در داخل شبکه پیچیده سیستم‌های انرژی مدرن، نیروگاه‌ها با تبدیل منابع انرژی اولیه به برقی که انرژی خانه‌ها، صنایع و فعالیت‌های روزانه ما را تأمین می‌نمایند، نقش مهمی را ایفا می‌کنند.
این نیروگاه‌ها هستند که در مقایسه با سایر صنایع مهم، نقش محوری در تولید انرژی الکتریکی از منابع مختلف ایفا می‌کنند.
نیروگاه‌ها تأسیساتی هستند که نقش تعیین کننده‌ای در تولید برق برای رفع نیازهای انرژی جامعه دارند.
آنها در اشکال مختلف وجود دارند و از منابع انرژی متنوعی استفاده می‌کنند؛ اما با گرایش به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر در سال‌های اخیر و ادامه گذار جهان به‌سوی آینده‌ای با کربن کم، توسعه و اجرای منابع انرژی پاک و پایدار اهمیت بالایی دارد.
در این مقاله به ارائه توضیحاتی درباره این که نیروگاه چیست و چه انواع کاربردی دارد، می‌پردازیم.
1# نیروگاه چیست؟
در پاسخ به این سوال که نیروگاه چیست، می‌توان گفت نیروگاه یک تأسیسات صنعتی است که از منابع مختلف انرژی برق تولید می‌کند.
اکثر نیروگاه‌ها از یک یا چند ژنراتور استفاده می‌کنند تا انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند و برق را برای نیازهای الکتریکی جامعه تأمین کنند.
نیروگاه‌ها نقش مهمی در تأمین تقاضای روزافزون برق دارند.
آنها به‌عنوان ستون فقرات زیرساخت‌های مدرن عمل می‌کنند و انرژی موردنیاز برای روشنایی، گرمایش، سرمایش و… را تأمین می‌کنند.
روش‌های متنوعی از جمله فرآیندهای انرژی حرارتی، برق آبی، هسته‌ای و انرژی‌های تجدیدپذیر که توسط نیروگاه‌ها استفاده می‌شود به در دسترس بودن برق برای کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی کمک می‌کنند.
از آنجایی که جامعه همچنان به برق به‌عنوان یک منبع اساسی متکی است، نیروگاه‌ها برای اطمینان از تأمین پایدار و مستمر برق برای حمایت از زندگی روزمره و هدایت فعالیت‌های اقتصادی ضروری هستند.
2# تاریخچه برق و نیروگاه
در سال 1831 مایکل فارادی، فیزیکدان و شیمیدان بریتانیایی، اولین کسی بود که القای الکترومغناطیسی را کشف کرد.
این امر او را به ایجاد اولین ژنراتور الکتریکی سوق داد که امروزه اصول آن تقریباً برای تولید برق الکتریکی، صرف نظر از منبع اصلی انرژی مصرفی، استفاده می‌شود.
اولین نیروگاه‌های جهان از انرژی آبی یا زغال سنگ استفاده می‌کردند.
در سال 1882، مخترع آمریکایی توماس ادیسون با ایجاد اولین نیروگاه با موتورهای بخار زغال سنگ که از جریان مستقیم (DC) برای تأمین روشنایی عمومی استفاده می‌کرد، رویای خود را برای تولید برق در مقیاس وسیع تحقق بخشید.
ظهور جریان متناوب (AC) که برخلاف DC در آن زمان، امکان تبدیل توان الکتریکی به ولتاژهای مختلف را فراهم می‌کرد، استفاده از نیروگاه‌های مرکزی را از نظر تجاری مقرون به‌صرفه‌تر کرد و پیشرفت‌ها را در برق تولیدی برق آبی و زغال سنگ تسریع کرد.
بعد از آن گاز آمد؛ اما قدرت تولیدشده از گاز واقعاً تا اوایل قرن بیستم رشد نکرد.
یک دهه بعد، با افتتاح رآکتور آزمایشی I در سال 1951، جهان از اولین راکتور هسته‌ای برای تولید برق از انرژی هسته‌ای استقبال کرد.
محبوبیت انرژی هسته‌ای تا حدی به‌دلیل حوادثی مانند چرنوبیل در اوکراین در سال 1986 یا فاجعه هسته‌ای در فوکوشیما در ژاپن در سال 2011، کاهش یافته است.
حوادثی از این قبیل، درخواست‌ها برای جایگزینی انرژی هسته‌ای با انرژی ایمن‌تر و پاک‌تر را افزایش داده است؛ اما بسیاری بر این باور هستند که هسته‌ای همچنان نقش مهمی در گذار به آینده کم کربن دارد.
استفاده از انرژی خورشیدی، بادی و سایر انرژی‌های تجدیدپذیر در حال افزایش است که علاوه بر کاهش قابل توجه انتشار CO2، منابع انرژی تجدیدپذیر به‌عنوان تأمین‌کننده امنیت انرژی افزایش یافته و خطر کمتر نشت سوخت، ثبات قیمت بیشتر و پتانسیل بیشتر برای ایجاد شغل نیز ایجاد می‌شوند.
3# اجزای یک نیروگاه چیست؟
حال که متوجه شدیم نیروگاه چیست و چه کاری انجام می‌دهد، بهتر است بدانیم که این عملکرد را با چه اجزایی دنبال می‌کند.
می‌توان گفت یک نیروگاه از اجزای مختلفی از جمله موارد زیر تشکیل شده است که با یکدیگر برای تولید برق کار می‌کنند:
- منبع برق
- یک یا چند ژنراتور
- یک ماشین دوار
- یک توربین
- یک سیستم کنترل
منبع انرژی می‌تواند از سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ یا گاز طبیعی گرفته تا منابع تجدیدپذیر مانند نور خورشید، باد یا آب، متنوع باشد.
ژنراتور اغلب از طریق چرخش یک توربین، انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.
توربین متصل به ژنراتور توسط انرژی منبع نیرو به حرکت در می‌آید.
علاوه بر این یک سیستم کنترل، عملیات کارخانه را تنظیم و مدیریت می‌کند و کارایی و ایمنی را تضمین می‌کند.
این اجزا در فرآیند پیچیده تولید برق برای مصارف مختلف با یکدیگر همکاری می‌کنند.
4# انواع نیروگاه‌ها از نظر منبع انرژی
از نظر منبع انرژی نیروگاه‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند؛ اما این که انواع این نوع تقسیم‌بندی نیروگاه چیست، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1-4# حرارتی
اکثر نیروگاه‌های حرارتی از سوخت برای گرم کردن آب یک مخزن استفاده می‌کنند که در نتیجه بخار معمولاً با فشار بالا تولید می‌شود.
سپس بخار با فشار بالا از طریق لوله‌ها حرکت می‌کند تا پره‌های فن مانند توربین را بچرخاند.
همانطور که توربین شروع به چرخش می‌کند، باعث می‌شود سیم‌پیچ‌های غول‌پیکر درون ژنراتور بچرخند.
این حرکت نسبی (پیوسته)، میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که الکترون‌ها را هل می‌دهد و جریان الکتریسیته را شروع می‌کند.
حال در جواب این سوال که انواع نیروگاه حرارتی شامل چه مواردی است، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1) نیروگاه‌های سوخت فسیلی
این نیروگاه‌ها سوخت خود را به‌منظور ایجاد انرژی حرارتی برای راه‌اندازی موتورهای حرارتی خارجی خود می‌سوزانند.
انواع نیروگاه‌های سوخت فسیلی شامل نیروگاه‌های زغال‌سنگ و نیروگاه‌های گاز طبیعی هستند که بزرگ‌ترین تولیدکنندگان برق در سراسر جهان را تشکیل می‌دهند.
یک نیروگاه گاز چرخه ساده مانند سایرین، از بخار استفاده نمی‌کند.
نیروگاه‌های گاز سیکل ترکیبی، هم از گرما و هم از بخار استفاده می‌کنند.
2) نیروگاه‌های هسته‌ای
این نیروگاه‌ها از فرآیندهای شکافت برای تولید برق استفاده می‌کنند.
در این نیروگاه‌ها، هسته‌های اورانیوم شکافته می‌شوند که انرژی حرارتی موردنیاز برای تولید بخار را ایجاد می‌کنند.
سپس درست مانند نیروگاه‌های سوخت فسیلی که در آن بخار یک توربین را می‌چرخاند و برق تولید می‌کند، تولید انجام می‌شود.
این نیروگاه‌ها برای انجام این فرآیندهای شکافت نیاز به استفاده از رآکتورهای هسته‌ای دارند.
برخی از انواع رآکتورها عبارت‌اند از:
- رآکتورهای آب تحت‌فشار
- رآکتورهای CANDU
- رآکتورهای RBMK
- رآکتورهای آب جوش
3) نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی
از گرمای پرتوهای خورشید برای ایجاد بخار موردنیاز برای چرخش توربین استفاده می‌کنند.
نیروگاه‌های حرارتی همه توسط قانون دوم ترمودینامیک محدود شده‌اند، به این معنی که نمی‌توانند تمام انرژی گرمایی خود را به برق تبدیل کنند.
این کارایی آنها را محدود می‌کند.
2-4# نیروگاه‌های انرژی تجدیدپذیر
نیروگاه‌های انرژی تجدیدپذیر، انرژی خود را مستقیماً از جریان مربوطه خود به‌منظور تولید برق دریافت می‌کنند.
این منابع انرژی اولیه در نهایت خود را دوباره پر می‌کنند؛ اما در مقدار انرژی موجود در هر زمان یا مکان معین محدود هستند.
بنابراین اغلب متناوب و غیرقابل ارسال هستند.
انواع این نوع نیروگاه‌ها به شرح زیر است:
1) تأسیسات برق آبی
از انرژی حاصل از ریزش آب در رودخانه‌ها و مخازن برای چرخاندن یک ژنراتور و تولید برق استفاده می‌کنند.
این منبع انرژی نسبت به سایر منابع تجدیدپذیر به‌ویژه زمانی که تأسیسات از یک مخزن خارج می‌شود، قابل اطمینان‌تر (قابل ارسال) است.
2) توربین‌های بادی
انرژی خود را از باد می‌گیرند که سرعت باد در تماس با آن کاهش یافته و انرژی جنبشی به توربین منتقل می‌شود.
کشش هوا باعث چرخش توربین می‌شود.
3) پنل‌های خورشیدی
از سلول‌های فتوولتائیک برای تولید برق استفاده می‌کنند.
فوتون‌های دریافتی از خورشید به اتم‌های درون نیمه‌هادی‌های پانل برخورد می‌کنند که باعث می‌شود الکترون‌ها جریان پیدا کنند.
انرژی خورشیدی متناوب است؛ اما همراه با فناوری ذخیره انرژی، قدرت آنها می‌تواند بسیار قابل اعتمادتر باشد.
5# انواع نیروگاه‌ها بر اساس وظیفه
نیروگاه‌ها با توجه به وظیفه خود به سه نوع تقسیم می‌شود:
1-5# نیروگاه‌های بار پایه
این نیروگاه‌ها به طور مداوم کار می‌کنند تا خروجی ثابتی از الکتریسیته را فراهم کنند و حداقل تقاضا را در شبکه برق تأمین کنند.
این نیروگاه‌ها که معمولاً از منابع زغال‌سنگ، هسته‌ای یا هیدروالکتریک سوخت می‌گیرند، کارایی و تولید برق پایداری را ارائه می‌کنند؛ اما اشکال این نیروگاه‌ها این است که آنها کمتر با تغییرات تقاضای برق سازگار هستند.
2-5# نیروگاه‌های اوج
نیروگاه‌های پیک برای پاسخگویی به جهش‌های ناگهانی و کوتاه مدت تقاضای برق طراحی شده‌اند.
این نیروگاه‌ها می‌توانند به سرعت بالا یا پایین بروند و به‌دلیل قابلیت واکنش سریع، اغلب از گاز طبیعی به‌عنوان منبع سوخت استفاده می‌کنند.
مزیت در انعطاف پذیری آنها برای پاسخگویی به دوره‌های اوج تقاضا نهفته است؛ اما معایب شامل هزینه‌های عملیاتی بالاتر در واحد انرژی و راندمان کلی کمتر در مقایسه با نیروگاه‌های بار پایه است.
3-5# نیروگاه برق تابع بار یا نیروگاه برق بارپِیرو
نیروگاه‌های تعقیب بار، خروجی برق خود را برای مطابقت با تغییرات تقاضا تنظیم می‌کنند.
این نیروگاه‌ها، اغلب با استفاده از گاز طبیعی یا برق آبی، تعادلی بین پایداری نیروگاه‌های بار پایه و انعطاف‌پذیری نیروگاه‌های پیک ایجاد می‌کنند.
مزیت آنها توانایی آنها برای انطباق با الگوهای تغییر تقاضا است؛ اما معایب آن شامل افزایش سایش و پارگی به دلیل هزینه‌های عملیاتی بالاتر در مقایسه با نیروگاه‌های بار پایه است.
درک انواع مختلف نیروگاه‌ها بر اساس وظیفه آنها برای بهینه‌سازی راندمان و قابلیت اطمینان کلی شبکه برق بسیار مهم است.
6# مراحل فرایند تولید برق در نیروگاه چیست؟
انواع نیروگاه‌ها که از نظر منابع انرژی متفاوت هستند، در یک فرآیند ساختاریافته گرد هم می‌آیند که هدف آنها تبدیل انرژی خام به نیروی الکتریکی است تا خانه‌های ما را روشن کنند.
این کار در مراحل زیر انجام می‌شود:
1-6# احتراق سوخت یا فعال‌سازی منبع انرژی
نیروگاه‌ها با فعال کردن منابع انرژی خود، تولید برق را آغاز می‌کنند.
در نیروگاه‌های سوخت فسیلی، این شامل سوزاندن زغال سنگ یا گاز طبیعی است، در حالی که نیروگاه‌های هسته‌ای واکنش‌های هسته‌ای کنترل شده‌ای را آغاز می‌کنند.
منابع تجدیدپذیر مانند نور خورشید یا باد، انرژی را مستقیماً بدون احتراق تأمین می‌کنند.
2-6# تولید گرما
پس از فعال‌سازی، هدف اولیه در سوخت‌های فسیلی یا نیروگاه‌های هسته‌ای تولید گرما است.
در نیروگاه‌های سوخت فسیلی، با سوزاندن انرژی آزاد می‌شود و در نیروگاه‌های هسته‌ای، واکنش‌های کنترل‌شده، تولید گرما می‌کند.
منابع تجدیدپذیر، مانند خورشید یا باد، انرژی را بدون احتراق مهار می‌کنند.
3-6# دیگ بخار
گرمای تولید شده برای تولید بخار در دیگ بخار یا مولد بخار استفاده می‌شود.
این بخار به‌عنوان یک واسطه حیاتی در فرآیند تولید برق عمل می‌کند.
4-6# توربین بخار
بخار پرفشار از میان یک توربین جریان می‌یابد و باعث چرخش پره‌های آن می‌شود.
این حرکت چرخشی ضروری است و انرژی مکانیکی توربین در حال چرخش را به مرحله بعدی فرآیند تولید برق تبدیل می‌کند.
5-6# ژنراتور
توربین در حال چرخش به یک ژنراتور متشکل از یک سیم‌پیچ و یک آهنربا متصل است.
همانطور که توربین سیم‌پیچ را در یک میدان مغناطیسی می‌چرخاند، جریان الکتریکی را القا می‌کند که گامی کلیدی در تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی است.
6-6# انتقال برق
الکتریسیته تولید شده از طریق خطوط برق، اغلب در مسافت‌های طولانی، برای رسیدن به خانه‌ها، مشاغل و صنایع منتقل می‌شود.
ترانسفورماتورها ممکن است سطوح ولتاژ را برای انتقال کارآمد تنظیم کنند.
7-6# توزیع
سپس شبکه‌های توزیع محلی، برق را به کاربران نهایی می‌رسانند.
پست‌های فرعی در مسیر ممکن است ولتاژ را بیشتر تنظیم کنند تا نیازهای خاص را برآورده کنند تا از منبع تغذیه مطمئن اطمینان حاصل نمایند.
8-6# مصرف
در نهایت، برق به خانه‌ها و مشاغل می‌رسد و برای مصرف در لوازم مختلف، روشنایی و ماشین‌آلات آماده می‌شود.
این نقطه پایانی فرآیند تولید برق است، جایی که انرژی تولید شده توسط نیروگاه‌ها از فعالیت‌های روزانه و پیشرفت‌های تکنولوژیکی ما پشتیبانی می‌کند.
7# مزایا و معایب انواع نیروگاه چیست؟
هر نوع نیروگاه و فناوری تولید برق دارای مزایا و معایبی است.
برای درک بهتر این که مزایا و معایب هر نوع نیروگاه چیست، در ادامه با ما همراه باشید:
1-7# نیروگاه سوخت فسیلی
در حالی که این سوخت‌ها قابل اعتماد هستند و می‌توانند مقدار قابل توجهی انرژی تولید کنند، معایب آنها شامل نگرانی‌های زیست محیطی به‌دلیل انتشار آلاینده‌ها و گازهای گلخانه‌ای است.
علاوه بر این، اتکا به منابع سوخت فسیلی محدود مسائل مربوط به پایداری را مطرح می‌کند.
2-7# نیروگاه برق آبی
یکی از مزایای مهم این است که نیروی برق آبی تجدیدپذیر است و حداقل گازهای گلخانه‌ای را در حین کار منتشر می‌کند.
با این حال، معایب شامل تأثیر زیست‌محیطی تغییر اکوسیستم‌های رودخانه، جابه‌جایی بالقوه جوامع و هزینه‌های بالای ساخت‌وساز اولیه است.
3-7# نیروگاه حرارتی خورشیدی
از مزایای انرژی حرارتی خورشیدی می‌توان به پایداری آن، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و فراوانی نور خورشید اشاره کرد.
معایب شامل ماهیت متناوب نور خورشید، نیاز به راه‌حل‌های ذخیره انرژی و هزینه‌های سرمایه اولیه بالا برای ساخت‌وساز است.
4-7# نیروگاه هسته‌ای
انرژی هسته‌ای چگالی انرژی بالا، انتشار گازهای گلخانه‌ای کم در حین کار و تولید مداوم انرژی را ارائه می‌دهد.
با این حال، چالش‌ها شامل مدیریت و دفع زباله‌های هسته‌ای، نگرانی‌های ایمنی مرتبط با حوادث یا ذوب‌های احتمالی و نگرانی عمومی در مورد تشعشعات است.
5-7# نیروگاه زمین گرمایی
انرژی زمین گرمایی قابل‌اعتماد، پایدار و دارای گازهای گلخانه‌ای کم است.
معایب شامل امکان‌سنجی مکان خاص، پتانسیل کاهش منابع زیرسطحی و انتشار گازهای ردیابی در طول عملیات است.
6-7# برج‌های برق باد
مزایا شامل تولید انرژی تجدیدپذیر و پایدار با هزینه‌های عملیاتی کم است.
چالش‌ها شامل ماهیت متناوب باد، نیازمند راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی و همچنین تأثیرات بصری و نویز بالقوه بر محیط اطراف است.
8# کاربرد و اهمیت نیروگاه چیست؟
تولید برق کم‌هزینه کلید توسعه یک کشور درحال‌رشد است.
برق نه‌تنها برای مصارف مسکونی و صنعتی بلکه برای کشاورزی نیز ضروری است.
ممکن است بپرسید چرا برق برای کشاورزی مهم است و تاثیر نیروگاه چیست؟
آب یک ماده رایج برای کشاورزی است.
اگر رودخانه‌ای در نزدیکی وجود ندارد، باید برای آب به عمق زمین بروید که بدون برق تقریباً غیرممکن است که آب را از اعماق زمین دریافت کنید.
ما قبلاً در زندگی روزمره خود با برقی که از یک نیروگاه نزدیک می‌آید عادت کرده‌ایم.
حتی زمانی که در حال خواندن این مقاله با استفاده از رایانه یا تلفن همراه خود هستید، برای زنده نگه‌داشتن دستگاه خود از برق استفاده می‌کنید.
بنابراین، هیچ راهی وجود ندارد که بتوانیم بدون برق زندگی کنیم.
به همین دلیل، تمام نیروگاه‌ها در سراسر کشور با ارائه عرضه روان برق ارزان‌قیمت، تأثیر خوبی در زندگی روزمره ما دارند.
9# آینده نیروگاه‌های برق
اهمیت تولید برق تأکید کرده است که انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر در حال محبوب شدن است؛ زیرا افراد بیشتری در سراسر جهان می‌خواهند تأثیر خود را بر محیط زیست کاهش دهند و محیط سالم‌تری برای نسل‌های آینده فراهم کنند.
داشتن تعداد کافی نیروگاه فعال که می‌توانند به‌سرعت شروع به کار کنند و متوقف شوند، برای متعادل کردن نوسانات در خروجی مزارع بادی و خورشیدی در سیستم برق بسیار مهم است.
توربین‌های گازی و موتورهای رفت و برگشتی برای این کار مناسب هستند و انتخابی محبوب در میان شرکت‌های برق به‌شمار می‌روند.
تکامل مداوم فناوری‌های نیروگاهی برای افزایش کارایی، کاهش اثرات زیست‌محیطی و ارتقای پایداری تلاش می‌کند.
با افزایش اتکای ما به برق، اهمیت نیروگاه‌ها به طور فزاینده‌ای مشهود می‌شود و نوآوری را برای ایجاد سیستم‌های کارآمدتر، تمیزتر و سازگارتر سوق می‌دهد.
جمع‌بندی
نیروگاه‌ها به‌عنوان ستون فقرات دنیای مدرن ما عمل می‌کنند و الکتریسیته ضروری موردنیاز برای سوخت زندگی روزمره ما را فراهم می‌کنند.
از نیروگاه‌های بار پایه که تأمین پایدار را تضمین می‌کنند تا نیروگاه‌های اوج‌گیری با افزایش ناگهانی تقاضا و نیروگاه‌های پیرو بار که با تغییر الگوهای مصرف سازگار می‌شوند، هر یک از انواع نقش مهمی در حفظ یک شبکه برق قابل اعتماد و انعطاف پذیر دارند.
با وجود تنوع در منابع و عملکرد، نیروگاه‌ها به طور جمعی به تأمین نیازهای انرژی جوامع در سطح جهان کمک می‌کنند.
با تلاش‌های مداوم برای تنوع بخشیدن به منابع انرژی و پیاده‌سازی فناوری‌های پیشرفته، نیروگاه‌ها بخش مهمی ازشکل‌دهی آینده‌ای پایدار و ایمن از نظر انرژی هستند.
درباره نویسنده : معصومه آذری
نظرتون درباره این مقاله چیه؟
ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.
توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.
