سایت علمی برق
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.
افرادی که دردوره کاردانی دررشته های برق صنعتی، تاسیسات(الکتروتکنیک) بوده اند میتوانند دردوره کارشناسی ناپیوسته(کاردانی به کارشناسی) رشته برق قدرت راانتخاب نمایند
اجزا
مهندسی قدرت معمولاً به سه زیر شاخه اصلی تقسیم میشود:
تولید نوشتار اصلی: تولید انرژی الکتریکی
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 معمولاً 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 سوخت‌های متداول از انرژی‌های 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
نوشتار اصلی: انتقال انرژی الکتریکی
شاخه برقرسانی مختلف با سیستمهای متفاوت، بین چند شرکت تولیدکننده جریان مستقیم(hvdc) با توجه به مزایای ویژه آن، در حال گسترش است.
توزیع
نوشتار اصلی: توزیع انرژی الکتریکی
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
