نیروگاه برق

نیروگاه برق مجموعه ای از دستگاه های صنعتی می‌باشد که با استفاده از آن ها نیروها دیگر را به نیروی الکتریسیته تبدیل می‌کنند. در نیروگاه ها از انرژی‌های دیگری مانند سوخت های فسیلی، انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی هسته ای و… استفاده می‌شود و انرژی مکانیکی حاصل از آن‌ها به انرژی الکتریسیته تبدیل می‌شود.

تاریخچه نیروگاه برق

جریان الکتریسیته یکی از مواردی بود که ذهن بشر را به خود مشغول کرده بود. در قرن ۱۹ام میلادی، دانشمندان بزرگترین پیشرفت را در زمینه مهندسی برق رقم زده شد و نیروی برق و تولید آن در نیروگاه برق باعث تحول عظیم در انقلاب صنعتی شد. در سال ۱۸۸۰ میلادی ادیسون موفق به کشف پدیده‌ای فیزیکی شد که تا امروز نیز با نام او از آن یاد می‌شود.

انرژی‌های تجدیدپذیر مثل باد، خورشید، امواج دریا و… می توانند بدون تولید هیچ فرآورده خطرناکی، برق مورد نیاز ما را تولید کنند اما هزینه برق تولید شده توسط انرژی‌های تجدید پذیر، بسیار بالاتر از سایر روش هاست.

بسیاری از انرژی‌های تجدیدپذیر نمی‌توانند به صورت متوالی برق تولید کنند. به عنوان مثال برق تولید شده توسط توربین‌های بادی به قدرت باد بستگی دارد. اگر باد خیلی ضعیف یا خیلی قوی باشد هیچ برقی تولید نمی‌شود.

تولید برق توسط صفحات خورشیدی نیز به تابش خورشید و شدت تابش در آن محیط بستگی دارد. ابری بودن هوا یا زمان تابش خورشید روی تولید موثر است. بنابراین انرژی‌های تجدید پذیر باید توسط دیگر روش‌های تولیدی پشتیبانی شوند. در واقع این روش ها احتیاج به دیگر انرژی ها دارند حتی گاهی استفاده از سوخت فسیلی با وجود تولید گازهای گلخانه‌ای می تواند کمک خوبی باشد.

انواع نیروگاه های تولید برق

1.  نیروگاه دیزلی
2. نیروگاه گازی
3. نیروگاه بخاری
4. نیروگاه سیکل ترکیبی
5. نیروگاه برق آبی
6. نیروگاه هسته ای
7. نیروگاه تلمبه ذخیره ای
8. نیروگاه خورشیدی
9. نیروگاه بادی
10. نیروگاه زمین گرمایی
11. نیروگاه آبی جذر و مدی

در اکثر نیروگاه‌های تجدیدناپذیر، از سوخت فسیلی مثل ذغال سنگ، نفت و گاز برای تولید بخار جهت به حرکت درآوردن توربین‌های تولید برق استفاده می کنند. از جمله معایب این روش تولید مقدار زیاد کربن دی اکسید است که موجب تغییرات شرایط آب و هوایی کره زمین می‌شود.

در ادامه به بررسی برخی از این نیروگاه ها می‌پردازیم.

نیروگاه بخار

چگونگی تولید برق در نیروگاه بخار که دارای ظرفیت تولید برق بالایی هست، به این صورت است که از سوخت ذغال‌سنگ، مازوت و یا گاز طبیعی و تولید بخار توسط بویلر جهت به حرکت درآوردن پره‌های توربین بخار و روتور ژنراتور استفاده‌شده و در نهایت موجب تولید برق می‌گردد.

ظرفیت این نیروگاه‌ها در گذشته تا ۱۲۰۰ مگاوات نیز طراحی می‌شد ولی امروزه نیروگاه بخار عموماً در ظرفیت‌های بین ۳۵۰ تا ۶۰۰ مگاوات طراحی می‌شود. در شبکه سراسری برق ایران حدود ۲۱ درصد از برق تولیدی توسط نیروگاه‌های بخار تأمین می‌شود.

نیروگاه گازی

در نیروگاه‌های گازی هوای محیط سبب چرخش توربین می‌شود که در این نیروگاه‌ها از کمپرسور استفاده می‌شود. کمپرسور با مکش هوای محیط به درون خود و فشرده کردن آن سبب افزایش فشار می‌شود. سپس این هوای فشرده شده وارد اتاق احتراق شده و با سوخت فسیلی ترکیب می‌شود. با سوختن این دو، گاز داغی تولید می‌شود که به وسیله نازل ابتدای توربین باسرعت زیاد وارد توربین می‌شود و سبب چرخش روتور توربین و در نتیجه باید به حرکت در آوردن ژنراتور و تولید برق می‌شود.

نیروگاه برق ‌آبی

آب به عنوان یکی از انرژی‌های تجدیدپذیر برای تولید برق، مورد استفاده قرار می‌گیرد. اکنون در ایران نیروگاه‌های آبی حدود 15 درصد از کل نیروگاه‌ها را تشکیل داده‌اند. نیروگاه‌های آبی معمولا در جاهایی احداث می‌شوند که بتوان آب را ذخیره و از آن استفاده کرد. اغلب نیروگاه‌های آبی را در کنار سدها می‌سازند و آب را پشت سد جمع می‌کنند تا بتوانند از آن استفاده کنند. در نیروگاه‌های آبی، آب باعث چرخش توربین شده و سپس حرکت مکانیکی به ژنراتور منتقل شده و ژنراتور به برق تبدیل می‌کند.

نیروگاه هسته‌ای

در این نیروگاه با کنترل فرآیند شکافت هسته‌ای از گرمای تولید شده آن اقدام به تولید انرژی الکتریکی می‌کند. از این گرما برای تولید بخارآب و چرخاندن توربین‌های بخار استفاده می‌کنند.

نحوه عملکرد نیروگاه اتمی

سوختن اورانیوم در نیروگاه اتمی با سوخت ذغال سنگ و سایر سوخت های فسیلی متفاوت است. در ‏این پدیده با ورود یک نوترون کم انرژی به داخل هسته ایزوتوپ U 235 عمل شکست انجام می‌گیرد و ‏انرژی فراوانی تولید می‌کند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم ، ناپایداری در هسته به وجود می‌آید. بعد از ‏لحظه بسیار کوتاهی هسته اتم شکسته شده و تبدیل به دو تکه شکست و تعدادی نوترون می‌شود.

نیروگاه بادی

این نیروگاه بر اساس وزش باد کار می‌کند به گونه ای که انرژی جنبشی باد را گرفته و تبدیل به نیروی الکتریکی می‌کند. توان تولید شده از طریق توربین بادی به شدت به میزان باد وزیده شونده بستگی دارد به همین دلیل باید در بادگیرترین منطقه و ارتفاع مناسب نصب گردد. بزرگترین نیروگاه سیکل ترکیبی خاورمیانه به نام دماوند که در کشورمان با 12 واحد دارای توان تولیدی 2500مگاوات می‌باشد.

نیروگاه خورشیدی

یکی از آرزوهای بشر کاربرد انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع نامتناهی انرژی برای مصارف بزرگ بوده است. یکی از بزرگ ترین عیوب برای استفاده از این انرژی، متمرکز نبودن، تناوبی نبودن و ثابت نبودن مقدار این انرژی و همچنین پایین بودن شدت تابش خورشید می‌باشد.

انرژی خورشیدی را می‌توان در موارد زیر مورد استفاده قرار داد:

• گرمایش و سرمایش ساختمان
• گرم کردن آب و پختن غذا
• استریلیزه کردن وسایل بهداشتی
• خشک کردن محصولات کشاورزی
• شیرین کردن آب
• تولید سوخت‌های شیمیایی
• احتراق مواد آلی
• تولید گاز هیدروژن
• تولید الکتریسیته به روش فتوولتایک
• تولید بخار آب برای به چرخش در آوردن یک توربین بخار و…

نیروگاه زمین گرمایی

به‌طور کلی انرژی زمین‌ گرمایی (geothermal energy) نوعی انرژی گرمایی است که در زمین تولید و ذخیره می‌گردد. این انرژی در دسته انرژی های تجدیدپذیر قرار می‌گیرد و برای گرم کردن ساختمان های شهری و صنعتی و یا تولید برق از آن استفاده می‌شود.

نیروگاه‌های زمین گرمایی بر اساس نوع سیال خروجی از چاه‌های تولیدی و نیز تجهیزات مورداستفاده در سیکل آن‌ها به سه دسته‌‌ تقسیم می‌شوند.

1.  نیروگاه‌های که سیال خروجی از چاه بخار باشد.
2. نیروگاه‌های که سیال خروجی از چاه بخار و مایع داغ باشد.
3. نیروگاه‌های که سیال خروجی از چاه مایع داغ باشد.

نیروگاه جزر و مدی

انرژی جزر و مد را می‌توان انرژی ناشی از گرانش ماه و خورشید بر روی آب اقیانوس تعریف نمود. تفاوت ارتفاع آب به هنگام جزر و مد را می‌توان منشا تولید انرژی در سواحل دانست. زیرا این اختلاف اینقدر نیرو ایجاد می‌کند که بتوان یک توربین آبی را به‌ حرکت درآورد.