الكهربائية تعني استخدام الطاقة الكهربائية لاداء العمل. ففي كثير من المنازل تستخدم الكهرباء في الاضاءة
والتدفئة والتبريد. وتمدنا الكهرباء ايضا بالقدرة لتشغيل اجهزة التلفاز والثلاجات والمكانس واجهزة منزلية اخرى متعددة.
وبالقدرة الكهربائية تدار الالات في المصانع. وتستخدم القدرة الكهربائية في السلالم المتحركة والمصاعد والحواسيب واجهزة
اخرى في المحلات والمكاتب الادارية. وتحرك الكهرباء القطارات ونظم النقل في الانفاق. وفي المزارع تؤدي
الالات الكهربائية اعمالا مختلفة مثل ضخ المياه وحلب الابقار وتجفيف العلف.
وتنتج بعض المصانع والمنازل النائية ما يلزمها من القدرة الكهربائية بمولد يدار بمحرك ديزل. ويكون
لدى المستشفيات عادة مولدات لتزويدها بالقدرة الكهربائية لتشغيل غرف الطوارئ والعمليات في حالة حدوث انقطاع
القدرة الكهربائية.وتوفر محطات القدرة الكهربائية الضخمة معظم احتياجات المستهلكين من القدرة الكهربائية.
وتدار المولدات في معظم محطات القدرة الكهربائية بالفحم الحجري او النفط او الغاز الطبيعي. وتدار
مولدات محطات اخرى باستخدام الطاقة النووية او بقوة الشلالات. وتنتقل الكهرباء من محطات القدرة الى
المدن ومناطق اخرى حسب الحاجة باسلاك، حيث توزع لكل مستهلك على حدة.
وتقاس القدرة الكهربائية بوحدات يطلق عليها الواط. وعلى سبيل المثال، يلزم 100 واط من القدرة
الكهربائية لانارة مصباح كهربائي قدرته 100 واط، كما ان 10 مصابيح قدرة كل واحد منها
100 واط تحتاج 1,000 واط، او كيلوواط واحد. ويعبر عن كمية الطاقة المستخدمة بالكيلوواط ساعة،
ويعادل الكيلوواط ساعة مقدار الشغل المبذول بوساطة كيلوواط واحد في ساعة واحدة. فعندما تضيء عشرة
مصابيح ذات 100 واط لمدة ساعة واحدة، او تضيء مصباحا واحدا ذا 100 واط لمدة
عشر ساعات، فانك تستهلك كيلو واط ساعة واحدا من القدرة الكهربائية.
وتنتج محطات القدرة الكهربائية في العالم اكثر من 2,25 بليون كيلوواط من الكهرباء في اي
وقت، وتاتي الولايات المتحدة الامريكية في مقدمة الدول من حيث توليد السعة الكهربائية. كذلك تنتج
روسيا واليابان وكندا والمانيا كميات كبيرة من السعة الكهربائية.
مصادر القدرة الكهربائيةتمد محطات القدرة الكهربائية الضخمة السكان بمعظم ما يحتاجونه من الكهرباء. وفي محطات
القدرة يتم اولا تسخير ضغط البخار او اندفاع المياه لادارة عمود الة يطلق عليه التوربين
(العنفة). ويدير هذا العمود مولدا كهربائيا يحول الطاقة الميكانيكية فيه الى طاقة كهربائية.
والمولد الكهربائي له جزء ثابت يعرف بالعضو الساكن وجزء متحرك يعرف بالعضو الدوار. وفي المولدات
الكهربائية الضخمة بمحطات القدرة يتكون العضو الساكن من مئات من لفات السلك. والعضو الدوار مغنطيس
كهربائي كبير يمد بالكهرباء من مولد منفصل صغير يطلق عليه المستثير. ويدار العضو الدوار بطاقة
ميكانيكية خارجية، ويتولد منه مجال مغنطيسي يدور مع دورانه. وينتج من دوران المجال المغنطيسي تولد
جهد في لفات السلك الموجودة في العضو الساكن، مما يسبب سريان التيار الكهربائي
وتصنف محطات القدرة الكهربائية الى:
1- محطات بخارية تعمل بالوقود الاحفوري؛
2- محطات كهرومائية؛ 3
– محطات نووية. وتنتج محطات اخرى متنوعة كميات صغيرة من الكهرباء.
محطة قدرة كهربائية بخارية
محطات القدرة الكهربائية البخارية التي تعمل بالوقود الاحفوري. تولد هذه المحطات حوالي 66% من اجمالي
القدرة الكهربائية العالمية. وتحرق هذه المحطات الفحم الحجري او النفط او الغاز الطبيعي. ويطلق على
هذه المواد الوقود الاحفوري لانها تكونت من مواد احفورية (بقايا من نباتات وحيوانات ما قبل
التاريخ). ويحرق الوقود في غرفة احتراق لانتاج حرارة، وتحول تلك الحرارة بدورها الماء الى بخار
في المرجل. ثم يمر البخار خلال انابيب في جهاز يسمى السخان الفائق. وتحيط غازات الاحتراق
الساخنة بالانابيب المملوءة بالبخار في السخان الفائق لرفع ضغط البخار في الانابيب ودرجة حرارتها.
ويستخدم البخار فائق الحرارة، عالي الضغط لادارة توربين بخاري ضخم. والتوربين له مجموعة من العجلات
ذات الريش المروحية مركبة على عمود. وعندما يندفع البخار خلال التوربين يدفع الريش مما يسبب
دوران كل من العجلات وعمود التوربين. ويدير عمود التوربين العضو الدوار للمولد الكهربائي، وبالتالي تتولد
الكهرباء
وبعد مرور البخار خلال التوربين يدخل الى مكثف حيث يمر البخار حول انابيب تحمل ماء
باردا. وتمتص المياه الموجودة في الانابيب الحرارة من البخار. وعندما يبرد البخار يتكثف الى ماء.
ويعاد ضخ هذا الماء الى المرجل ليتحول الى بخار مرة اخرى.
وفي محطات قدرة عديدة تضخ مياه انابيب التكثيف التي امتصت الحرارة من البخار الى برك
الرش او برج التبريد، لتبريدها. وفي برك الرش تدفع المياه خلال فوهات ضيقة لتتحول الى
قطرات من الرذاذ. ويزيد الرذاذ من مساحة سطح المياه التي تتعرض للهواء، مما يؤدي الى
سرعة تبريدها. اما برج التبريد فله عدد من الاسطح المتتالية حيث تسقط المياه من سطح
الى اخر فتبرد نتيجة تعرضها للهواء. وبعد ذلك تضخ المياه مرة اخرى الى المكثف او
تصرف الى بحيرة او نهر او تجمع مائي اخر.
والمحطات التي تعمل بالوقود الاحفوري ذات كفاءة وموثوق بها ولكنها تتسبب في تلوث البيئة. وبعض
المحطات لا تستخدم ابراج التبريد او برك الرش فهي تصرف المياه الساخنة الى البحيرات او
البرك او الانهار او الجداول. ويؤدي ذلك الى التلوث الحراري والى الاضرار بالحياة الحيوانية والنباتية
في التجمعات المائية. وفي مناطق عديدة تحد القوانين من صرف المياه الساخنة لمحطات القدرة.
ويحتوي الدخان المنبعث من احتراق الوقود الاحفوري على مواد كيميائية وجسيمات صغيرة تتسبب في تلوث
الهواء في حالة خروجها الى الغلاف الجوي. وتستخدم معظم محطات القدرة التي تحرق هذا الوقود
معدات تحكم في التلوث للحد من مثل هذه الملوثات. وبرغم استخدام تلك المعدات، لم يقض
تماما على تلوث الهواء بسبب حرق المحطات للوقود الاحفوري.
محطات القدرة الكهرومائية. تولد هذه المحطات حوالي22% من اجمالي القدرة الكهربائية العالمية. وتحول تلك المحطات
الطاقة الناتجة من سقوط المياه الى طاقة كهربائية. وتستخدم محطة القدرة الكهربائية المياه المخزونة خلف
السد. ويتدفق الماء خلال مجرى او انبوب الى توربين مائي او توربين هيدروليكي بالمحطة. وعندما
يندفع الماء خلال التوربين يدور عمود التوربين الذي يدور المولد الوتستطيع محطات القدرة الكهرومائية والتي
يطلق عليها محطات كهرومائية ذات ضخ وتخزين تخزين الطاقة بالاداء العكسي. فعندما يقل الطلب على
الكهرباء تعمل المولدات في تلك المحطات كمحركات لادارة التوربينات. وتعمل التوربينات عندئذ كمضخات لرفع الماء
الى الخزان ويستخدم الماء فيما بعد لتوليد الكهرباء.
ومحطات القدرة الكهرومائية اقل تكلفة من المحطات التي تعمل بالوقود الاحفوري، ولا تسبب تلوث الهواء،
ومع ذلك فان عدد تلك المحطات محدود بسبب محدودية مصادر القدرة المائية والاختيار المناسب لمواقع
السدود والخزانات.
محطات القدرة النووية. تولد هذه المحطات 11% من اجمالي القدرة الكهربائية العالمية، وتنتج المحطات النووية
الكهرباء بنفس الطريقة المتبعة في المحطات التي تعمل بالوقود الاحفوري، ولكنها تستخدم جهازا يسمى المفاعل
النووي بدلا من غرفة احتراق الوقود. وينتج المفاعل النووي طاقة حرارية هائلة عن طريق انشطار
نويات ذرات عنصر ثقيل. وتستخدم معظم المحطات النووية عنصر اليورانيوم وقودا لمفاعلاتها.
وتستغل الحرارة الناجمة من الانشطار النووي لتحويل الماء الى بخار. ويدير البخار التوربين البخاري فيدير
بدوره المولد الكهربائي. وبعد مرور البخار على التوربين يكثف ويعاد مرة اخرى الى المحطة. وتستخدم
معظم محطات القدرة النووية ابراج التبريد لتبريد المياه في انابيب المكثف.
