحصل صعقٌ كهربائي للطائر.

• عندما يكون الطائر في حالة طيران أو عند محاولته الوقوف على أحد مكوّنات الشبكة الكهربائية او أثناء حركته، وتسبّبت جناحاه أو رجلاه ومنقاره في حدوث دائرةٍ مغلقةٍ مع مكوّنات الشبكة الكهربائية ذات جهد مختلف، في هذه الحالة توفّر شرط دائرة مغلقة وشرط اختلاف مستوى الجهد، لذلك يحصل صعقٌ كهربائي للطائر.

خلاصةُ أسباب حصول صعقٍ كهربائي للطّيور من عدمه

مما تم تقديمه في سياق أسباب حصول صعقٍ كهربائي من عدمه، نستنتج الآتي:

• الإنسان والحيوان وكذلك حتى الطيور جميعهم معرّضون للصّعق الكهربائي عند ملامسة أجسامهم للخطوط الكهربائية، وذلك عندما تصبح أجسامهم ناقلةً للتيار الكهربائي بسبب حدوث شرطين أساسيين معا في الوقت نفسه. هذان الشرطان هما: –

  • تكوين الأجسام لدائرة مغلقةٍ بين الخط الكهربائي الذي تقف عليه وبين خطٍ آخرَ او أيّ جزء من مكوّنات الشّبكة الكهربائية.

  • كذلك لا ينتقل التيّار الكهربائي في الدائرة المغلقة التي حصلت نتيجة لملامسة الأجسام للخطوط الكهربائية الّا عندما يكون هناك اختلافٌ في مستوى الجهد بين الخط الكهربائي الذي تقف عليه وبين خطٍ آخر او أيّ جزء من مكونات الشبكة الكهربائية.

• جسم الطائر وطبيعة حركته وملامسته للشبكات الكهربائية مختلفة عن طبيعة حجم الانسان وطبيعة حركته وتعامله مع الشبكات الكهربائية، لذلك الإنسان أكثر عُرضة للصّعق الكهربائي إذا لم يستخدم مواد او ملابس عازلة عند ملامسته للخطوط الكهربائية.

الشكل رقم 31 يوضح حالة حدوث صعق كهربائي للخفاش عندما لامس جسمه خطي كهرباء مستوى الجهد بينهما مختلف.

بعض المصطلحات المستخدمة في الطاقة الكهربائيّة

توجد هناك بعض المصطلحات الكهربائية الأكثر شيوعًا يتمّ استخدامها عندما يتم التحدث عن الطاقة الكهربائيّة بشكل عام، بعض هذه المصطلحات: –

• التيّار الكهربائي (Electric Current): -التيّار الكهربائي هو شدة تدفق الشحنات الكهربائيّة عبر الموصّلات الكهربائيّة. ووحدة القياس المستعملة في قياس التيّار الكهربائي هو الأمبير ويرمز له بالرمز (A). وقد أطلق على هذا المقياس اسم أمبير نسبة الى عالم الفيزياء الفرنسي أندري ماري أمبير. وهناك نوعان من التيّار الكهربائي: –

• التيّار المستمر (Direct Current): – ويعرف أيضًا بالتيّار المباشر. هذا النوع من التيّار ينتج من الطاقة الكهربائيّة المستخدمة في البطاريات بكل أنواعها وأشكالها، وأعتقد أنّ كل واحد منا يستخدمها بشكل معتاد في حياتنا اليومية. كما أنّ التيار الكهربائي المستمر ينتج من الطاقة الكهربائيّة المولّدة من الخلايا الشمسيّة ومن خلايا الوقود ومن بعض المولّدات الكهربائيّة. ويرمز له بالرمز (DC) وهو اختصار من المصطلح الإنجليزي (Direct Current)

• التيّار المتردّد (Alternator Current): – هذا النوع من التيّار ينتج من الطاقة الكهربائيّة التي يتم توليدها من معظم وحدات توليد الطاقة الكهربائيّة المستخدمة في النظام الكهربائي بشكل عام. وهو الأكثر استخدامًا في استهلاك الطاقة الكهربائيّة سواء كانت منزلية، تجاريّة، صناعيّة، او غيرها. ويرمز له بالرمز (AC) وهو اختصار من المصطلح الإنجليزي (Alternator Current).

• التردّد الكهربائي (Electric Frequency): –التردّد الكهربائي او الذبذبة الكهربائيّة هو التردّد المستخدم في إنتاج الطاقة الكهربائيّة. أي هو تردّد التيّار الناتج عن المولد الكهربائي، حيث إنّ هذا التيّار يغير اتجاهه ويتذبذب 50 مرة في الثانية في النظام الأوروبي، ويتذبذب 60 مرة في الثانية في النظام الأمريكي. وحدة القياس المستعملة في قياس التردّد هي الهيرتز ويرمز لها بالرمز (Hz). وقد أطلق على هذا المقياس اسم هرتز نسبة إلى العالم الألماني هاينريش هرتز. كما تم توضيحه سابقًا؛ ويوجد نوعان من الأنظمة المستخدمة في التردّد الكهربائي، بالنظام الأوروبي ويستخدم 50 هيرتز ويكون الجهد الكهربائي المستخدم في هذا النظام هو 240 فولت، وهو النظام المستخدم في سلطنة عمان. والنظام الأمريكي ويستخدم 60 هيرتز ويكون الجهد الكهربائي المستخدم في هذا النظام هو 110 فولت.

• الجهد الكهربائي (Electric Voltage): -إذا كان تعريف التيّار الكهربائي بأنه شدّة تدفق أو سريان الشحنات الكهربائيّة غبر الموصّلات الكهربائيّة، فسيكون تعريف الجهد الكهربائي بأنه كميّة الطاقة الكهربائيّة بين نقطتين في الموصل الكهربائي في الدائرة الكهربائيّة، بمعنى آخر هو الفرق بين كميات الشحنات الكهربائيّة بين نقطتين في الدائرة الكهربائيّة. ووحدة القياس المستعملة في قياس الجهد الكهربائي هي الفولت ويرمز له بالرمز (V). وقد أطلق على هذا المقياس اسم فولت نسبة إلى إلعالم الإيطالي الساندرو فولتا الذي اخترع البطاريّة الكهربائيّة.

• الأحمال الكهربائيّة (Electric Loads): – المقصود بالأحمال الكهربائيّة هي الطاقة المستهلكة في الدائرة الكهربائيّة، بمعنى أنّ الأحمال الكهربائيّة هي الطاقة الكهربائيّة التي يتم استهلاكها عند استخدامنا للأجهزة والمعدات والآلات الكهربائيّة، والتي بشكل عام هي ما يتم استهلاكه من الطاقة الكهربائيّة في الاستهلاك المنزلي والتجاري والصناعي وغيرها من الاستهلاكات الأخرى. اذن الأحمال الكهربائيّة المنزلية هي مجموع الطاقة الكهربائيّة التي نحتاجها لتشغيل الأجهزة الكهربائيّة المنزليّة.

• القدرة الكهربائيّة (Electric Power): – القدرة الكهربائيّة هي معدل استهلاك الطاقة الكهربائيّة التي تحتاجها الأجهزة الكهربائيّة من أجل تشغيلها. بمعنى أنها هي الطاقة الكهربائيّة التي تجعل أي جهاز كهربائي القيام بوظيفته عند استعماله؛ فمثلا القدرة الكهربائية التي تجعل بعض اللمبات الكهربائية تضئ هي 60 وات، والقدرة الكهربائية التي تجعل بعض مكيفات الهواء تعمل هي 2000 وات، بمعنى ان القدرة الكهربائية التي يستهلكها مكيف الهواء تساوي أكثر من استهلاك 33 لمبة كهربائية. هذا هو السبب الذي يجعل استهلاكنا للكهرباء تزداد عندما يتم استعمالنا لمكيفات الهواء، وبالتالي ارتفاع فاتورة الكهرباء خاصة في فصل الصيف. وحدة القياس المستعملة في قياس القدرة الكهربائيّة هي الوات ويرمز له بالرمز (W). وقد أطلق على هذا المقياس اسم وات نسبة إلى العالم الأسكتلندي جيمس وات الذي اخترع المولد البخاري المكثف.

• الطاقة الكهربائيّة المستهلكة (Electric Energy): -إذا كان التعريف للقدرة الكهربائيّة هي مقدار الطاقة الكهربائيّة التي يحتاجها الجهاز الكهربائي للقيام بوظيفته، فان الطاقة الكهربائيّة المستهلكة هي الطاقة التي استهلكها الجهاز الكهربائي خلال فترة زمنيّة معينة مقاسة بالساعات. فمثلا عندما نقوم باستعمال مكيف الهواء قدرته الكهربائية 2000 وات لمدة 12 ساعة يكون استهلاكنا للطاقة الكهربائية في اليوم هي 24000 وات، عادة تكتب “24 كيلو وات”، وبالتالي يكون استهلاكنا للطاقة الكهربائية لهذا المكيف خلال شهر، إذا تم استخدامه بشكل يومي، هي “720 كيلو وات”؛ وهذا عادة ما يظهره الاستهلاك في فاتورة الكهرباء. تقاس الطاقة الكهربائية المستهلكة بوحدة وات ساعة ويرمز لها بالرمز (Wh).

• فاتورة الكهرباء (Electricity Bill): – وهي عبارة عن مقدار ما تم استهلاكه من الطاقة الكهربائيّة لتشغيل الأجهزة الكهربائية خلال شهر. ويتم احتساب قيمة فاتورة الكهرباء بناء على حساب التعرفة المحدّدة لنوعية الاستهلاك. أي أنها القدرة الكهربائيّة التي تم استهلاكها خلال شهر مضروبة في قيمة التعرفة المحدّدة لكل استهلاك (سكني، تجاري، صناعي، او غيره…). عادة فاتورة الكهرباء يتم تحديدها على حسب نوعية استهلاك الطاقة الكهربائية، حيث يتم تحديد قيمة لكل نوع من الاستهلاك، ووحدة قياس فاتورة الكهرباء هي “كيلو وات ساعة”.

• القدرة المركّبة لمحطة التوليد الكهربائيّة (Installed Capacity): – القدرة المركّبة لمحطة التوليد الكهربائيّة وتعرف أيضا بالسعة المركبة للمحطة هو المقدار الذي تستطيع إنتاجه المحطة من الطاقة الكهربائيّة؛ فمثلا نقول إنّ محطة التّوليد مقدار سعتها الإنتاجية هي 1000 ميجا وات، يعني ذلك أنّ مجموع ما تنتجه وحدات التّوليد المركّبة في هذه المحطة هو 1000 ميجا وات.

• الطاقة الكهربائيّة المنتجة (Produced Energy): –الطاقة الكهربائيّة المنتجة هي مقدار ما تنتجه وحدات التوليد في محطة التوليد الكهربائيّة خلال فترة زمنية معيّنة؛ فمثلا إذا كانت محطة توليد كهرباء سعتها الإنتاجية 1000 ميجا وات وتم تشغيلها لمدة ثلاث ساعات، لذلك يكون مقدار ما تنتجه المحطة من الطاقة الكهربائيّة مثلا خلال 3 ساعات هو: –

1000 X  3  = 3000 ميجا وات ساعة

أما إذا تم تشغيل هذه المحطة لمدة أربعة أيام متواصلة، يكون مقدار ما تنتجه المحطة من الطاقة الكهربائية خلال هذه الفترة هو: –

1000 X  24  X  4 =  96,000 ميجاوات ساعة

• الاحتياطي الدوّار (Spinning Resave): –الاحتياطي الدوّار لأي شبكة كهربائية هو أن يكون هناك احتياطي من انتاج الطاقة الكهربائية متوفر في الشبكة الكهربائيّة عند الحاجة اليه عندما يحدث عطل ما لأي وحدة توليد في الشبكة. وعادة مقدار الاحتياطي الدوّار يعادل سعة أكبر وحدة توليد كهربائية في الشبكة، ويكون هذا الاحتياطي مربوطا مباشرة بالشبكة.

• ذروة الأحمال الكهربائيّة (Peak Load): – ذروة الأحمال الكهربائيّة أو ذروة الطلب على الطاقة الكهربائيّة هو أقصى حمل أو أقصى طلب على الطاقة الكهربائيّة يتم تسجيله في الشبكة الكهربائيّة. وعادة ذروة الأحمال تختلف من شبكة إلى أخرى وأيضًا من بلد إلى آخر حسب طبيعة الأحمال وحسب طبيعة الطقس في كل بلد. وهناك نوعان من ذروة الأحمال التي يتم تسجيلها عادة في الشبكة الكهربائيّة، هما ذروة الأحمال اليوميّة وذروة الأحمال السنويّة.

• الانقطاع التام للكهرباء (Blackout): –الانقطاع التام للكهرباء هو خروج كافة وحدات توليد الطاقة الكهربائيّة المتّصلة بالشبكة الكهربائيّة من الخدمة وبالتالي انقطاع الطاقة الكهربائيّة عن الشبكة الكهربائيّة. ويحدث الانقطاع التام نتيجة الخروج المفاجئ لمحطة توليد كهربائيّة كبيرة أو خط نقل رئيسي.