نقل الطاقة الكهربائية، هي الأدوات والمعاني، المعنية بنقل الطاقة الكهربائية لأماكن بعيدة، من أماكن توليدها، منذ القرن التاسع عشر. وهي تضم حركات الكهرباء بكميات كبيرة (تسمى رسمياً"النقل") وتوصيل الكهرباء للعملاء الفرديين "التوزيع". في البداية تم استخدام المصطلحين بالتبادل.

النقل المبكر

قبل الطاقة الكهربائية، استخدمت أنظمة متنوعة لنقل الطاقة عبر مسافات شاسعة. الأشهر بينها النقل الديناميكي (كابل في الحركة)، النقل الهوائي (هواء المضغوط)، النقل الهيدروليكي (سائل مضغوط). عربات الترام كانت المثال الأكثر شيوعاً للنقل الديناميكي، واللتي يمكن لخطوطها حتى تمتد لمسافة بضعة أميال لكل قسم.النقل الهوائي كان يستخدم الطاقة لأنظمة النقل في جميع من باريس، وبيرمنغهام، وريكسدورف، أوفينباخ، درسدن، وبيونس آيريس، في بدايات القرن العشرين. كانت المدن في القرن التاسع عشر تستخدم أيضا نظام النقل الهيدروليكي الذي يستخدم أنابيب ضغط الماء العالي لتزويد الطاقة لمحركات المصانع. أنظمة أنابيب لندن زودت ب7000 قوة حصانية (5 ميغاواط) على امتداد 180 ميلاً (290 كم)، تحمل مياه بضغط 800 باوند لكل إنش مربع. هذه الأنظمة إستبدلت بنظام كهربائي أرخص ومتعدد الإستعمالات، لكن بحلول نهاية القرن التاسع عشر، كان مخططوا المدن والممولون مدركين جيداً للفوائد والاقتصاد وعملية إنشاء أنظمة نقل للطاقة الكهربائية. في الأيام الأولى لإستخدام الطاقة الكهربائية، كان للانتشار الواسع لها عائقين. الأول، الأجهزة التي تتطلب فروق جهد مختلفة تتطلب مولدات خاصة بخطوطها الخاصة. إنارة الشوراع، المحركات الكهربائية في المصانع، الكهرباء اللازمة للترام وإضاءة المنازل كلها أمثلة لتنوع الأجهزة مع فرق جهد يحتاج أنظمة خاصة. وثانياً، يجب حتى تكون المولدات قريبة من أحمالها (الأجهزة التي بحاجة للمولدات للعمل) (ميل أوأقل لأجهزة الجهد المنخفض). كان معروفاً حتى نقل الطاقة لمسافات بعيدة كان ممكناً حدثا إرتفع الجهد الكهربائي، إذن فكلا المشكلتين من الممكن حلهما إذا أمكن إجراء تحويل للفولتية بثمن بخس من خط كهرباء عالمي واحد.

أنظمة متخصصة

معظم بداية الكهرباء كانت تياراً مستمراً، والذي لم يكن من السهل زيادة أوتخفيض فرق الجهد في النقل لمسافات طويلة، أومشاركة خط عام يمكن إستخدامه لفئات مختلفة من الأجهزة الكهربائية. قامت الشركات ببساطة بتشغيل خطوط مختلفة لتشغيل فئات مختلفة من الأحمال لمتطلبات اختراعاتهم. تطلبت أنظمة مصابيح نيويورك القوسية جهداً يصل حتىعشرة كيلوفولت، للكثير من المصابيح في نفس الدائرة، واستخدمت مصابيح إديسون المتوهجة تيار 110 فولت، عربات الترام التي بنتها سيمينز أوسبراغ، ذات المحركات الكبيرة تطلبت قدرة 500 فولت، في حين كانت المحركات الصناعية في المصانع تستعمل فروق جهد أخرى. تبعاً لهذا التخصيص في الخطوط، وكان نقل الطاقة غير فعال كثير، بدا في ذلك الوقت حتى الصناعة بحاجة لتطوير ما يعهد حالياً بنظام التوليد في المسقط، بعدد كبير من المولدات الصغيرة المتموضعة بجانب أحمالها.

بداية الإنارة الخارجية عالية الجهد

كان الجهد العالي (الضغط العالي) محط اهتمام الباحثين الأوائل للعمل على معضلة نقل الطاقة لمسافة طويلة. لقد فهموا من مبادئ الطاقة الأولية، حتى كمية من الطاقة يمكن نقلها عبر موصل بمضاعفة الجهد وتنصيص التيار (تخفيضه إلى النصف) بدون حتى تقل. كما فهموا وفقاً لقوانين جول حتى كمية الطاقة تفقد بسبب الحرارة في سلك متناسبة (بمربع التيار) الذي ينقل عبره بغض النظر عن فرق الجهد، وبمضاعفة فرق الجهد يستطيع نفس السلك حتىقد يكون قادراً على نقل الطاقة أربع أضعاف المسافة.

في معرض باريس عام 1878 ركبت مصابيح قوسية على طول شارع الأوبرا وقصر الأوبرا استخدمت فيها مصابيح (يابلوتشكوف) القوسية، وتعمل بالتيار المتردد الذي طوره المهندس زينوب غرام. إحتاجت مصابيح يابلوتشكوف الجهد العالي، ولم يمضي وقت طويل قبل حتى يقرر المختبرون حتى مصابيح القوس يمكن تشغيلها بدائرة كهربائية بطول 14 كيلومتر. خلال عقد إمتلكت عشرات المدن أنظمة إضاءة تستعمل محطات الطاقة المركزية، والتي تورد الكهرباء للعديد من المستخدمين عبر خطوط نقل الطاقة الكهربائية. أصبحت هذه الأنظمة في منافسة مباشرة ضد خدمات مصابيح الغاز في تلك الحقبة.

تكمن الفكرة في الإستثمار في محطات الطاقة المركزية والشبكات المتصلة بها، والتي تنقل الطاقة المنتجة للمستخدمين الذين يدفعون رسوماً متكررة للخدمة أنه كان نموذجاً مألوفاً للمستثمرين، حيث كان الربح مطابقاً لأعمال الإنارة بمصابيح الغاز، أوأنظمة نقل الطاقة الهيدروليكية والهوائية. والفرق الوحيد حتى السلعة المنقولة كانت الكهرباء وليست الغاز أوالهواء أوالضغط الهيدروليكي والأنابيب التي تنقل الطاقة كانت أكثر مرونة.

استخدمت شركة كهرباء كاليفورنيا (والمعروفة حالياً بي جي آند إي) في سان فرانسيسكوعام 1879، مولدين مباشرين من شركة تشارلز برش لتزويد المستخدمين بالطاقة لأجل مصابيحهم القوسية. يعتبر نظام سان فرانسيسكوأول حالة بيع ذات فائدة من المحطة المركزية للمستخدمين عبر نظام الطاقة الكهربائية. أفتتحت الشركة لاحقاً محطة ثانية بأربع مولدات. كانت تكلفة إضاءة جميع مصباح منذ وقت الغروب حتى وقت منتصف الليل هيعشرة دولارات بالأسبوع.

أسس ويليام تي.بور وآخرون شركة جراند رابيد للأضواء الكهربائية والطاقة في مارس 1880، لتصبح أول شركة تشغل أول محطة طاقة مركزية كهرمائية في 24 يوليو1880 والتي تستورد الطاقة من التوربينات المائية لشركة ولفرين شاير آند فيرنتشر، حيث شغلت 16 مصباح برش قوسي الموجودة على أبواب الكثير من المتاجر في جراند رابيد ميشيغان وتعتبر السلف الأول لإستهلاك الطاقة في جاكسون ميشيغان.

أقامت شركة برش للكهرباء في عام 1880محطة مركزية لتغذية ميلين (3.2كم) من خطوط برودواي بالإضاءة القوسية. وبنهاية 1881، إمتلكت نيويورك وبوسطن وفيلادلفيا وبالتيمور ومونتريال وبافلووسان فرانسيسكووكليفلاند ومدن إخرى أنظمة برش للمصابيح القوسية، وكان إنتاج الإنارة العامة جيداً في القرن العشرين، وبحلول 1893 كان هالك 1500 مصباح قوسي تضيء شوارع نيويورك.

إضاءة التيار المستمر

كانت المصابيح القوسية شديدة التوهج، ومع كهرباء الضغط العالي وخطر حدوث حريق كانت خطرة للإستخدام الداخلي. أرتأى المخترع توماس أديسون حتى يسوق لنظام يمكنه نقل طاقة الإنارة بشكل مباشر لبيوت وشركات المستخدمين بطريقة لا تستخدم فيها الإنارة القوسية، بعد حتى إبتكر مصباح متوهجاً يصلح للإستخدام التجاري عام 1879، واصل إديسون تطوير "الأداة " الأولى على نطاق واسع والمملوكة للمستثمرين في مانهاتن السفلى. خدمت في نهاية المطاف مساحة ميل مربع بواسطةستة مولدات "جامبو" موجودة في محطة بيرل ستريت. عندما بدأت الخدمة في سبتمبر 1882 كان هنالك 85 مستخدم يستخدمون 400 مصباح متوهج، ويولد جميع مولد 100 كيلوواط تكفي لتشغيل 1200 مصباحاً متوهجاً، وكان نقل الطاقة يتم بجهد 110 فولت بإستخدام قنوات تحت الأرض. كلف بناء النظام 300000 دولار بتمديد خطوط بطول 30 كم في القنوات الأرضية وكانت هذه القنوات هي الجزء الأكثر تكلفة في المشروع. تجاوزت نفقات التشغيل الربح في أول سنتين وتسبب حريق في تدمير المحطة عام 1890. إمتلك إديسون علاوة على ذلك ثلاث أنظمة خطوط فيمكن لنظام 110 فولت أو220 فولت توريد الطاقة لتشغيل بعض المحركات.

قابلية توليد الكهرباء على نطاق واسع

أصبحت إمكانية توليد الكهرباء على نطاق واسع من أماكن مختلفة ممكنة بعد حتى بدا تشارلز بارسونز بإنتاج المولدات التوربينية في بدايات 1889. قفزت إنتاجية المولدات التوربينية من 100 كيلوواط إلى 25 ميغاواط في عقدين. بسبب كفاءة المولدات التوربينية ومشاريع الطاقة الكهرمائية فقد أصبحت مصدرلكميات كبيرة من الطاقة التي تطلبت البنية التحتية للنقل.

مراجع