الأسس الفنية والاقتصادية لنقل وتوزيع الطاقة الكهربائية


الأسس الفنية والاقتصادية لنقل وتوزيع الطاقة الكهربائية

تعد الشبكات الكهربائية أفضل وسيلة لنقل الطاقة من مصادرها البعيدة إلى مناطق الاستهلاك (مدن، قرى، معامل). يتألف نظام القدرة الكهربائية من مجموعة التجهيزات والأدوات التي تقوم بتحويل جميع أنواع الوقود إلى طاقة كهربائية ونقلها وتوزيعها إلى المستهلكين. يتألف هذا النظام من أربعة عناصر أساسية هي:

محطات توليد الطاقة الكهربائية، وخطوط النقل، وشبكات التوزيع، والمستهلكين.

تتوضع محطات توليد الطاقة الكهربائية لأسباب فنية واقتصادية بالقرب من مصادر الوقود (نفط، فحم حجري، غاز، أو مساقط المياه) وبالقرب من مخزون مائي كبير (نهر أو بحيرة) لتأمين تبريد محطة التوليد. ولهذه الأسباب تكون محطات التوليد بعيدة عن مناطق الاستهلاك. والشبكات الكهربائية هي العنصر الذي يربط بين محطات التوليد والمستهلكين.

أما محطات التحويل فهي عناصر من النظام الكهربائي التي توصل محطات التوليد مع شبكات النقل، كما تصل الشبكات ذات التوترات المختلفة بعضها مع بعض.

الأسس الفنية والاقتصادية لنقل وتوزيع الطاقة الكهربائية

تحدد قيمة الاستطاعة الفعالة المنقولة على خطوط نقل القدرة الكهربائية بين محطة توليد (1) ومركز استهلاك (2) بالعلاقة الفيزيائية الآتية:

تتناسب قيمة الاستطاعة المنقولة MW (P) طرداً مع جداء توتر الإرسال (V1) وتوتر الاستقبال (V2) وزاوية الاستطاعة (d) وتتناسب عكساً مع مفاعلة الخط (X). وكلما كان التوتر مرتفعاً كان بالإمكان نقل طاقة أكبر.

 

الأسس الفنية والاقتصادية

 

 

 

لذلك يعمد إلى رفع توتر الخطوط بوساطة المحولات الكهربائية إلى توترات عالية جداً 220 كيلو فولط/ 440 كيلو فولط/ 750 كيلو فولط. والعمل على إنقاص مفاعلة الخط (X) والتحريض بإضافة مكثفات على التسلسل في منتصف خط النقل.

وكما هو معروف، تزداد الكلفة التأسيسية وينخفض الضياع الكهربائي كلما ارتفع توتر خط النقل. والعكس صحيح وفق المنحني المبين في الشكل 1،
إذ يحسب التوتر الاقتصادي المناسب لتغذية حمولة /ما/ تابعاً لكلفة النقل، ولقيمة الحمل ولبعده عن منبع التغذية، والذي هو القيمة الدنيا للجمع بين منحني الضياع مع منحني الكلفة التأسيسية. والمنحنيات اللوغاريتمية المبينة في الشكل 2، والمحسوبة رياضياً تحدد قيمة توتر النقل والتوزيع -تابعاً للبعد /Km/ ولقيمة الحمل MW وبذلك تكون قيمة التوتر 20 كيلو فولط مثلاً لنقل استطاعة بحدود 30-50 ميغاواط إلى مسافة 50كم. في حين يعتمد التوتر 220 كيلو فولط لنقل استطاعة 200 ميغاواط إلى مسافة 180كم.