تعتبر الكهرباء اليوم من أهم النعم التي منحها العلم للإنسان. أصبحت الكهرباء جزءاً من حياتنا الحديثة ولا يمكن للمرء أن يفكر في عالم بدونه. يتم استخدام الكهرباء اليوم للإضاءة وتشغيل الأجهزة المنزلية واستخدام المدافئ والتكييف ووسائل التسلية والروبوتات ووسائل النقل أي باختصار كل ما يوفر الراحة للناس. ومن هنا اختراع المولد الكهربائي يعود للعالم الأول الذي اكتشف الكهرباء فلولاه لكنا في العالم المظلم بدون أي تطور.
اختراع المولد الكهربائي
يعود تاريخ اختراع المولد الكهربائي إلى العالم مايكل فاراداي، ابتكر فاراداي المحرك الكهربائي بدايةً وبعد عشر سنوات من أبحاثه الكهربائية اكتشف مبدأ الحث الكهرومغناطيسي في عام 1831 الذي ينص على أن ” القوة الدافعة الكهربائية تتولد في مادة موصلة كهربائياً إذا كان هناك تدفق مغناطيسي متغير حولها”. كانت هذه الاكتشافات محفز ليبحث عمّا هو أفضل وأكثر أهميةً لذلك في بضعة أشهر استطاع فاراداي اكتشاف العلاقة بين المغناطيسيّة والحركة. حيث قام بتوصيل جهاز جلفانومتر (أداة تكشف التيار الكهربائي) مع أنبوب من مادة محايدة ملفوفة بأسلاك ناقلة وبجانبها مغناطيس. عندما مرر فاراداي المغناطيس ذهاباً وإياباً عبر ملف السلك الثابت قفزت إبرة الجلفانومتر مما دلّ على مرور تيار كهربائي.
عندما يحرك المغناطيس تتقاطع خطوط القوة المغناطيسيّة بشكل متكرر مع السلك فتثار الالكترونات فيه ويتولد تياراً كهربائياً. اليوم هذه التجربة تكرر لكن باستبدال الجلفانومتر بمصباح يضيء في نهاية التجربة. يتم إنتاج الطاقة الكهربائيّة حالياً كلها باستخدام مبدأ فاراداي سواء كان المصدر الرئيسي الفحم أو النفط أو الطاقة النووية أو الطاقة المائيّة أو الرياح فجميعها في النهاية تولد طاقة ميكانيكيّة تساعد على إنتاج طاقة كهربائيّة.
بنى الفرنسي هيبوليت بيكسي أول مولد كهربائي يولد كهرباء على شكل نبضات كهربائيّة، في ذلك الوقت لم يستطع الاستفادة من التيار المتردد وحاول الحصول على تيار مستمر. كانت تستخدم الطاقة المتقطعة لشحن بطاريات استمر استخدامها ثلاثون عاماً لاحقاً على الرغم من مساوئ البطاريات حينها.
قام العالم أنطونيو باكينوتي في عام 1860 بابتكار أول مولد يعطي تيار كهربائي مستمر. وفي عام 1871 ملأ زينوب غارمي Zenobe Gramme المجال المغناطيسي بنواة حديديّة فأصبح مسار التدفق المغناطيسي أفضل. فاكتسبت المولدات قوة أكبر وأصبح قابلاً للاستخدام في العديد من التطبيقات التجاريّة والتي كانت بكفاءة مقبولة. بينما يعود المولد الأكثر كفاءة للعالم كارليس برش Charles F Brush.
بدأت شركة Genz في نهاية سبعينيات القرن التاسع عشر باستخدام مولدات التيار المتناوب في المنشآت الصغيرة. لكن آنذاك كانت السوق الأمريكيّة يسيطر عليها مولدات التيار المستمر وكان المتردد منها مشكوكاً وغير مرغوباً. إلى أن تم تحسين أنظمة التحكم وتطويرها لتنافس التيار المستمر. واليوم أنظمة التيار المتناوب هي المسيطرة على العالم.
عمل المولد الكهربائي
الطاقة الكهربائية لا تخلق من العدم لذا المولد الكهربائي يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. فكل مولد كهربائي يديره توربين أو محرك ديزل أو أي آلة تنتج طاقة ميكانيكية. يدور ملف موصل كهربائياً (سلك نحاسي ملفوف على قلب معدني) بسرعة بين أقطاب مغناطيس فيتولد المجال الكهرومغناطيسي حسب قانون فاراداي. يدور الملف عن طريق عمود دوران موصول بالمحرك الأساسي. ينتقل المجال الكهرومغناطيسي إلى ملفات الجزء الثابت من المولد الذي ينتج الكهرباء. يتم توفير الطاقة الميكانيكيّة المطلوبة من خلال المحركات التي تعمل على أنواع الوقود الأحفوري أو عبر التوربينات التي تعمل على مصادر الطاقة المتجددة كالمياه والرياح.
تتميز المولدات الكهربائية بمجموعة واسعة من قدرات خرج الطاقة الكهربائية بحيث يمكن تلبية متطلبات الطاقة المنخفضة والعالية بسهولة من خلال اختيار مولد كهربائي مثالي مع خرج طاقة كهربائية مطابق. كما أن أنواع المولدات متعددة والبعض منها يمكن نقله من مكان لآخر والتخلص من الضوضاء الناتجة عنها.
أنواع مولدات التيار الكهربائي
يمكن تصنيف المولدات حسب نوع خرج التيار الكهربائي الناتج إلى نوعين:
- مولدات التيار المتناوب: هي الأكثر استخداماً في محطات توليد القدرة الكهربائيّة، وتتواجد بخرج ثنائي الطور أو ثلاثي الطور. تتميز بصيانة وخسائر أقل مقارنةً بالنوع الآخر.
- مولدات التيار المستمر: توفر هذه المولدات طاقة سلسلة مباشرة لأجهزة التخزين الكهربائيّة كالبطاريات.
أما بالنسبة لأهمية المولدات وعملها فتصنف على مولدات أساسيّة ومولدات احتياطية. المولدات الأساسية هي التي تقوم بتوليد الطاقة التي تغذي الأجهزة بشكل مستمر أو تلك التي تولد طاقة في محطات الطاقة. بينما الاحتياطية هي المولدات التي تستخدم لتقوم بمهمة المولدات الأساسية بشكل مؤقت في حال انقطاع التغذية الرئيسيّة بحيث أي دقيقة تمر على الانقطاع تؤدي لنتائج كارثية فلا يمكن الاستغناء عن الكهرباء. يوجد نوع أيضاً يدعى المولدات الصناعية. تكون هذه أكثر صلابة وقوة لتناسب عملها في المناطق ذات الظروف الصعبة لكنها تعمل على الغاو والبنزين والبروبان فقط.
