حوزه نیرو

حوزه‌ی نیرو شامل تولید، انتقال و توزیع نیرو اعم از نیروگاه‌ها، شبکه‌های برق و تاسیسات برقی، پست‌های توزیع، خطوط انتقال و مخازن ذخیره، مهندسی ابزار دقیق، نگهداری تجهیزات نفت، مواد شیمیایی و … است.

تولید الکتریسیته فرایندی است که طی آن از یک منبع انرژی استفاده می‌شود تا انرژی الکتریکی تولید شود و نیروگاه مجموعه‌ای از تأسیسات صنعتی است که برای تولید انرژی مذکور از آن استفاده می‌شود. نیروگاه‌ها بسته به نوع تکنولوژی به کار رفته در آن‌ها و منابع انرژی در دسترس متفاوت هستند. وظیفه اصلی یک نیروگاه تبدیل انرژی از دیگر شکل‌های آن مانند انرژی شیمیایی، انرژی هسته‌ای، انرژی پتانسیل گرانشی و … به انرژی الکتریکی است. وظیفه اصلی در تقریباً همه نیروگاه‌ها بر عهده مولد یا ژنراتور است، ماشین دواری که انرژی جسم سیال را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. انرژی مورد نیاز برای چرخاندن یک ژنراتور از راه‌های مختلفی تأمین می‌شود و غالباً به منظور حداکثری راندمان و حداقل نمودن هزینه‌ها و همچنین میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی در آن منطقه و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد.

ژنراتور: ژنراتورها یا مولدها در حقیقت ماشین‌های الکتریکی هستند که با گرداندن شفت آن‌ها البته با یک سری ملاحظات می‌توان برق تولید کرد. معمول‌ترین انواع ژنراتور ژنراتورهای سنکرون هستند که در بیشتر انواع نیروگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. ژنراتور سنکرون ماشینی است که باید دور آن با توجه به تعداد قطب‌ها در محدوده ای معین ثابت نگه داشته شود. در این ژنراتور یک میدان گردان روی سیم پیچ‌های ژنراتور القا می‌شود که دور این میدان گردان با دور روتور باید یکسان باشد؛ و روتور یک مغناطیس یا آهنربای کنترل شده‌است که به کمک این مغناطیس می‌توان ولتاژ ژنراتور را کنترل کرد. کابل‌های خروجی ژنراتور را ترمینال ژنراتور می‌نامند در ترمینال ژنراتور باید ولتاژ و فرکانس کنترل شده داشته باشیم.

کنترل فرکانس : فرکانس ژنراتورها در یک شبکه بزرگ به صورت هماهنگ و مشترک در همه نیروگاه‌ها کنترل می‌شود کنترل فرکانس ژنراتور به کمک سیستم کنترل دور توربین انجام می‌شود که پایداری این سیستم کنترل بسیار اهمیت دارد و یک سیستم کنترل دور توربینی که ژنراتور را به حرکت درمی‌آورد بسیار پیچیده‌است. اما به صورت ساده اگر بخواهیم به آن اشاره کنیم باید بگویم بار الکتریکی ژنراتور برای توربین مانند ترمز عمل می‌کند به این ترتیب دور توربین در صورت افزایش بار کاهش می‌یابد و سیستم کنترل از طریق فرمان به توربین دور آن را کنترل می‌کند. مثلاً در یک نیروگاه بخار این فرمان به دریچه کنترل بخار اعمال می‌شود و دریچه به مقدار بیشتری باز می‌شود تا بتواند دور لازم را به توربین بدهد. دور ژنراتورها در یک شبکه بر فرکانس تأثیر می‌گذارند و فرکانس یک شبکه استاندارد نباید از محدوده معینی تجاوز کند نکته دیگر اینکه در صورت عملکرد معیوب سیتم کنترل یا دریچه کنترل احتمال دور گرفتن بیش از حد توربین وجود دارد که بسیار خطرناک است البته برای چنین مشکلاتی حفاظت‌هایی وجود دارد ولی در مواردی مشکلاتی پیش آمده که هم خسارت جانی و هم خسارت مالی بالایی دارد.

سیستم تحریک ژنراتور: ولتاژ خروجی ژنراتور بسیار اهمیت دارد چون اگر ولتاژ از حدی فراتر رود به عایق‌های الکتریکی ژنراتور و تجهیزات نیروگاه صدمه وارد شده و خسارت سنگینی در برخواهد داشت. به سیستمی که ولتاژ ژنراتور را کنترل می‌کند سیستم تحریک یا AVR می‌گویند سیستم تحریک هم یک سیستم کنترل پیشرفته‌است که وظیفه آن کنترل ولتاژ ژنراتور است.

فرایند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرایند معمولاً شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولیدکننده به پستهای توزیع نزدیک شهرها یا مراکز تجمع صنایع است و از این پس یعنی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف‌کننده‌ها در محدوده توزیع انرژی الکتریکی است. انتقال انرژی الکتریکی به ما اجازه میدهد تا به سادگی و بدون پذیرفتن هزینه حمل سوختها و همچنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوختها در نیروگاه، از انرژی الکتریکی بهره بگیریم. حال آنکه در بسیاری موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیرممکن است و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است.

به علت زیاد بودن میزان توان مورد بحث، ترانسفورماتورها کمابیش در ولتاژهای بالایی کار میکنند(۱۱۰ کیلوولت یا بیشتر). انرژی الکتریکی معمولاً در فواصل دراز به وسیله خطوط هوایی انتقال مییابد. از خطوط زیر زمینی فقط در مناطق پرجمعیت شهری استفاده میشود و این به دلیل هزینه بالای راهاندازی و نگهداری و همچنین تولید توان راکتیو اضافی در این‌گونه خطوط است.

امروزه خطوط انتقال ولتاژ، بیشتر شامل خطوطی با ولتاژ بالاتر از ۱۱۰ کیلوولت می‌شوند. ولتاژهای کمتر، نظیر ۳۳ یا ۶۶ کیلوولت به ندرت و برای تغذیه بارهای روشنایی در مسیرهای طولانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ولتاژهای کمتر از ۳۳ کیلوولت معمولاً برای توزیع انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از ولتاژهای بیشتر از ۲۳۰ کیلوولت با نام «ولتاژهای بسیار بالا» (extra high voltage) یاد می‌شود چراکه بیشتر تجهیزات مورد نیاز در این ولتاژها با تجهیزات ولتاژ پایین کاملاً متفاوتند.

مرحلهٔ توزیع انرژی الکتریکی یکی از مراحل پایانی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف‌کننده‌هاست. این مرحله انرژی الکتریکی را از سیستم انتقال به مصرف‌کنندگان منفرد انتقال می‌دهد. پست‌های توزیعی که به سیستم انتقال متصل هستند ولتاژ انتقال را به ولتاژهای متوسط (بین ۲ کیلو و ۳۵ کیلو ولت) با استفاده از ترانسفورماتورها کاهش می‌دهند. به‌طور کلی خطوط ولتاژ متوسط معمولاً انرژی کمتر از ۲۰ کیلوولت را با استفاده از پست‌های ترانسفورماتوری که گاهی به‌صورت نصب‌شده بر روی تیرهای انتقال قرار دارند، و نیز خطوط ولتاژ پایین (کمتر از ۱۰۰۰ ولت) را شامل می‌شود.