طريقة توليد الكهرباء في محطات التوليد
يتمّ توليد الكهرباء التي تصل إلى المنازل من محطّات توليد الطاقة الكهربائية عبر الأسلاك الكهربائية، ويُقصَد بمحطّات توليد الطاقة بأنّها مُنشأت ضخمة خاضعة لإدارة الحكومات أو بعض الشركات الخاصة، تقوم بتوفير الطاقة الكهربائية للسُّكان في المدن والقرى وجميع مرافق الدولة، ويُشار إلى أنّ مُعظم محطات الطاقة تولِّد الكهرباء ضمن عملية يتمّ فيها غلي المياه عن طريق حرق الوقود الأحفوري بشتى أنواعه، كالفحم، أو الغاز الطبيعي، أو النفط في أفران خاصة لإنتاج بُخار المياه الذي يُستخدَم في تحريك التوربينات الموصولة بالمولّدات الكهربائية، فعندما تدور المُولّدات بسرعة كبيرة فإنّها تُنتِج الكهرباء، بمعنى أنّه يتمّ تحويل الطاقة الحرارية الناتجة عن حرق الوقود الأحفوري إلى طاقة ميكانيكية في التوربينات تتحول إلى طاقة كهربائية في المُولّدات، وبناءً على ذلك تتلخص عملية إنتاج الكهرباء في تشغيل المُولّدات الكهربائية، لذا يُمكن استخدام العديد من أنواع مصادر الطاقة البديلة عن الوقود الأحفوري، وفيما يأتي مجموعة منها وبيان آلية عملها:
- الطاقة الشمسية: يتمّ إنتاج الكهرباء عن طريق الطاقة الشمسية بطريقتين، هما: استخدام الألواح الضوئية لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء، أو استخدام الطاقة الشمسية في تسخين المياه وتحويل الطاقة الحرارية لإنتاج الكهرباء، وتُعدّ الطاقة الشمسية أحد أهمّ مصادر الطاقة النظيفة.
- طاقة الرياح: تُستخدَم طاقة الرياح في محطّات توليد الكهرباء عن طريق تحريك الرياح لطواحين الهواء لتشغيل المُولّد الكهربائي، وتمتاز هذه الطريقة بأنّها نظيفة ولا تلوِّث البيئة، إلّا أنّها تحتلُّ مساحات واسعة وتضرُّ بالطيور.
- طاقة المياه: تُستخدَم طاقة جريان المياه في المناطق التي توجد فيها الشلالات أو السدود لتحريك التوربينات، وبالتالي تشغيل المُولّدات الكهربائية، وتمتاز هذه الطاقة بأنّها لا تلوِّث البيئة، لكن حدوث أيّ خلل في السدّ يؤدي إلى حدوث الكوراث والفيضانات.
- الطاقة النوويّة: يتمّ توليد الكهرباء في محطات الطاقة النوويّة في معظم الدول الكبرى عن طريق تحريك التوربينات التي تعمل على استخدام المواد المُشِعة كاليورانيوم، لكن حدوث أيّ عُطل في المفاعل النوويّ يؤدي إلى انتشار الإشعاعات الضّارة التي تقتل الأفراد وتُسبب كوارث بيئيّة خطيرة.
للتعرف على طرق أهمية ترشيد الطاقة الكهربائية يمكنك قراءة المقال أهمية ترشيد الطاقة الكهربائية
مراحل وصول الكهرباء إلى المنازل
تمرّ عملية توليد الطاقة إلى المنازل بعدة مراحل قبل أن تصل إلى المنازل، وهي على النحو الآتي:
المرحلة الأولى
أولاً يتمّ توليد الكهرباء في محطات الطاقة بجهد كهربائي خاص بها يصل إلى 25,000 فولت، وبعدها يتمّ نقل الكهرباء عبر خطوط الجهد العالي أو خطوط الضغط العالي (بالإنجليزية: Overhead Lines) من محطّات الطاقة إلى محطّات فرعيّة كبيرة تقع عادةً بالقُرب منها، ويقع على عاتقها دور كبير في عملية نقل الكهرباء، ثمّ تقوم برفع الجُهد الكهربائي للتيار ليصل إلى 400,000 فولت؛ لأنّ التيار الكهربائي عندما يسري عبر خطوط الجُهد العالي ترتفع درجة حرارتها، بمعنى آخر يفقد التيار الكهربائي كمية من الطاقة خلال عميلة النقل، لذا فإنّ زيادة الجهد الكهربائي للتيار والتي تتمّ عن طريق استخدام المحوّلات يسمح بإرساله إلى مسافات طويلة دون فقدان الكثير من الطاقة، وبعدما يتمّ إكمال عملية مرور التيار على أول محطّة فرعيّة تبدأ عملية نقل الكهرباء إلى الشبكات، ومن المهم الإشارة إلى أنّه يجب تخفيض الجهد الكهربائي في المحطات الفرعية لتوزيع الطاقة الكهربائية؛ لأنّ الجهد العالي يُمكن أن يضر بالأجهزة الكهربائية عند وصول الكهرباء إلى المنازل.
المرحلة الثانية
تتضمن المرحلة الثانية نقل التيار الكهربائي عبر الأسلاك التي تنقل التيار الكهربائي وتُسمّى خطوط نقل الكهرباء (بالإنجليزية: Transmission Lines) التي تُحمَل على أبراج ضخمة مصنوعة من الفولاذ، بينما تُصنَع الأسلاك من المعادن، كالنحاس أو الألومنيوم وهو الشائع؛ لأنّ المعادن موصلات جيدة للكهرباء، ويُشار إلى أنّ التيار الكهربائي يسري عبر خطوط النقل بسرعة تصل إلى 310,000 كم/ث لمسافة تصل إلى حوالي 480 كم.
المرحلة الثالثة
تتضمن هذه المرحلة توزيع الكهرباء من خلال محطّة فرعيّة تختص بتوزيع الكهرباء، حيث تقوم هذه المحطّات بتوجيه الكهرباء ذات الجُهد العالي من خطوط النقل إلى محوّلات خافضة الجُهد (بالإنجليزية: Step-Down Transformer)، ليتمّ خفض الجهد مرة أخرى؛ لجعل الكهرباء أكثر أماناً أثناء استخدامها من قِبل الأُسر وباقي المستخدمين، حيث تُمثّل هذه المحطّة الفرعية نقطة وصول الكهرباء إلى شبكات التوزيع، وانتهاء دور شبكات النقل، وتجدر الإشارة إلى أنّه يُمكن أن تختلف كمية الجُهد الكهربائي المُخفَّض من قِبَل المحوّلات في المحطّات الفرعيّة اعتماداً على الاستخدام والموقع، فعلى سبيل المثال يتمّ تقليل الجهد الكهربائي في المحطّات الفرعيّة في المناطق الريفيّة ليصل إلى 33,000 فولت؛ لجعلها مُلائمة للاستخدام في تشغيل القطارات والمصانع، بينما يتمّ تقليل الجهد الكهربائي في المحطّات الفرعيّة في المناطق الحضرية ضمن مدى يترواح بين 11,000-33,000 فولت لتشغيل المصانع الصغيرة.
المرحلة الأخيرة
تبدأ هذه المرحلة بمجرّد مُغادرة التيار الكهربائي محوّلات الطاقة الفرعيّة ودخولها خطوط توزيع الطاقة إلى المنازل والمكاتب، لكن الكهرباء التي تسري في خطوط التوزيع لا تزال غير آمنة للاستخدام في المنازل، لذا يتمّ استخدام محوّلات خافضة للجُهد مرة أخرى ليصل الجُهد الكهربائي كحدّ أقصى إلى 240 فولت، ويتمّ ذلك من خلال محوّل صغير مُثبّت على الأعمدة في الشوارع، أو عن طريق محوّلات على شكل صناديق خضراء اللون تُسمّى (Pad Mount Transformer) موضوعة في الأرض.
وصول الكهرباء إلى المنازل
يتمّ إيصال الكهرباء من محوّلات التوزيع إلى المنازل عبر سلك خدمة مُتصل بالمنزل يُسمّى (Service Drop)، أمّا في حال وضع المحوّلات تحت الأرض يتمّ إيصال الكهرباء من خلال صندوق العدادات من قِبَل شركات الطاقة؛ حتى تتمكن شركة الطاقة من مُراقبة كمية الكهرباء المُستخدَمة، إضافةً إلى ذلك يتمّ توزيع الكهرباء داخل المنزل عبر مقابس مُختلفة في لوحة التبديل الكهربائية أو لوحة مفاتيح كهربائية (بالإنجليزية: Switchboard) عن طريق شبكة من الأسلاك مُقسَمة إلى دارات كهربائية مُختلفة تسري فيها الكهرباء خلف الجدران لتصل إلى المقابس والمفاتيح الكهربائية الخاصّة بتشغيل الأضواء والأجهزة المنزلية.
للتعرف أكثر على الكهرباء بشكل عام يمكنك قراءة المقال بحث عن الكهرباء
