مهندسی برق قدرت
مهندسی برق قدرت (Power engineering) یکی از زیر شاخههای اصلی مهندسی برق است که با سیستمهای قدرت به ویژه تولید, انتقال, توزیع توان الکتریکی, تبدیل انرژی الکتریکی به شکلهای دیگر انرژی و تجهیزات الکترومکانیکی سروکار دارد. این رشته همچنین شامل راهاندازی و تعمیر و نگهداری سیستمهای حرارتی برودتی و تجهیزات تولید توان الکتریکی مانند ژنراتورها و دیگر تجهیزات الکتریکی مورد استفاده در صنایع و یا ساختمانها بزرگ نیز میشود. شناسایی دیگر منابع جدید انرژی الکتریکی نیز از زیر شاخههای این رشته‌است.
برق قدرت
همانطور که در بالا اشاره شد عمده مباحث در مهندسی برق قدرت بر تولید, انتقال و توزیع انرژی الکتریکی و برخی تجهیزات مصرف کننده انرژی الکتریکی استوار است, که این خود شامل ترانسفورماتورها, ژنراتورها, موتورهای الکتریکی و تجهیزات الکترونیک قدرت است.
در بسیاری از کشورهای جهان, دولت شبکهای الکتریکی را به منظور اتصال کلیه مولدها و مصرف کنندههای الکتریکی راهاندازی میکند. این شبکه در اصطلاح «power grid» نامیده میشود. به وسیله این شبکه مصرف کنندههای الکتریکی میتوانند بدون متحمل شدن سختیها و هزینههای مربوط به تولید برق به صورت جداگانه, برق را از شبکه خریداری نمایند. در این میان یکی از وظایف مهندسین برق قدرت, طراحی و نگهداری شبکههای الکتریکی و مصرف کنندههای متصل شده به شبکه‌است. تجهیزات متصل شده به شبکه الکتریکی دراصطلاح «on-grid» نامیده میشوند. این تجهیزات میتوانند به شبکه, توان الکتریکی تزریق کرده یا برعکس از آن توان دریافت کنند یا حتی, هر دو کار را با هم انجام دهند.
مهندسین قدرت, فعالیتهایی را در زمینهی تجهیزات جدای از شبکه یا تجهیزات «off-grid» نیز انجام میدهند. دلیل استفاده نکردن از شبکه دراین نوع مصرف کنندهها عموماً ثابت نبودن این مصرف کنندههاست به صورتی که هزینه اتصال برای آنها در هر جابهجایی, امکان وصل به شبکه را برای آنها غیر ممکن میکند.
امروزه بیشتر شبکههای الکتریکی از توان الکتریکی به صورت سه فاز متناوب استفاده میکنند که دلیل اصلی این انتخاب سهولت در تولید, انتقال و توزیع انرژی الکتریکی بدین صورت است. البته معمولاً در مصرف کنندههای کوچک توزیع به صورت تک فاز صورت میگیرد که این به دلیل ضروری نبودن وجود سه فاز و همچنین ایمنی بیشتر برای این مصرف کنندههاست. با این وجود در صنایع و مصرف کنندههای توان بالا برای بالا بردن بهره بری و استفاده از موتورهای سه فاز, انرژی الکتریکی به صورت سه فاز توزیع میشود.
نقش ترانسفورماتور در سیستمهای انتقال بسیار مهم است چرا که ترانسفورماتورها درسیستم قدرت وظیفه تغییر دامنه ولتاژ را بر عهده دارند .افزایش ولتاژ به وسیله ترانسفورماتور به کاهش جریان میانجامد و طبق قانون توان الکتریکی (که توان با مجذور جریان متناسب است ) با کاهش جریان تا حد امکان میتوان تلفات را تا حد قابل ملاحظهای کاهش داد, بنابراین افزایش ولتاژ در خطوط انتقال به کاهش تلفات و درنتیجه افزایش بهره وری خطوط انتقال میانجامد.
بنا به دلایل گفته شده در بالا, پستهای تغییر ولتاژ در سراسر شبکههای الکتریکی وجود دارند. این پستها ولتاژ را در نزدیکی مولدها افزایش داده و سپس با نزدیک شدن به مناطق مسکونی و یا مصرف کنندهها برای ایمنی مصرف کننده دوباره ولتاژ را در چند مرحله کاهش میدهند
اجزا
مهندسی قدرت معمولاً به سه زیر شاخه اصلی تقسیم میشود:
تولید
تولید انرژی الکتریکی فرآیندی است که درطول آن دیگر شکلهای انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل میشوند. برای انجام این فرآیند راه‌های متعددی وجود دارد. از تبدیل الکترومکانیکی معمولا در مواردی استفاده میشود که منبع انرژی زغال سنگ (نیروگاه سوخت فسیلی), نفت, گاز طبیعی, اورانیوم(انرژی هسته‌ای), جریان آب یا جریان باد باشد و در تمام این موارد به جز انرژی بادی برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی از ژنراتورهای سنکرون AC که به توربین بخار, گازی یا آبی متصل هستند استفاده میشود. استفاده از این نوع ژنراتورها دارای فواید بالایی است که استفاده از آنها را در بیشتر صنایع بزرگ تولید برق رایج کرده‌است.
هزینههای تولید انرژی الکتریکی در بیشتر روش‌ها به طور مشخص تابعی از قیمت سوخت مصرفی و بهروری در نیروگاه است و در همین راستا برای هر نیروگاه یک تابع هزینه تعریف میشود که میتوان آن را با یک معادله درجه دوم تقریب زد که تابعی از هزینه سوخت نیروگاه است. امروزه دانشمندان به دنبال منابع جدید برای تولید انرژی الکتریکی هستند که درآن به جای استفاده از سوخت های متداول از انرژی های تجدید پذیر و نو که به صورت رایگان در اختیار ما قرار دارند ،استفاده شود تا با جایگزینی این منابع وابستگی قیمت انرژی الکتریکی به قیمت سوخت را کاهش دهند.
انتقال
شاخه انتقال شامل جابجایی توان در طول مسیرهای معمولاطولانی انجام میشود. این مسیر طولانی, فاصله محل تولید تا نزدیکی محل مصرف است. انتقال معمولاً طوری صورت میپذیرد که ولتاژ در طول خطوط انتقال از ولتاژ محل مصرف کننده یا تولید کننده بیشتر می‌باشد، این امر بدلیل کاهش تلفات صورت میگیرد. شاخه انتقال همچنین شامل سطوح ولتاژی متفاوت (230/400/800) کیلو ولت می‌باشد واتصال شبکههای برقرسانی مختلف با سیستمهای متفاوت, بین چند شرکت تولیدکننده برق, چند استان یا ایالت و یا چند کشور میشود.در حال حاضر با پیشرفت دانش الکترونیک قدرت استفاده از خطوط انتفال نیرو با سیستم جریان مستقیم(hvdc) با توجه به مزایای ویژه آن ،در حال گسترش است.
توزیع
توزیع انرژی الکتریکی در واقع دریافت برق از شبکه انتقال و رساندن آن به مصرف کنندههاست. تبدیل ولتاژ وارد شده به سیستم توزیع به ولتاژ مورد نیاز مصرف کنندهها نیز در حوزه توزیع برق قرار میگیرد.
سلام
ممنون