فهم مبدأ عمل مجموعة المولدات الغازية

المبدأ الأساسي لعمل مجموعة مولدات الغاز

تعمل المولدات الغازية عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة في وقود مثل الغاز الطبيعي أو البروبان أو حتى الغاز الحيوي أولاً إلى حركة ميكانيكية، ثم إلى كهرباء فعلية. عندما يحترق الوقود في غرفة احتراق المحرك، فإنه يُحدث انفجارات صغيرة لكنها قوية تدفع المكابس للحركة ذهابًا وإيابًا، مما يؤدي بدوره إلى دوران عمود المرفق. هذه الحركة الدورانية هي التي تقود جزء المولد (المولد التوافقي). داخل المولد، هناك ما يُعرف بالحث الكهرومغناطيسي العامل. وبشكل أساسي، عندما يتحرك الدوار داخل الثابت، فإنه يؤثر على المجالات المغناطيسية، وتتسبب هذه الحركة في مرور تيار كهربائي عبر اللفات النحاسية. وبما أن هذه العملية بأكملها تعمل بشكل موثوق للغاية، فإن هذه المولدات الغازية تُستخدم عادةً ليس فقط كمصدر احتياطي في حالات انقطاع التيار الكهربائي، ولكن أيضًا كمصدر رئيسي للطاقة في المواقع النائية والمنشآت الصناعية التي تحتاج إلى إمداد كهربائي مستمر.

المكونات الرئيسية مجموعة مولدات الغاز ووظائفها

المحرك والمولد التوافقي: القلب الخاص بالمولد مجموعة مولدات الغاز

في قلب النظام نجد المحرك والمولد العاملين معًا. عندما يبدأ محرك الاحتراق الداخلي بالعمل، فإنه يحترق وقودًا غازيًا لإنتاج دوران ميكانيكي يقوم فورًا بتشغيل المولد. ما الذي يحدث داخل المولد؟ من خلال ظاهرة تُعرف بالحث الكهرومغناطيسي، تتحول كل هذه الحركة إلى كهرباء تيار متردد. إن مدى جودة أداء هذين الجزأين له أهمية كبيرة في نوع الطاقة الناتجة عن المولد. فإذا كانا متزامنين بشكل صحيح وبنيتهما متينة، فإن المولد سيُنتج طاقة ذات جودة أفضل، وسيعمل بكفاءة أعلى، وسيبقى موثوقًا حتى عند تغير الأحمال خلال اليوم.

نظام الوقود، منظم الجهد، ونظام التبريد: مكونات داعمة لتشغيل مستقر

تحافظ أنظمة الدعم على تشغيل العمليات بأمان دون انقطاع. وتتولى أنظمة الوقود تخزين الغاز وتنقيته وتوصيله عند مستويات الضغط المناسبة المطلوبة لضمان الأداء السليم. تعمل منظمات الجهد التلقائية (AVRs) على الحفاظ على استقرار الجهد الكهربائي من خلال تعديل تيار إثارة المولد عندما تتغير ظروف الحمل. أما أنظمة التبريد، سواء كانت تبريدًا بالهواء أو بالسوائل، فتقوم بإزالة الحرارة الزائدة الناتجة عن مكونات المحرك والمولد، مما يمنع ارتفاع درجات حرارتها ويُطيل عمرها الافتراضي مع مرور الوقت. وتساهم جميع هذه الآليات الداعمة المختلفة معًا في الحفاظ على إنتاج طاقة موثوق، وفي حماية المكونات الأساسية للمحرك من التلف.

هيكل المولد/المولد الكهربائي واعتماده على الحث الكهرومغناطيسي

تعمل المولدات من خلال الحث الكهرومغناطيسي، وتعتمد بشكل أساسي على جزأين رئيسيين: دوار يدور ويُعرف أيضًا باللفة المجالية، وجزء ثابت يُعرف بلفة العضو الفعال. عندما تمر الكهرباء عبر الدوار، فإنه يُنشئ مجالاً مغناطيسيًا. ومع دوران هذا المكون، يتغير المجال المغناطيسي باستمرار، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي في لفات الثابت المحيطة به. إن طريقة تصميم هذه المكونات تؤثر مباشرةً على المخرجات الكهربائية المهمة بما في ذلك مستويات الجهد، ومدى تكرار دورات التيار في الثانية، ونقاء أو نظافة الشكل الموجي الناتج فعليًا. إن الحفاظ على المحاذاة الصحيحة بين الدوار والثابت مع الحفاظ على عزل جيد بينهما يُحدث فرقًا كبيرًا لتحقيق أقصى كفاءة ممكنة من النظام، وبضمان استمرار العمل بموثوقية عالية مع مرور الوقت دون حدوث أعطال غير متوقعة.

أنواع الوقود وعملية الاحتراق في مجموعات المولدات الغازية

أنواع الوقود الشائعة لمجموعات التوليد: الغاز الطبيعي، البروبان، والغاز الحيوي

يعمل معظم المولدات الغازية إما بالغاز الطبيعي أو البروبان أو الغاز الحيوي كمصدر رئيسي للوقود. ويتميز الغاز الطبيعي بأنه يصل عبر خطوط الأنابيب الحالية مباشرة، مما يجعله مناسبًا للمواقع الثابتة التي تحتاج إلى طاقة مستمرة دون القلق بشأن إعادة التزود بالوقود. أما بالنسبة للأشخاص العاملين في أماكن يصعب فيها الحصول على الإمدادات، فإن للبروبان ميزات أيضًا، لأنه يحتفظ بجودته لفترة أطول ويمكن نقله بسهولة بين المواقع. وهناك أيضًا الغاز الحيوي الذي يُنتج من مواد مثل بقايا الطعام والروث، وهو خيار صديق للبيئة لكنه عملي فقط في الأماكن التي توجد بها وحدات الهضم اللاهوائي محليًا. إن اختيار نوع الوقود له أهمية كبيرة عند ضبط المحركات بشكل صحيح، وإدارة الانبعاثات الناتجة في الجو، وتحديد التكلفة الفعلية لتشغيلها يومًا بعد يوم.

عملية الاحتراق: من حقن الوقود إلى شوط القوة في المحركات الغازية

تعمل محركات الاحتراق الداخلي من خلال ما يُعرف بعملية الأربع ضغوط: أولاً دخول الهواء، ثم الضغط، يليه توليد القوة، وأخيراً طرد العوادم. عندما يفتح صمام السحب، يتم سحب هواء نقي إلى غرفة الأسطوانة. ويتم رش الوقود أثناء الضغط عندما يتحرك المكبس إلى الأعلى، مما يخلط كل شيء معاً تحت ضغط. ثم يأتي شرارة البوجي التي تُشعِل الخليط، فتخلق انفجاراً صغيراً لكنه قوي يدفع المكبس للأسفل مرة أخرى - وهنا يحدث العمل الميكانيكي الفعلي. وعندما يتحرك المكبس، فإنه يدور عمود المرفق المتصل من الأسفل، ليحول الحركة الخطية إلى حركة دورانية دائرية تُستخدم لدفع السيارة إلى الأمام وتزويد الملحقات مثل الأضواء أو الراديو بالطاقة. وأخيراً، تفتح صمامات العادم لتخرج جميع الغازات المتبقية من عملية الاحتراق عبر أنبوب العادم، مما يهيئ النظام بأكمله لجولة تشغيل جديدة.

آليات الإشعال في محركات الاحتراق الداخلي بالغاز

تعمل معظم المحركات التي تُستخدم الغاز كوقود على ما يُعرف بالإشعال بالشرارة. وبشكل أساسي، تقوم شمعات الإشعال بإنتاج شرارات في الوقت المناسب تمامًا لإشعال خليط الهواء والوقود المضغوط داخل المحرك. ومع ذلك، فإن قرارات التوقيت هذه ليست عشوائية، بل يتم التحكم بها من خلال وحدات إلكترونية تراقب عوامل مثل مدى بذل المحرك للجهد، ودرجة حرارته التشغيلية، وسرعة دورانه. ويساعد هذا في ضمان احتراق الوقود بكفاءة مع تقليل المواد الضارة في العادم. وعادةً ما تتبع محركات الغاز الطبيعي والبروبان نفس أسلوب الإشعال بالشرارة أيضًا. لكن هناك أمرًا مثيرًا للاهتمام يحدث حاليًا مع بعض محركات الغاز الحيوي. فبعض النماذج المصممة لنسب ضغط أعلى تستخدم في الواقع تقنيات مختلفة مثل أنظمة الاحتراق الفقير أو غرف ما قبل الاحتراق الخاصة. وقد وجد المصنعون أن هذه الأساليب تساعد في الحفاظ على الأداء عند تغير الظروف التشغيلية خلال اليوم.

التجاوُزات بين الانبعاثات والكفاءة في احتراق الغاز الطبيعي

من حيث الانبعاثات، فإن حرق الغاز الطبيعي يُنتج كميات أقل من أكاسيد النيتروجين (NOx) والجسيمات مقارنةً بمحركات الديزل. ومع ذلك، فإنه يطلق كميات أكبر من ثاني أكسيد الكربون للحصول على نفس كمية الطاقة المنتجة. تبلغ كفاءة معظم المولدات الغازية الحديثة اليوم ما بين 35 إلى 45 بالمئة. وذهبت بعض المنشآت خطوة أبعد باستخدام أنظمة توليد الطاقة والحرارة معًا التي تحقق أكثر من 80% من الاستخدام الكلي للطاقة. كما أظهرت دراسة حديثة من العام الماضي أمرًا مثيرًا للاهتمام أيضًا. فالمنشآت التي تستثمر في أنظمة تحكم أفضل وتلتزم بجداول الصيانة الدورية يمكنها تقليل احتياجاتها من الوقود بنسبة تقارب 15%. وتساعد هذه التوفيرات تلك المنشآت على الالتزام باللوائح الصارمة للانبعاثات دون تحمّل تكاليف باهظة لمعدات إضافية.

الأسئلة الشائعة

ما هي الوظيفة الأساسية لمُحَوِّل الطاقة؟ مجموعة مولدات الغاز ?

أ مجموعة مولدات الغاز يحول الطاقة الكيميائية من وقود مثل الغاز الطبيعي أو البروبان أو الغاز الحيوي إلى حركة ميكانيكية، ثم إلى كهرباء، مما يجعله مصدر طاقة موثوقًا.

ما هي المكونات الرئيسية لمولد الغاز؟

تشمل المكونات الرئيسية المحرك، والبديل، ونظام الوقود، ومنظم الجهد، ونظام التبريد، حيث تسهم كل منها في التشغيل الفعّال للمولد.

كيف يعمل مجموعات المولدات الغازية تنظيم الجهد؟

مجموعات المولدات الغازية استخدم منظم جهد تلقائي (AVR) للحفاظ على خرج جهد مستقر وضمان إمداد كهربائي موثوق.