بسرعة دخيلكوا
- الشحنات الكهربائية.zip (672.5 كيلوبايت, 1464 مشاهدات)
- الشحنة الكهربائية 2(1).zip (595.8 كيلوبايت, 1184 مشاهدات)
دعواتكم لكوبرا كوين هي من عرفتنا على هذا المدونة الرائع
1 ـ مقدمة:
تعتبر الطاقة والمياه العذبة من أهم الموارد الطبيعية والضرورية للحياة. ونتيجة لنضوب مصادر الطاقة التقليدية والزيادة المستمرة في الحاجة البشرية للطاقة والمياه العذبة أصبح من الضروري الاقتصاد في استهلاك المتوفر من هذه الموارد الطبيعية والبحث عن وسائل وطرق متعددة للإيفاء بالمتطلبات المستقبلية للطاقة والمياه . وذلك عن طريق استغلال المصادر الثانوية للطاقة والطاقات الجديدة والمتجددة في إنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية [ 1 , 2 ]. وقد ساعد التطور العلمي والصناعي الذي حدث في مجال ضخ وتحلية المياه على استغلال الطاقات المتجددة لهذا الغرض في المناطق النائية والبعيدة عن مصادر الطاقة التقليدية. وذلك عن طريق استغلال المنظومات الشمسية المباشرة أو التوربينات الهوائية لإنتاج الطاقة الكهربائية اللازمة لضخ المياه الجوفية وتحلية المياه باستخدام وحدات التحلية من نوع التناضح العكسي[ 2 , 3 ] . وذلك اعتمادا على طبيعة الطقس والظروف المناخية وسرعة الريح في الموقع المدروس. ولكن في حالة المناطق ذات التجمعات السكانية المتوسطة و الكبيرة أو في حالة الحقول الكبيرة للمياه الجوفية العذبة فإن استغلال أنظمة الطاقات المتجددة السابقة الذكر لضخ المياه الجوفية وتحلية المياه المالحة سوف يؤدي إلى ارتفاع كلفة إنتاج مياه التحلية أو ضخ المياه الجوفية نتيجة لزيادة الكلفة في احتياطي الطوارئ أو في المصدر الإضافي للطاقة الكهربائية.
وبناء على ما تقدم تم في الدراسة الحالية بحث فاعلية استخدام المنظومات الشمسية المباشرة أو مزارع التوربينات الهوائية المتكاملة بالشبكة الكهربائية في محطات التحلية من نوع التناضح العكسي وفي الحقول الكبيرة لضخ المياه الجوفية العذبة.
2 ـ التصاميم المدروسة لمحطات التحلية وضخ المياه الجوفية المتكاملة بالشبكة الكهربائية:
1.2 ـ التصميم المقترح الأول:
3 ـ طريقة دراسة فاعلية التصاميم المقترحة للمحطات الهوائية والشمسية المتكاملة بالشبكة الكهربائية:
إن اختيار الخواص والمواصفات التصميمية لتصاميم محطات التحلية وضخ المياه الجوفية المقترحة ( الفقرة 2 ) بشكل مبدئي لابد أن يكون على أساس الفاعلية الحرارية القصوى لعملية إنتاج مياه التحلية أو ضخ المياه الجوفية في التصميم المدروس للمحطة الشمسية أو الهوائية المتكاملة بالشبكة الكهربائية . وبصفة مقياس للفاعلية الحرارية والحفاظ على أدنى مستوى من التلوث للوسط المحيط تم في الدراسة الحالية اعتماد مقدار التوفير بكمية الوقود المستهلكة في الشبكة الكهربائية نتيجة لاستخدام التصميم المدروس مقارنة مع التصميم التقليدي لمحطة التحلية من نوع التناضح العكسي المرتبطة بالشبكة الكهربائية أو حقول ضخ المياه الجوفية العذبة باستخدام مضخات المياه الغاطسة المرتبطة بالشبكة الكهربائية. وبذلك فإن العلاقة الرياضية التي تعبر عن مقدار التوفير بكمية الوقود المستهلكة في عملية المقارنة هذه يمكن أن تأخذ الشكل التالي :
4 ـ موثوقية النموذج الرياضي لتصاميم المحطات الهوائية والشمسية المشتركة:
لاعتماد نتائج النموذج الرياضي ( الفقرة 3 ) تم في الدراسة الحالية مقارنة نتائج حسابات الطاقة الكهربائية المنتجة للتوربينات الهوائية من نوع E5.5 الأفقية المحور ومن نوع SW75 العمودية المحور باستخدام النموذج الرياضي والبيانات التصميمية للشركة المصنعة [ 5 , 4 ] عند قيم مختلفة لمتوسط سرعة الرياح. والجدول ( 1 ) يبين نتائج هذه الدراسة.
حيث يلاحظ من الجدول ( 1 ) إن نسبة الخطأ في حساب الطاقة الكهربائية المنتجة لا تتجاوز عند أقصى الحالات
3.4 % . وذلك في حساب هذه الطاقة للتربينة الهوائية E5.5عند قيمة متوسطة لسرعة الرياح تساوي 9 m/sec .
وكذلك تم في الدراسة مقارنة نتائج حسابات المواصفات التصميمية للوح الشمسي SM100 باستخدام النموذج الرياضي مع البيانات المعتمدة لقيم هذه المواصفات من قبل الشركة المصنعة [ 12 ] . والجدول ( 2 ) يبين نتائج هذه الدراسة . حيث يلاحظ من الجدول ( 2 ) إن نسبة الخطأ في حساب المواصفات التصميمية للوح الشمسي لاتتجاوز عن أقصى الحالات 4.5 % . وذلك في حساب الطاقة الكهربائية المنتجة للوح الشمسي عند فرق جهد تصميمي لعمل هذا اللوح Vd = 12 Volts .
وبناء على ما تقدم يمكن اعتماد نتائج النموذج الرياضي الخاص بدراسة فاعلية التصاميم المقترحة لحقول ضخ المياه الجوفية العذبة ومحطات التحلية الهوائية والشمسية المشتركة.
NEY
NEY
Vm
الجدول ( 2 ) موثوقية النموذج الرياضي الخاص بحساب المواصفات التصميمية للوح الشمسي SM100.
5 ـ نتائج دراسة فاعلية التصاميم المقترحة للمحطات الهوائية والشمسية المشتركة:
تم وباستخدام النموذج الرياضي ( الفقرة 3 ) بحث فاعلية التصاميم المقترحة للمحطات الهوائية والشمسية المشتركة. حيث تم دراسة فاعلية التصميم المقترح الأول( المحطة الهوائية المشتركة ( الفقرة 2 ) ) على مدار السنة . والشكل ( 5 ) يبين مقدار التوفير بكمية الوقود المستهلكة في الشبكة الكهربائية (DBD ) وكمية الطاقة الكهربائية المنتجة لمزرعة الرياح والمجهزة إلى المحطة الثانوية للطاقة الكهربائية (NED ) خلال اليوم وللأشهر المختلفة من السنة. ويلاحظ من الشكل ( 5 )
ارتفاع مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة خلال الأشهر (3 : 6 ) مقارنة مع الأشهر الأخرى من السنة. والسبب في ذلك يمكن تفسيره إلى زيادة كمية الطاقة الكهربائية المنتجة لمزرعة الرياح نتيجة لارتفاع السرعة المتوسطة للرياح في الموقع المدروس خلال هذه الفترة من السنة. وكذلك يبين الشكل (5 ) ارتفاع مقدار التوفير بكمية الوقود المستهلكة في حالة استخدام التوربينات الهوائية الحلزونية ذات المحور العمودي مقارنة مع التوربينات الهوائية ذات المحور الأفقي. وذلك بسبب زيادة كمية الطاقة الكهربائية المنتجة ( NED ) للتوربينات الهوائية الحلزونية. كنتيجة لارتفاع قيمة معامل القدرة لهذه النوعية من التوربينات الهوائية عند السرعات المنخفضة للرياح. وكذلك يلاحظ من الشكل ( 5 ) خلال الأشهر السابقة الذكر أعلاه هنالك زيادة في كمية الطاقة الكهربائية المنتجة لمزرعة الرياح ذات التوربينات الهوائية الحلزونية عن المعدل
التصميمي لاستهلاك هذه الطاقة ( ( NED )Plant ، الشكل ( 5 )) في التصميم المقترح الأول. وبذلك يتم تجهيز جزء من الطاقة الكهربائية المنتجة في التصميم المقترح إلى الشبكة الكهربائية. بينما يتم خلال الأشهر الأخرى المتبقية من السنة أو على مدار السنة في حالة التوربينات الهوائية ذات المحور الأفقي تغطية جزء من حمل استهلاك الطاقة الكهربائية للتصميم المقترح الأول عن طريق الشبكة الكهربائية. وبذلك وكما هو مبين في الشكل ( 6 ) سوف تتغير على مدار السنة كمية المياه المنتجة ( لحقل سحب وضخ المياه الجوفية ) أو كمية مياه التحلية المنتجة ( لمحطة التحلية من نوع التناضح العكسي ) عن طريق طاقة الرياح وفقا لكمية الطاقة الكهربائية المنتجة لمزرعة الرياح في التصميم المقترح . ويلاحظ من الشكل ( 6 ) ثبوت كمية مياه التحلية ( WDDW ) والمياه الجوفية ( WDRW ) المنتجة خلال اليوم للأشهر (3 : 6 ) عند استخدام التوربينات الهوائية الحلزونية في التصميم المقترح الأول. وذلك للأسباب السابقة الذكر أعلاه في الشكل (5 ) . وبالتالي إنتاج المياه الجوفية أو مياه التحلية بشكل كامل عن طريق طاقة الرياح مع تجهيز الفائض من الطاقة الكهربائية المنتجة عن
الاستهلاك الذاتي للمحطة إلى الشبكة الكهربائية. وكذلك يبين الشكل ( 6 ) إن أدنى نسبة لكمية مياه التحلية أو المياه الجوفية المنتجة عن طريق طاقة الرياح هي 40.5 % في حالة استخدام التوربينات الهوائية الحلزونية . أما في حالة استخدام
التوربينات الهوائية ذات المحور الأفقي فان هذه النسبة 24.2 % وذلك عند الشهر الحادي عشر من السنة. والسبب في ذلك يعود إلى انخفاض السرعة المتوسطة للرياح خلال هذه الفترة من السنة في الموقع المدروس .
وقد تم إجراء التكامل على مدار السنة لمقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة من العلاقة ( 1 ) وكذلك كمية الطاقة الكهربائية المنتجة ( Ne )r. حيث يلاحظ من الشكل ( 7 ) إن مقدار التوفير النوعي بكمية الوقود المستهلكة خلال السنة DBY= 1476.5 ton/year.MW عند استخدام التوربينات الهوائية الأفقية المحور في التصميم المقترح للمحطة الهوائية المشتركة. وطبقا لذلك فان كمية الطاقة الكهربائية المنتجة NEY= 2137.4 MW.hr/year ، نسبة المشاركة لطاقة الرياح في تغطية حمل استهلاك الطاقة الكهربائية للتصميم المقترح WR= 0.676 ، ومقدار الانخفاض في كمية ثاني أوكسيد الكربون المطروحة للوسط المحيط 4547.51 ton/year.MW . كما إن استخدام التوربينات الهوائية الحلزونية يؤدي إلى زيادة مقدار التوفير بكمية الوقود المستهلكة بنسبة 13.4 % . وذلك بسب ارتفاع نسبة المشاركة لطاقة الرياح في تغطية حمل استهلاك الطاقة الكهربائية إلىWR= 0.767 نتيجة لزيادة كمية الطاقة الكهربائية المنتجة في التصميم المقترح.
وكمية الطاقة الكهربائية المنتجة للمنظومة الشمسية المباشرة والمجهزة للمحطة الثانوية (NED ) خلال اليوم وللأشهر المختلفة من السنة. ويلاحظ من الشكل ارتفاع مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة خلال الأشهر (3 : 9 ) مقارنة مع الأشهر الأخرى من السنة. والسبب في ذلك يمكن تفسيره إلى زيادة كمية الطاقة الكهربائية المنتجة للمنظومة الشمسية المباشرة نتيجة لارتفاع كمية الإشعاع الشمسي التي تسقط على سطح مصفوفة الألواح الشمسية في الموقع المدروس. وذلك بسبب تعامد الشمس على نصف الكرة الأرضية الشمالي خلال هذه الفترة من السنة. مما يؤدي ذلك إلى ارتفاع معامل نفاذية الغلاف الجوي بالنسبة للإشعاع الشمسي المباشر. وكذلك يبين الشكل ( 9 ) ارتفاع مقدار التوفير بكمية الوقود المستهلكة في حالة استخدام نظام التحكم من النوع الأول في توجيه مصفوفات الألواح ومتابعة الحركة الظاهرية للشمس مقارنة مع تثبيت مصفوفة الألواح الشمسية عند زاوية ميل بالنسبة للمستوي الأفقي تساوي زاوية خط العرض للموقع المدروس. وذلك بسبب زيادة كمية الطاقة الكهربائية المنتجة ( NED ) لمصفوفة الألواح الشمسية. كنتيجة لارتفاع كمية الإشعاع الشمسي التي تسقط على سطح مصفوفة الألواح الشمسية خلال الفترة الصباحية والمسائية لعمل المنظومة الشمسية. هذا بالإضافة إلى زيادة عدد ساعات إنتاج الطاقة الكهربائية لهذه المنظومة خلال اليوم. وكذلك يلاحظ من الشكل ( 9 ) خلال الأشهر السابقة الذكر أعلاه هنالك زيادة في كمية الطاقة الكهربائية المنتجة عند استخدام نظام التحكم من النوع الأول في توجيه مصفوفات الألواح الشمسية ) عن المعدل التصميمي لاستهلاك هذه الطاقة
(( NED )Plant ، الشكل ( 9 )) في التصميم المقترح الثاني. وبذلك يتم تجهيز جزء من الطاقة الكهربائية المنتجة في
التصميم المقترح إلى الشبكة الكهربائية. بينما يتم خلال الأشهر الأخرى المتبقية من السنة أو على مدار السنة ( في حالة تثبيت مصفوفة الألواح الشمسية ) تغطية جزء من حمل استهلاك الطاقة الكهربائية للتصميم المقترح الثاني عن طريق الشبكة الكهربائية. وبذلك وكما هو مبين في الشكل ( 10 ) سوف تتغير على مدار السنة كمية المياه المنتجة ( لحقل سحب وضخ المياه الجوفية ) أو كمية مياه التحلية المنتجة ( لمحطة التحلية من نوع التناضح العكسي ) عن طريق الطاقة الشمسية وفقا لكمية الطاقة الكهربائية المنتجة للمنظومة الشمسية المباشرة في التصميم المقترح. ويلاحظ من الشكل ( 10 ) ثبوت كمية مياه التحلية ( SDDW ) والمياه الجوفية ( SDRW ) المنتجة خلال اليوم للأشهر ( 3 : 10 ) عند استخدام نظام التحكم من النوع الأول في توجيه مصفوفات الألواح الشمسية المستخدمة في التصميم المقترح الثاني. وذلك للأسباب السابقة الذكر أعلاه في الشكل ( 9 ). وبالتالي إنتاج المياه الجوفية أو مياه التحلية بشكل كامل عن طريق الطاقة الشمسية مع تجهيز
الفائض من الطاقة الكهربائية المنتجة عن الاستهلاك الذاتي للمحطة إلى الشبكة الكهربائية. وكذلك يبين الشكل ( 10 ) عند الشهر الثاني عشر من السنة تتحقق أدنى نسبة لكمية مياه التحلية أو المياه الجوفية المنتجة عن طريق الطاقة الشمسية وهي 76.1 % في حالة استخدام أنظمة التحكم في توجيه مصفوفات الألواح الشمسية أما في حالة تثبيت مصفوفة الألواح الشمسية فإن هذه النسبة 63.4 % . وذلك بسبب انخفاض كمية الإشعاع الشمسي التي تسقط على سطح الأرض في
الموقع المدروس نتيجة لتعامد الشمس على نصف الكرة الأرضية الجنوبي خلال هذه الفترة من السنة.
عند الشهر الثاني عشر من السنة تتحقق أدنى نسبة لكمية مياه التحلية أو المياه الجوفية المنتجة عن طريق الطاقة الشمسية وهي 76.1 % في حالة استخدام أنظمة التحكم في توجيه مصفوفات الألواح الشمسية أما في حالة تثبيت مصفوفة الألواح الشمسية فإن هذه النسبة 63.4 % . وذلك بسبب انخفاض كمية الإشعاع الشمسي التي تسقط على سطح الأرض في الموقع المدروس نتيجة لتعامد الشمس على نصف الكرة الأرضية الجنوبي خلال هذه الفترة من السنة.
ومن الجدير بالذكر بينت نتائج دراسة فاعلية المحطة الشمسية المشتركة ارتفاع مقدار التوفير النوعي بكمية الوقود المستهلكة خلال السنة (DBY ) بنسبة 4.1 %في حالة استخدام نظام التحكم من النوع الثاني في توجيه مصفوفات الألواح ومتابعة الحركة الظاهرية للشمس مقارنة مع استخدام نظام التحكم من النوع الأول ( مقدار التوفير النوعي بكمية الوقود المستهلكة DBY= 2375.35 ton/year.MW عند مدى رؤية في السماء 15 km ). وذلك بسبب زيادة كمية الإشعاع الشمسي المباشر التي تسقط على سطح مصفوفات الألواح الشمسية خلال ساعات النهار. مما يؤدي ذلك إلى ارتفاع كمية الطاقة الكهربائية المنتجة خلال اليوم .
وقد تم كذلك دراسة تأثير مدى الرؤية في السماء وطبيعة الطقس في الموقع المدروس على مقدار التوفير النوعي في كمية الوقود المستهلكة خلال السنة ( DBY ). حيث يلاحظ من الشكل (11 ) زيادة مدى الرؤية في السماء ( AA ) تؤدي إلى ارتفاع مقدار التوفير النوعي في كمية الوقود المستهلكة خلال السنة. والسبب في ذلك يعود إلى ارتفاع معامل نفاذية الغلاف الجوي بالنسبة للإشعاع الشمسي المباشر. ومن ثم زيادة كمية الإشعاع الشمسي الكلي التي تسقط على سطح مصفوفات الألواح الشمسية. وبالتالي ارتفاع كمية الطاقة الكهربائية المنتجة لهذه المصفوفات. مما يؤدي ذلك إلى زيادة كمية مياه التحلية الشمسية المنتجة خلال السنة. وكذلك يبين الشكل ( 11 ) عند تثبيت مصفوفة الألواح الشمسية
المستخدمة في التصميم المقترح الثاني إن مقدار التوفير الأقصى بكمية الوقود المستهلكة 2111.05 ton/year.MW .
وطبقا لذلك فإن كمية مياه التحلية المنتجة عن طريق الطاقة الشمسية 4113.367 ton/year.kW أو كمية المياه الجوفية المنتجة عن طريق الطاقة الشمسيبة 18239.84 ton/year.kW ومقدار الهبوط في كمية ثاني أوكسيد الكربون المطروحة للوسط المحيط 6501.8 ton/year.MW . كما إن استخدام نظام التحكم من النوع الأول في توجه مصفوفات الألواح الشمسية يؤدي إلى ارتفاع هذه المؤشرات بنسبة 39 % . وذلك للأسباب السابقة الذكر في الشكل (9 ).
وكذلك يلاحظ من الشكل ( 11 ) إن انخفاض مدى الرؤية في السماء لغاية 5 kmيؤدي إلى هبوط مقدار التوفير النوعي بكمية الوقود المستهلكة DBY= 1520.62 ton/year.MW . ومن ثم فاعلية استخدام مزارع الرياح ذات التوربينات الهوائية الحلزونية لإنتاج الطاقة الكهربائية ( التصميم المقترح الأول للمحطات الهوائية المشتركة ) مقارنة مع استخدام مصفوفات الألواح الشمسية المثبته عند زاوية ميل محددة بالنسبة للمستوي الأفقي ( التصميم المقترح الثاني للمحطات الشمسية المشتركة ) في المناطق التي تتميز بمعدلات منخفضة لسرعة الرياح ( 3.0 : 5.0 m/sec ) ومتوسط شهري لدرجة صفاء السماء أصغر من 0.4 .
وبناء على ما تقدم تم في الدراسة الحالية بحث فاعلية التصميم المقترح الأول ( المحطة الهوائية المشتركة ) عند قيم مختلفة لارتفاع محور التوربينات الهوائية الأفقية ( Z) المستخدمة في مزرعة الرياح عن سطح الأرض ( وطبقا لذلك ارتفاع أبراج التوربينات الهوائية ). حيث يلاحظ من الشكل ( 12 ) إن زيادة ارتفاع محور التوربينات الهوائية الأفقية عن سطح الأرض
9 m : 15 m تؤدي إلى زيادة مقدار التوفير النوعي في كمية الوقود المستهلكة بنسبة 16.2 % . وذلك بسبب ارتفاع قيمة السرعة المتوسطة للرياح عند محور التربينة وفقا للعلاقة المبينة في الشكل . ومن ثم زيادة كمية الطاقة الكهربائية المنتجة خلال السنة ( NEY ) للتوربينات الهوائية المستخدمة في التصميم المقترح. وكذلك يلاحظ من الشكل ( 12 ) إن معدل الزيادة بمقدار التوفير بكمية الوقود المستهلكة للتصميم المقترح الأول في حالة استخدام التوربينات الهوائية الحلزونية نتيجة لزيادة ارتفاع الأبراج أكبر منه في حالة التوربينات الهوائية ذات المحور الأفقي. والسبب في ذلك يعود إلى انخفاض السرعة المتوسطة للرياح في الموقع المدروس. ومن ثم ارتفاع معامل القدرة للتوربينات الهوائية الأفقية بشكل بسيط مع زيادة سرعة الرياح نتيجة لارتفاع محور هذه التوربينات الهوائية عن سطح الأرض. وبالتالي انخفاض معدل الزيادة في كمية الطاقة الكهربائية المنتجة خلال السنة ( NEY ، الشكل ( 12 )) مقارنة مع التوربينات الهوائية الحلزونية.
6 ـ خلاصة النتائج والتوصيات:
نتائج دراسة فاعلية التصاميم المقترحة للمحطات الهوائية والشمسية المشتركة ( الفقرة 5 ) تشير إلى :
1.6 ـ فاعلية استخدام المنظومات الشمسية المباشرة في حقول ضخ المياه العذبة ومحطات التحلية من نوع التناضح العكسي المتكاملة بالشبكة الكهربائية ( التصميم المقترح الثاني ) في المناطق التي تتميز بارتفاع كمية الإشعاع الشمسي التي تسقط على سطح الأرض وزيادة عدد ساعات سطوع الشمس خلال النهار. حيث بلغ مقدار التوفير النوعي بكمية الوقود المستهلكة في الشبكة الكهربائية 2111.05 ton/year لكل MW من الطاقة الكهربائية التصميمية للمحطة الشمسية المشتركة. وطبقا لذلك فإن كمية مياه التحلية المنتجة عن طريق الطاقة الشمسية 4113.37 ton/year.kW أو كمية المياه الجوفية المنتجة عن طريق الطاقة الشمسية 18239.84 ton/year.kW ومقدار الهبوط في كمية ثاني أوكسيد الكربون المطروحة للوسط المحيط 6501.8 ton/year.MW . وذلك عندما تكون النسبة السنوية لمشاركة الطاقة الشمسية في تغطية حمل استهلاك الطاقة الكهربائية للمحطة الشمسية المشتركة 0.969 .
2.6 ـ استخدام أنظمة التحكم في توجيه مصفوفات الألواح الشمسية المستخدمة في التصميم المقترح للمحطات الشمسية المشتركة يؤدي إلى ارتفاع المؤشرات الحرارية والبيئية السابقة الذكر في الفقرة ( 1.6 ) بنسبة 39 % . وذلك في حالة استخدام نظام تحكم يكون فيه محور دوران مصفوفة الألواح الشمسية عبارة عن خط ممدود من الشمال إلى الجنوب ويميل بزاوية بالنسبة للمستوي الأفقي تساوي زاوية خط العرض.
3.6 ـ إنتاج الطاقة الكهربائية في التصميم المقترح للمحطة الشمسية المشتركة متوافق مع الزيادة الموسمية لحمل استهلاك الطاقة الكهربائية في الشبكة وكذلك مع ارتفاع حمل استهلاك الطاقة الكهربائية في الشبكة خلال ساعات النهار. وبذلك يتم خلال ساعات النهار وعلى مدار السنة وبشكل خاص خلال فصل الصيف تغطية جزء من حمل استهلاك الطاقة الكهربائية للشبكة عن طريق هذه المحطات. مما يؤدي ذلك إلى انخفاض معدل استهلاك الوقود على إنتاج الطاقة الكهربائية في الشبكة الكهربائية.
4.6 ـ فاعلية استخدام التوربينات الهوائية الحلزونية لإنتاج الطاقة الكهربائية في المناطق التي تتميز بمعدلات منخفضة لسرعة الرياح ( 3.0 : 5.0 m/sec ) ومتوسط شهري لدرجة صفاء السماء أصغر من 0.4 . ولكن في هذه الحالة سوف تنخفض المؤشرات الحرارية والبيئية للتصميم المقترح الأول ( المحطة الهوائية المشركة ) مقارنة مع هذه المؤشرات للتصميم المقترح الثاني ( الفقرة 1.6 ) بنسبة 20.6 % . وذلك بسبب هبوط كمية الطاقة الكهربائية المنتجة لمزرعة الرياح في التصميم المقترح. ومن ثم انخفاض النسبة السنوية لمشاركة طاقة الرياح في تغطية حمل استهلاك الطاقة الكهربائية للمحطة الهوائية المشتركة إلى 0.767 .
5.6 ـ زيادة ارتفاع أبراج التوربينات الهوائية الحلزونية المستخدمة في التصميم المقترح الأول ( المحطة الهوائية المشتركة ) بنسبة 33.3 % تؤدي إلى ارتفاع مقدار التوفير النوعي بكمية الوقود المستهلكة في الشبكة الكهربائية ( الفقرة 4.6 ) بمعدل 191.3 ton/year.MW .
6.6 ـ ضرورة إجراء دراسة اقتصادية ـ حرارية لبحث فاعلية التصاميم المقترحة للمحطات الهوائية والشمسية المشتركة تأخذ بعين الاعتبار مقدار التغير في كلفة التصاميم المختلفة للتوربينات الهوائية المستخدمة في الدراسة ، أنظمة التحكم المستخدمة في توجيه مصفوفات الألواح الشمسية ، مصفوفات الألواح الشمسية ، ومحولات التيار الكهربائي المستمر إلى متناوب. هذا إلى جانب سعر إنتاج وحدة الطاقة الكهربائية في الشبكة عند الأحمال المختلفة لحمل استهلاك هذه الطاقة.
الرموز المستخدمة في إعداد هذا البحث :
AA ـ مدى الرؤية في السماء عند الموقع المدروس ( km ) .
DBY ـ مقدار التوفير النوعي بكمية الوقود المستهلكة في التصميم المقترح ( ton/year.MW ).
Ddw ـ الإنتاجية التصميمية لمحطة التحلية من نوع التناضح العكسي في التصميم المقترح ( ton/hr ).
DRW ـ الإنتاجية التصميمية لحقل ضخ المياه الجوفية في التصميم المقترح ( ton/hr ).
EST ـ كفاءة المحطة التعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية في الشبكة .
FAI ـ زاوية خط العرض للموقع المدروس ( deg. ).
Hw ـ السمت التصميمي لضخ المياه الجوفية في التصميم المقترح ( m ).
Ipm ـ التيار الكهربائي عند الطاقة الكهربائية القصوى للوح الشمسي ( Amps ).
Isc ـ التيار الكهربائي عند الدائرة القصيرة للوح الشمسي ( Amps ).
K ـ معامل الشكل المستخدم في علاقة توزيع ويبل لمعدلات سرعة الرياح .
NEY ـ كمية الطاقة الكهربائية المنتجة خلال السنة للتربينة الهوائية أو في التصميم المقترح ( MW.hr/year ).
NRO ـ معدل استهلاك الطاقة الكهربائية النوعي لوحدة التحلية المستخدمة في التصميم المقترح ( kw.hr/ton ).
Pmax ـ الطاقة الكهربائية القصوى للوح الشمسي ( Watts ).
Qcv ـ القيمة الحرارية للوقود المستخدم في المحطة التعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية في الشبكة ( kJ/kg ).
Vd ـ فرق الجهد التصميمي للوح الشمسي ( Volts ).
Vm ـ السرعة المتوسطة للرياح عند الارتفاع Z عن مستوى سطح الأرض ( m/sec ).
Voc ـ فرق الجهد عند الدائرة الكهربائية المفتوحة للوح الشمسي ( Volts ).
Vpm ـ فرق الجهد عند الطاقة الكهربائية القصوى للوح الشمسي ( Volts ).
WR ـ النسبة السنوية لمشاركة طاقة الرياح في تغطية حمل استهلاك الطاقة الكهربائية للتصميم المقترح .
Z ـ ارتفاع محور التوربينات الهوائية الأفقية المستخدمة في التصميم المقترح عن مستوى سطح الأرض أو الارتفاع عن مستوى سطح الأرض الذي تم عنده حساب السرعة المتوسطة للرياح Vm ( m ).
Zo ـ الارتفاع عن مستوى سطح الأرض الذي تم عنده حساب السرعة المتوسطة للرياح [ Vm ]o ( m ).
[NER]H ـ الطاقة الكهربائية التصميمية للتوربينات الهوائية ذات المحور الأفقي المستخدمة في التصميم المقترح ( kW ).
[ NER ]PV ـ الطاقة الكهربائية التصميمية لمصفوفة الألواح الشمسية المستخدمة في التصميم المقترح ( kW ).
[ NER ]V ـ الطاقة الكهربائية التصميمية للتوربينات الهوائية الحلزونية المستخدمة في التصميم المقترح ( kW ).
[ NER ]WP ـ الطاقة الكهربائية التصميمية لمضخات المياه الجوفية في التصميم المقترح ( kW ).
[ Vm ]o ـ السرعة المتوسطة للرياح المحسوبة عند الارتفاع Zo عن مستوى سطح الأرض ( m/sec ).
∆Voc ـ مقدار التغير في فرق الجهد عند الدائرة الكهربائية المفتوحة للوح الشمسي نتيجة للارتفاع درجة حرارة سطح الخلايا الشمسية المكونة للوح عن القيمة التصميمية ( Volts/K ).
المصادر المستخدمة ( REFERENCES ) :
م/ن
1-الدوري…………………………………….. …………………………………………..
2-القانون لدوري……………………………………… ………………………………………
3-الدورة…………………………………….. ………………………………….
4-المجموعة…………………………………… ……………………………………..
السؤال الثاني/علل مايلي
1-سمي الجدول الدوري بالجدول الدوري للعناصر
…..
-تسمىعناصر المجموعة الواحدة ايظا بالعائلة
………………………………………….. ………………………………………….. ………
3- هناك خلل في ترتيب مند ليف للعناصر في الجدول الدوري؟
………………………………………….. ………………………………………….. .
ب/أكمل الفراغات
….………………………………………..
1- يحتوي يمين الجدول الدوري على ……………………….بينما يسارالجدول على………………………..
2- رتب العالم مند ليف العناصر بالجدول الدوريوفق………………………….وقام العالم…………………بتصحيح الخللفي ترتيب العالم مند ليف للعناصر فرتب العناصر وفق……………………….
3- ………………….هوالعنصر الذي سمي نسبة إلى علماء
4-
………………………….هو العنصر الذي سمي نسبة إلى بلدان
5- الكتلة الذرية تساوي……………………العدد الذري
المكثفات الكهربائية
المقدمة :
كثيراً ما نسمع عن المكثفات الكهربائية، لكن قليل مانفكر فيها، فهل فكرت مره في أنواع المكثفات؟ و هل فكرت في استعمالاتها ؟ بل و هلفكرة مره في أي شي يتعلق بهذه المكثفات ؟؟إن كنت قد فكرت في هذه الأمور أو لم تكن فدعنا نتعرف معاً على هذهالمكثفات الكهربائية، دعنا نحيط بأهم الأفكار التي سنتناولها في هذا التقرير البسيطفي البداية: ما هو المكثف ؟المكثف ما هو إلا جهاز يعمل على تخزين الشحنات الكهربائية.
أما عن أهم الأفكار التي سوف أتحدث عنها في هذا التقريرهي:
أولاً: تكوين المكثفات و تسميتها بحسب المواد المكونة لها ثانيا: السعة الكهربية للمكثف ثالثاً: العوامل المؤثرة على سعة المكثف رابعاً: مقاومة المكثف الأومية خامساً: توصيل المكثفات علىالتوازي سادساً: توصيل المكثفات على التوالي سابعاً: أنواعوأشكال المكثفات ثامناً:استعمالات المكثف في الدائرة إلكترونيه.
العرض:من الشكلنلاحظ أن المكثف مصنوع من لوحين موازيين يفصلهم فراغ وهذا الفراغ يسمى الطبقةالعازلة وتختلف أنواع المكثفات على نوع الطبقة العازلة منها مكثفات السيراميك, الميكا, البوليستر, ورق هوائي إلى أخره.
تكوين المكثفات و تسميتها بحسب المواد المكونةلها :
يتكون المكثف الكهربي منلوحين من مادة موصلة بينهما مادة عازلة، ويتحدد نوع المكثف على حسب المادة العازلةالمستخدمة في صناعته، فإذا كانت المادة العازلة الموجودة بين لوحي المكثف هي الهواءفيطلق على المكثف في هذه الحالة اسم المكثف الهوائي، وإذا كانت مصنوعة من مادةالبلاستيك سمي مكثف بلاستيك، وإذا كانت المادة العازلة من الميكا أطلق على المكثف اسم مكثف ميكا وإذا كانت المادة العازلة من السيراميك أطلق على المكثف اسم المكثف السيراميك، أما إذا استخدم محلول كيماوي كمادة عازلة بين لوحي المكثف أطلق على المكثف اسم المكثف الكيماوي أو الالكترولتي.
السعة:تعرف قدرة المكثف على تخزين الشحنة الكهربيةبالسعة الكهربية أو السعة ووحدة قياسها الفاراد، وتحسب قيمة سعة المكثف كالآتي:
العوامل المؤثرة على سعةالمكثف:يوجد ثلاثة عوامل أساسية تؤثر على سعة المكثف بصورة مباشرة وهذه العواملهي:
أ- المساحة السطحية لألواحالمكثف (a):
إن سعة المكثف تتناسب طرديا مع المساحة السطحية للألواح، فإذا زادتمساحة سطح اللوح زادت سعة المكثف وذلك لزيادة استيعابه للشحنات الكهربائية، وبالعكستقل سعة المكثف كلما قلت هذه المساحة.
ب- المسافة بين الألواح (d):
تقل السعة عندما تزداد المسافة بينالألواح وتزداد كلما قلت تلك المسافة أي أنه يوجد تناسب عكسي بين سعة المكثفوالمساحة بين ألواحه.
ج- الوسطالعازل (المادة العازلة) .تتغير سعة المكثف بتغير المادة العازلة بين الألواحويعتبر الهواء الوحدة الأساسية لمقارنة قابلية عزل المواد الأخرى المستعملة فيصناعة المكثفات. يوجد لكل مادة ثابت عزل يطلق عليه ابسلونالمفاعلة (مقاومة المكثف الأومية) .المكثف الكهربيله مقاومة أوميةXc (لأنها تقاس بوحدة الأوم) تتغير مع التردد (F) وتتناسب عكسيا معكل من السعةC والترددF، ويمكن حسابها من القانونالتالي:
توصيل المكثفات علىالتوازي:توصل المكثفات على التوازي للحصول على سعة كلية كبيرة تساوي مجموع سعةالمكثفات المتصلة على التوازي في الدائرة.
على التوازي (تفريغ المكثفتوصل المكثف والمقاومة على التوازي ويتم التسريب أو التفريغ تدريجياوتعمل المقاومة على تبطيأ عملية التفريغ للمكثف كما هو موضح
توصيل المكثفات علىالتوالي:توصل المكثفات على التوالي للحصول على سعة كلية صغيرة أقل من أصغر سعةمكثف موجودة في الدائرة.
على التوالي (شحن المكثف ) :
توصيل المكثف والمقاومة على التوالي ويتم التشحين تدريجيا وتعملالمقاومة هنا على عملية تبطيأ تشحين المكثف كما هو موضحأنواع المكثفات:يطلق على المكثف ذي السعة الثابتة(المكثف الثابت)، أما المكثف الذي يمكن تغيير سعته (وذلك بتغيير المساحة المحصورةبين الألواح) فيطلق عليه اسم المكثف المتغير. يوجد أيضا نوع ثالث من المكثفات يمكنأن نتحكم في تغيير سعته، أو يترك دون تعديل لفترات زمنية طويلة ويطلق عليه اسم(مكثف تريمر) الذي قد نلجأ لضبط قيمته عند إجراء أعمال الصيانة والإصلاح في الدائرةالإلكترونية. والشكل التالي يبين الرموز الاصطلاحية لهذه الأنواع منالمكثفات.
تصنع المكثفات بأحجام وأشكالمتنوعة وعادة تكتب القيم عليها أو تكون عليها الأطواق كما في المقاومة.
وهناك شكلانللمكثفات:1.مكثفات تشبهالمقومات ويخرج منها سلكين لأسفلAXIAL.
2.مكثفات تخرج من أسفلها نهاية أطرافالأسلاك RADIAL.
1.المكثفمتوازي اللوحين: يتكون من لوحين موصلين متوازيينتفصلهما مسافة صغيرة بالنسبة لأبعادها، وكلما كانتالمسافة بين اللوحين صغيرة كان الجهدصغيراً. و تزيد تبعاً لذلك سعة المكثف، كما تزيد السعة أيضاً معزيادة مساحة لوحي المكثف المستوي.
2.المكثف الكروي:
يتكون من موصلينكرويين متحدين في المركز، فإذا كانت شحنة الكرة الداخلية موجبة ووصلتالكرة الخارجية بالأرضفانه ينشأ عن هذا الترتيب شحنة تأثيرية على الكرة الخارجية وهيمساويةتماماً للشحنة الداخليةبالقيمة المطلقة. و إذا فرضنا أن شحنة الكرة الخارجية هي موجبة و بذلك تتولد شحنةتأثيرية تظل مقيدة على سطح الكرة الداخلية و أما الشحنة المطلقة فتتسرب إلىالأرض.
3.المكثفالاسطواني:يتكون من اسطوانتين متحدتي المركز، والسعة الكهربية تعتمد على الشكلالهندسي لنوع المكثف.
4.المكثفذو الحلقة الحارسة:لضمان انتظام المجال بين لوحي المكثف، استعمل العالم لورد كلفنصفيحة دائرية على شكل قرص يحيط به حلقة دائرية تسمى بالحلقة الحارسة، بحيث يكونمجموع مساحتيهما يساوي مساحة الصفيحة الدائرية الأخرى للمكثف. و يشحن القرص والحلقة دائماً بالجهد نفسه و يكون تفريغ القرص منفصلاً عن الحلقة بحيث يمكن قياسشحنة القرص بصورة مستقلة.
استعمالات المكثف في الدائرة إلكترونية:1.يستعمل المكثف لإمرارالتيار المتغير ومنع مرور التيار المستمر في الدائرة الإلكترونية، حيث يعمل (كمكثفربط Coupling أو (مكثف تسريب Bypass كما هو مبين في الأشكالالتالية.
2.يستعمل المكثفالكيماوي للشحن والتفريغ في دوائر التنعيم التي تحول التيار المتغير إلى تيارمستمر.
3.يستعمل المكثفالكيماوي كبير السعة في دوائر فلاش كاميرا التصوير حيث يخزن شحنات كهربية عالية،وعندما يفرغ فجأة يعطي الضوء الأبيض الباهر اللازم لعمليةالتصوير.
4.يستعمل المكثفالمتغير على التوازي مع ملف لاختيار المحطات (الترددات) في جهاز الراديو أو جهازالتلفزيون، كما هو مبين في الشكل التالي.
5.يوصل المكثف مع المقاومة في الدائرة الإلكترونية للحصول على أشكالموجات متنوعة ويطلق على الدائرة في هذه الحالة دائرة تفاضل أو دائرة تكامل، كما هومبين في الأشكال التالية.
لمعلوماتك:
تكتبالقيمة العليا لفرق الجهد على المكثف والتي ممكن أن يعمل بها.
وفي بعض المكثفات كإليكترونيةوالتنتانيوم تكون مقطبة وهذا يعني إنها يجب أن توضع بالشكل الصحيح وتكتب عليها عادةهذه الأقطاب إذا كانت موجبة أو سالبة.
بعض المكثفات لها أطواق من الألوان لمعرفة قيمتها كالموجودة فيالمقاومات (قراءة قيم المكثفات )
.الخاتمة:
هكذانكون قد انتهينا من عرض أهم المعلومات المتعلقة بالمكثفات الكهربائية و لعلنا قدتوصلنا إلى النتائج التالية:
1.أن يمكن إيجاد سعة مكثف بقسمه الشحنة على فرق الجهد ( سع = شك ÷ جه)
2.أن من أهم العواملالمؤثرة على سعه المكثف هي مساحه السطح و المسافة بين اللوحين و نوع الوسطالعازل.
3.أن مقاومة المكثفتتناسب عكسيا مع التردد و مع السعه.
4. يمكن توصيل المكثفات على التوالي أوالتوازي.
5. هناك عدة أنواع منالمكثفات و منها ذو اللوحين المتوازين و الكروي و الاسطواني و ذو الحلقة الحارسة.
6 .تستعمل المكثفات في مكثفالربط و مكثف التسريب و الشحن و التفريغ في دوائر التنعيم و في دوائر فلاش كاميراتالتصوير و كذلك في جهاز الراديو و التلفزيون و غيرها الكثير الكثير من الاستخدامات.
و إلى هنا نكون قد ذكرناعن جميع النقاط السابقة و شرحناها بشيء من التفصيل مع الرسومات الموضحة عن كل مايتعلق بهذه المكثفات، و أتمنى أيها القارئ أن نكون قد أفدناك ولو بالشيء اليسر فيتوسيع مداركك و زيادة معلوماتك فيما يتعلق بالمكثفات الكهربائية.
م/ن
ولا تنسونا من صالح الدعاء
القوة المحركة (الدافعة) الكهربائية (( ق.د.ك))
ونعلم مما سبق دراسته أن سريان الإلكترونات في اتجاه واحد يكوّن تيارًا كهربائيًا . بعد ذلك وجد أن القوة الدافعة الكهربائية ( أو ما يسمى بالفولتية) ، هي القوة التي تدفع هذه الإلكترونات لتكون تيارا. أي أن الأكترون يتحرر من الذرة وينطلق متنقل من ذرة إلى أخرى بفعل القوة الدافعة الكهربائية ، والتي تعتبر أيضا – أي القوة الدافعة الكهربائية – بأنها قوة التجاذب الكهربائي الذي يسببه اختلاف الشحنات بين نقطتين في الدائرة، ويوفرها مصدر طاقة كهربائية ( البطارية مثلا )، حيث أن أحد طرفي البطارية سالبا ، و الطرف الآخر موجبا.
لحفظهما ( أضغط بزر الفأة اليمن ثم أختر حفظ بإسم )
مثال توضيحي :
سؤال : ما معنى أن القوة المحركة لمولد 2 فولت .
م ن ق و ل للفائدة
بس بشرط أبي ردود