نیروگاه برق چیست؟ انواع و نحوه کار ایستگاه تولید برق

نیروگاه ها معمولاً در مناطق حاشیه‌ شهری یا چندین کیلومتر دورتر از شهرها یا مراکز بار قرار دارند، زیرا به آب و زمین زیاد برای ساخت آن ها نیاز است و همچنین محدودیت هایی برای دفع پسماند ها وجود دارد.

نیروگاه چیست؟

نیروگاه که همچنین به عنوان ایستگاه تولید برق نیز شناخته می شود، یک مکان صنعتی است که برای تولید و توزیع برق در مقیاس انبوه استفاده می شود. بسیاری از نیروگاه ها دارای یک یا چند ژنراتور هستند که وظیفه آن ها تبدیل توان مکانیکی به برق سه فاز است.

یک ایستگاه تولید برق باید علاوه بر تولید نیرو، به انتقال آن نیز توجه داشته باشد. به همین دلیل است که نیروگاه ها اغلب با پست های برق همراه هستند. ترانسفورماتور موجود در این پست ها ولتاژ انتقال برق را افزایش می دهند که باعث انتقال موثرتر برق در فاصله های طولانی می شود.

منابع انرژی متفاوتی برای چرخاندن شفت ژنراتور وجود دارد که وابسته به نوع سوخت مورد استفاده است. انتخاب سوخت، نوع نیروگاه را مشخص می‌‌ کند بنابراین انواع مختلفی از نیروگاه ها وجود دارد.

انواع نیروگاه برق

انواع مختلفی از نیروگاه ها بسته به نوع سوخت مورد استفاده وجود دارد. برای تولید انبوه برق، انرژی حرارتی، هسته ای و آبی بسیار مفید هستند. یک ایستگاه تولید برق را می توان به طور کلی به سه نوع حرارتی، هسته ای و آبی دسته بندی کرد. بیایید نگاهی به جزئیات این نیروگاه ها بیندازیم.

نیروگاه حرارتی

یک نیروگاه حرارتی با سوخت زغال سنگ، یک روش مرسوم برای تولید برق با بازده نسبتاً بالا است. از زغال سنگ به عنوان سوخت اولیه برای تبدیل آب به بخار گرم برای به حرکت درآوردن توربین بخار استفاده می شود.

سپس توربین بخار به صورت مکانیکی به روتور ژنراتور متصل می شود که چرخش آن منجر به تولید نیروی الکتریکی می شود. به طور کلی در هند از زغال سنگ قیری یا زغال سنگ قهوه ای به عنوان سوخت استفاده می شود که دارای 8 تا 33 درصد مواد فرار و 5 تا 16 درصد خاکستر است. برای افزایش بازده گرمایی، زغال سنگ به شکل پودر شده در بویلر (دیگ بخار) استفاده می شود.

در نیروگاه حرارتی زغال سنگ، بخار با سوزاندن زغال سنگ پودر شده در بویلر با فشار بالا تولید می شود. سپس این بخار در سوپر هیتر تا دمای بسیار بالا گرم می شود. بعد از آن این بخار بسیار گرم وارد توربین شده و پره های توربین توسط فشار بخار می چرخند.

توربین به صورت مکانیکی به ژنراتور متصل شده است و روتور آن با چرخش پره های توربین می چرخد. پس از ورود به توربین، فشار بخار به طور ناگهانی کاهش می یابد و باعث افزایش حجم بخار می شود.

پس از انتقال انرژی به روتور توربین، بخار از پره های توربین خارج شده و به کندانسور توربین بخار منتقل می شود. در کندانسور، آب سرد با کمک یک پمپ به گردش در می آید تا بخار مرطوب با فشار پایین به مایع تبدیل شود. این آب دوباره در فشار بالا گرم شده و تبدیل به بخار می شود تا مراحل بالا تکرار شود. این روش کار یک نیروگاه حرارتی است.

مزایای نیروگاه های حرارتی

• سوخت مصرفی آن یعنی زغال سنگ بسیار ارزان است.
• هزینه ساخت اولیه آن در مقایسه با سایر ایستگاه های تولید کمتر است.
• در مقایسه با نیروگاه های برق آبی به فضای کمتری نیاز دارد.

معایب نیروگاه های حرارتی

• به دلیل تولید دود، باعث آلودگی هوا می شود.
• هزینه راه اندازی این نیروگاه بیشتر از نیروگاه برق آبی است.

نیروگاه هسته ای

نیروگاه های هسته ای از چند جهت شبیه به نیروگاه های حرارتی هستند. اما تفاوت اصلی این است که عناصر رادیواکتیو مانند اورانیوم و توریم به عنوان سوخت اولیه به جای زغال سنگ استفاده می شوند. همچنین در یک نیروگاه هسته ای، کوره و دیگ با راکتور هسته ای و لوله های مبدل حرارتی جایگزین می شوند.

در فرآیند تولید انرژی هسته‌ ای، سوخت‌ های رادیواکتیو برای انجام واکنش‌ های شکافت در راکتور های هسته ‌ای استفاده می شوند. واکنش شکافت، مانند یک واکنش زنجیره ای کنترل شده است و با مقدار زیادی انرژی تولید شده همراه است که به صورت گرما ظاهر می شود.

سپس این گرما به آب موجود در لوله های مبدل حرارتی منتقل می شود و بخار بسیار گرم در دمای بسیار بالا تولید می شود.  هنگامی که فرآیند تشکیل بخار انجام شد، ادامه مراحل دقیقاً شبیه به یک نیروگاه حرارتی است، زیرا این بخار پره‌ های توربین را برای تولید برق بیشتر به حرکت در می ‌آورد.

نیروگاه برق آبی

در نیروگاه های آبی، از نیروی آب در حال ریزش  برای به حرکت درآوردن توربین استفاده می شود که ژنراتور را برای تولید برق راه اندازی می کند. انرژی ای که در اثر ریزش آب از یک فاصله عمودی قابل ملاحظه به وجود می آید به شفت ژنراتور داده می شود. توان هیدرولیکی یک انرژی تجدید پذیر طبیعی توسط معادله زیر داده می شود:

P = gρ QH

• که g  شتاب ناشی از گرانش = 9.81 متر بر مجذور ثانیه
•  ρ چگالی آب = 1000 کیلوگرم بر متر مکعب
•  H ارتفاع سقوط آب است.

این نیرو برای چرخش شفت ژنراتور به کار می رود تا آن را به انرژی الکتریکی معادل تبدیل کند.

نکته مهمی که باید به آن اشاره کرد این است که نیروگاه های برق آبی در مقایسه با نیروگاه های حرارتی یا هسته ای مشابه خود ظرفیت بسیار کمتری دارند. به همین دلیل معمولاً از نیروگاه های آبی با ایستگاه های حرارتی برای سرویس دهی بار در ساعات اوج مصرف استفاده می شود. نیروگاه های آبی به نوعی به نیروگاه حرارتی یا هسته ای کمک می کنند تا در ساعات اوج مصرف، برق را به طور موثر تحویل دهند.

مزایای نیروگاه برق آبی

• این نیروگاه نیازی به سوخت ندارد، زیرا آب برای تولید انرژی الکتریکی مصرف می شود.
• تولید انرژی بدون آلودگی است.
• ساخت آن ساده است و به تعمیر و نگهداری کمی نیاز دارد.
• همچنین به آبیاری و کنترل سیلاب کمک می کند.

معایب نیروگاه برق آبی

• برای ساخت سد سرمایه زیادی مورد‌ نیاز است.
• دسترسی به آب بستگی به شرایط آب و هوایی دارد.
• به دلیل اینکه در مناطق تپه ای واقع شده اند هزینه انتقال برق آن زیاد است.

انواع روش های تولید برق

همانطور که در بالا گفته شد، بسته به نوع سوخت مصرفی، ایستگاه های تولید برق و همچنین انواع نیروگاه های تولید برق وجود دارند. بنابراین 3 دسته بندی اصلی برای تولید برق در مقدار زیاد عبارتند از:

•  تولید برق حرارتی
•  تولید برق هسته ای
• تولید برق آبی

علاوه بر این نیروگاه های تولید برق، ما می‌ توانیم از روش های تولید برق در مقیاس کوچک نیز استفاده کنیم تا نیازهای کم را برآورده کنیم. این روش ها اغلب به عنوان روش های جایگزین تولید برق نامیده می شوند و به صورت زیر دسته بندی می شوند:

• تولید برق خورشیدی  (استفاده از انرژی خورشیدی موجود)
• تولید برق ژئوترمال  (انرژی موجود در پوسته زمین)
• تولید برق جزر و مدی
• تولید برق بادی (انرژی موجود از توربین ‌های بادی)

در چند دهه اخیر این منابع جایگزین برای تولید برق به دلیل کاهش میزان سوخت های طبیعی اهمیت ویژه ای پیدا کرده اند. در قرن‌ های آینده، ممکن است به مرحله‌ ای برسد که چندین کشور در سراسر جهان ذخایر سوخت‌ های فسیلی خود را تمام کنند.

تنها راه پیش رو استفاده از این منابع جایگزین برای تولید انرژی است که ممکن است از آن ها به عنوان انرژی آینده یاد شود.