مع بداية الألفية الجديدة دخلت المولدات الكهربائية عصرًا جديدًا بنوع جديد من المولدات (Generators) التي تعمل على توليد الكهرباء مباشرة من الطاقة الحرارية، مما يجعل هذه المولدات الأعلى كفاءة و الأكثر حفاظاً على البيئة، وكذلك الأفضل اقتصاديًا على المدى الطويل.
لقد قام العلماء بالبحث عن الطاقة الكهربائية من مصادر جديدة.
فالطاقة الكهربائية لها مصادر تقليدية، فإذا كنت مثلاً من سكان المدن فأنت تحصل على الطاقة الكهربية من خلال الشبكات الرئيسية (Basbar) وهذه الشبكة تتغذى بالكهرباء من مجموعة من محطات توليد الطاقة الكهربائية، وهناك أنواع مختلفة من المحطات مثل المحطات البخارية (Steam Power Plant) والمحطات الغازية، وهذان النوعان من المحطات هما الأكثر شيوعاً واستخداماً في العالم كله.
وفى هذين النوعين من المحطات يتم تمرير بخار الماء -في المحطات البخارية- أو ناتج احتراق الغازات -في المحطات الغازية- على توربينات (Turbine) فتدور الريش داخل التوربينة وتدور معها عمود الإدارة المثبت مع هذه الريش وتستخدم طاقة دوران هذا العمود في قطع خطوط فيض المغناطيس المثبت داخل مولد.
والطاقة الكهربائية صديقة الإنسان والبيئة وذلك لأنها طاقه نظيفة لا ينتج عنها أي ملوثات ولكن ينتج من المحطات نفسها ملوثات كثيرة وذلك من نواتج حرق الوقود للتسخين أو لاستخدام نواتجه في تدوير التوربينات.
وهناك صور أخرى لتوليد الكهرباء أكثر محافظه على البيئة مثل توليدها باستخدام مساقط المياه.
ويعتبر السد العالي أكبر مثال حي يستخدم مساقط المياه في توليد الكهرباء.
وإذا كنت في مكان لا يمكن أن تصل إليه امتداد الشبكات الرئيسية فإنه يمكنك الحصول على الكهرباء من تحويل صور أخرى من الطاقة مثل طاقه المد و الجذر وطاقه حركه الأمواج وطاقه الرياح وأخيراً الطاقة الشمسية.
وعند تحليل ما سبق مره أخرى لوجدت أن اغلب صور الحصول الكهربائية يتم من طاقات ميكانيكية.
فمثلاً في المحطات البخارية والغازية وأيضاً مساقط الماء يتم الحصول على الكهرباء من دوران التوربينات، أما استخدام المد والجذر وحركه الأمواج والرياح فهو استغلال لطاقتهم الحركية في تحريك أجزاء ميكانيكية ثم الحصول منها على الكهرباء.
ومن المعروف أنه بوجود أجزاء ميكانيكية في أي جهاز هذا يقلل من كفاءته كثيراً نظراً لضياع الكثير من الطاقة خلال احتكاك وتبريد الأجزاء المتحركة، ولهذا كان الاهتمام بالطاقة الشمسية حيث يتم تحويل الطاقة الضوئية للشمس إلى طاقه كهربيه مباشرة مما يجعلها عالية الكفاءة ولكن تكنولوجيا الخلايا الضوئية مازال مرتفع التكلفة.
ولكن كل صور الحصول على الطاقة الكهربية التي سبق ذكرها تفترض عدم تنقل الإنسان من مكان إلى آخر وذلك لأنه لابد من بناء محطات كبيره لا يمكن تحريكها مع تنقل الإنسان.
هذا السبب الأخير هو الذي جعل العلماء يتجهون بتفكيرهم إلى تصنيع مولدات تتنقل مع الإنسان أينما ذهب (portable generators) وكان نتاج البحث نوعان من المولدات أولهم يعمل بحرق الوقود خلال محرك يشبه محرك السيارة والحصول على الطاقة الميكانيكية ثم الحصول منها على الكهرباء، وهذا النوع هو الأكثر شيوعاً واستخداماً لرخص سعره ولكن ينتج عنه العديد من الملوثات الهيدروكربونية (HC) وكذلك الملوثات النيتروجينية(Nox) وذلك من حرق الوقود ويظل أيضاً هذا النوع منخفض الكفاءة لما يحتوى عليه من أجزاء ميكانيكية.
أما النوع الثاني من المولدات فهي التي تنتج الطاقة الكهربية مباشرة من الطاقة الحرارية دون الحاجة إلى أجزاء ميكانيكية.
وهذه احتلت مكانة كبيرة وأصبحت واسعة الانتشار في مجموعه من شركات البترول العالمية.
وتحتوي هذه المولدات على ثلاث أجزاء أساسية، الأول هو الجزء الساخن ويتم تسخينه بحرق الغاز الطبيعي أو غاز البروبان (C3H8) وتصل درجة حرارته إلى حوالي (c540) والثاني هو الجزء البارد وتصل درجة حرارته إلى (c 140) ويتم تبريده عن طريق تعريضه للهواء الجوي أي أنه يفقد الحرارة بالإشعاع.
أما الجزء الثالث فهو العمود الحراري (thermopile) وهو الجزء الفعال و أساس هذه التكنولوجيا وهو عبارة عن جهاز مصنع من مادة معينه وهذه المادة لها خاصية فيزيائية وهى إصدار نبضات كهربية (signal) نتيجة لفرق درجات الحرارة الذي يشعر بها الجهاز بين طرفيه .
كان يستخدم هذا العمود الحراري (thermopile) سابقاً في أجهزة قياس درجات الحرارة الرقمية (digital).
وعند توصيل مجموعه من أشباه الموصلات (semi-conductors) بهذا العمود الحراري يمكن الحصول على فرق جهد وكذلك تيار مستمر(DC).
ويستخدم هذا التيار المستمر في العديد من الاستخدامات مثل تشغيل أجهزة الاتصال لمواقع شركات البترول في الصحراء وكذلك في تشغيل المضخات وأجهزة لحام الأنابيب في شركات نقل الغازات البترولية (pipeline) وفي العديد من الاستخدامات المختلفة .
وتصل الطاقة الخارجة من هذا النوع من المولدات إلى حوالي (5000watt) وهو أفضل من النوع الأول من المولدات المتحركة في أنها:
1- أكثر نظافة وسلامه على البيئة لانخفاض العوادم الناتجة.
2- يستخدم في جميع أنواع المناخ وظروف الطقس المختلفة.
3- له كفاءة عالية لعدم وجود أجزاء متحركة.
4- يعيش إلى أكثر من 20 عام.
5- يحتاج في الصيانة إلى ساعة أو أثنين في العام ولهذا هو أكثر اقتصادية على المدى الطويل.
ويستخدم هذا النوع من المولدات حالياً في كبرى شركات البترول وشركات الغازات البترولية وأنابيب نقل الغازات حول العالم مثل
1- أمكو للأنابيب (الولايات المتحدة) Amoco pipeline (u.s).
2- نوفا للغازات (كندا) (Nova gas (Canada
3- سيكوان للبترول (الصين) (Sichuan oil (china
4- شركة SSGC (باكستان)
5- شركة TGN (الأرجنتين).
لقد قام العلماء بالبحث عن الطاقة الكهربائية من مصادر جديدة.
فالطاقة الكهربائية لها مصادر تقليدية، فإذا كنت مثلاً من سكان المدن فأنت تحصل على الطاقة الكهربية من خلال الشبكات الرئيسية (Basbar) وهذه الشبكة تتغذى بالكهرباء من مجموعة من محطات توليد الطاقة الكهربائية، وهناك أنواع مختلفة من المحطات مثل المحطات البخارية (Steam Power Plant) والمحطات الغازية، وهذان النوعان من المحطات هما الأكثر شيوعاً واستخداماً في العالم كله.
وفى هذين النوعين من المحطات يتم تمرير بخار الماء -في المحطات البخارية- أو ناتج احتراق الغازات -في المحطات الغازية- على توربينات (Turbine) فتدور الريش داخل التوربينة وتدور معها عمود الإدارة المثبت مع هذه الريش وتستخدم طاقة دوران هذا العمود في قطع خطوط فيض المغناطيس المثبت داخل مولد.
والطاقة الكهربائية صديقة الإنسان والبيئة وذلك لأنها طاقه نظيفة لا ينتج عنها أي ملوثات ولكن ينتج من المحطات نفسها ملوثات كثيرة وذلك من نواتج حرق الوقود للتسخين أو لاستخدام نواتجه في تدوير التوربينات.
وهناك صور أخرى لتوليد الكهرباء أكثر محافظه على البيئة مثل توليدها باستخدام مساقط المياه.
ويعتبر السد العالي أكبر مثال حي يستخدم مساقط المياه في توليد الكهرباء.
وإذا كنت في مكان لا يمكن أن تصل إليه امتداد الشبكات الرئيسية فإنه يمكنك الحصول على الكهرباء من تحويل صور أخرى من الطاقة مثل طاقه المد و الجذر وطاقه حركه الأمواج وطاقه الرياح وأخيراً الطاقة الشمسية.
وعند تحليل ما سبق مره أخرى لوجدت أن اغلب صور الحصول الكهربائية يتم من طاقات ميكانيكية.
فمثلاً في المحطات البخارية والغازية وأيضاً مساقط الماء يتم الحصول على الكهرباء من دوران التوربينات، أما استخدام المد والجذر وحركه الأمواج والرياح فهو استغلال لطاقتهم الحركية في تحريك أجزاء ميكانيكية ثم الحصول منها على الكهرباء.
ومن المعروف أنه بوجود أجزاء ميكانيكية في أي جهاز هذا يقلل من كفاءته كثيراً نظراً لضياع الكثير من الطاقة خلال احتكاك وتبريد الأجزاء المتحركة، ولهذا كان الاهتمام بالطاقة الشمسية حيث يتم تحويل الطاقة الضوئية للشمس إلى طاقه كهربيه مباشرة مما يجعلها عالية الكفاءة ولكن تكنولوجيا الخلايا الضوئية مازال مرتفع التكلفة.
ولكن كل صور الحصول على الطاقة الكهربية التي سبق ذكرها تفترض عدم تنقل الإنسان من مكان إلى آخر وذلك لأنه لابد من بناء محطات كبيره لا يمكن تحريكها مع تنقل الإنسان.
هذا السبب الأخير هو الذي جعل العلماء يتجهون بتفكيرهم إلى تصنيع مولدات تتنقل مع الإنسان أينما ذهب (portable generators) وكان نتاج البحث نوعان من المولدات أولهم يعمل بحرق الوقود خلال محرك يشبه محرك السيارة والحصول على الطاقة الميكانيكية ثم الحصول منها على الكهرباء، وهذا النوع هو الأكثر شيوعاً واستخداماً لرخص سعره ولكن ينتج عنه العديد من الملوثات الهيدروكربونية (HC) وكذلك الملوثات النيتروجينية(Nox) وذلك من حرق الوقود ويظل أيضاً هذا النوع منخفض الكفاءة لما يحتوى عليه من أجزاء ميكانيكية.
أما النوع الثاني من المولدات فهي التي تنتج الطاقة الكهربية مباشرة من الطاقة الحرارية دون الحاجة إلى أجزاء ميكانيكية.
وهذه احتلت مكانة كبيرة وأصبحت واسعة الانتشار في مجموعه من شركات البترول العالمية.
وتحتوي هذه المولدات على ثلاث أجزاء أساسية، الأول هو الجزء الساخن ويتم تسخينه بحرق الغاز الطبيعي أو غاز البروبان (C3H8) وتصل درجة حرارته إلى حوالي (c540) والثاني هو الجزء البارد وتصل درجة حرارته إلى (c 140) ويتم تبريده عن طريق تعريضه للهواء الجوي أي أنه يفقد الحرارة بالإشعاع.
أما الجزء الثالث فهو العمود الحراري (thermopile) وهو الجزء الفعال و أساس هذه التكنولوجيا وهو عبارة عن جهاز مصنع من مادة معينه وهذه المادة لها خاصية فيزيائية وهى إصدار نبضات كهربية (signal) نتيجة لفرق درجات الحرارة الذي يشعر بها الجهاز بين طرفيه .
كان يستخدم هذا العمود الحراري (thermopile) سابقاً في أجهزة قياس درجات الحرارة الرقمية (digital).
وعند توصيل مجموعه من أشباه الموصلات (semi-conductors) بهذا العمود الحراري يمكن الحصول على فرق جهد وكذلك تيار مستمر(DC).
ويستخدم هذا التيار المستمر في العديد من الاستخدامات مثل تشغيل أجهزة الاتصال لمواقع شركات البترول في الصحراء وكذلك في تشغيل المضخات وأجهزة لحام الأنابيب في شركات نقل الغازات البترولية (pipeline) وفي العديد من الاستخدامات المختلفة .
وتصل الطاقة الخارجة من هذا النوع من المولدات إلى حوالي (5000watt) وهو أفضل من النوع الأول من المولدات المتحركة في أنها:
1- أكثر نظافة وسلامه على البيئة لانخفاض العوادم الناتجة.
2- يستخدم في جميع أنواع المناخ وظروف الطقس المختلفة.
3- له كفاءة عالية لعدم وجود أجزاء متحركة.
4- يعيش إلى أكثر من 20 عام.
5- يحتاج في الصيانة إلى ساعة أو أثنين في العام ولهذا هو أكثر اقتصادية على المدى الطويل.
ويستخدم هذا النوع من المولدات حالياً في كبرى شركات البترول وشركات الغازات البترولية وأنابيب نقل الغازات حول العالم مثل
1- أمكو للأنابيب (الولايات المتحدة) Amoco pipeline (u.s).
2- نوفا للغازات (كندا) (Nova gas (Canada
3- سيكوان للبترول (الصين) (Sichuan oil (china
4- شركة SSGC (باكستان)
5- شركة TGN (الأرجنتين).
التسميات
كهرباء