برای تولید انرژی الکتریسیته از نیروگاه های تولید برق استفاده می شود . این نیروگاه ها دارای انواع مختلفی به شرح زیر می باشند .
۱ – نیروگاه دیزلی
۲ – نیروگاه گازی
۳ – نیروگاه بخاری
۴– نیروگاه سیکل ترکیبی
۵ – نیروگاه برق آبی
۶– نیروگاه هسته ای
۷– نیروگاه تلمبه ذخیره ای
۸ – نیروگاه خورشیدی
۹ – نیروگاه بادی
۱۰– نیروگاه زمین گرمایی
۱۱– نیروگاه آبی جذر و مدی
نیروگاه دیزلی : در این نوع نیروگاه ها نیروی محرکه ژنراتور توسط یک موتور درونسوز دیزلی تأمین می شود . امروزه از نیروگاه های دیزلی به عنوان یک نیروگاه پایه کمتر استفاده می شود و بیشتر برای مواقع اضطراری و احتمالاً بار حداکثر شبکه از این نیروگاه ها استفاده می گردد . در حال حاظر در مناطقی از ایران که به شبکه سراسری متصل نیستند از نیروگاه های دیزلی استفاده می شود . این نیروگاه ها معمولاً دارای توان تولیدی ۶۳۰KW تا ۱۲۰۰۰KW هستند . در شکل (۱) تصویری از یک نیروگاه
دیزلی نمایش داده شده است .
شکل (۱)
مزایای نیروگاه دیزلی عبارتند از :
۱ – این نیروگاه ها به آب نیاز ندارند .
۲ – به عنوان برق اضطراری در مکان هایی مثل بیمارستان ها ، دانشگاه ها و … مورد استفاده قرار می گیرند .
۳ – در مراکز دور افتاده ای که هزینه انتقال برق از هزینه تولید نیروگاه دیزلی بیشتر است مورد استفاده قرار می گیرند .
معایب نیروگاه دیزلی عبارتند از :
۱ – رنج تولیدی این نیروگاه ها پایین است .
۲ – این نوع نیروگاه به دلیل حرکت های مکانیکی زیادی که در آنها وجود دارد دارای عمر کمی هستند .
۳ – این نوع نیروگاه ها دارای راندمان پایینی می باشند . ( راندمان عبارت است از نسبت انرژی گرفته شده از نیروگاه به انرژی داده شده به نیروگاه )
۴ – به دلیل راندمان پایین این نیروگاه ها ، هزینه برق تولیدی آنها بالاست .
نیروگاه گازی : در نیروگاه های گازی سیالی که سبب چرخش توربین می شود هوای محیط است . در این نیروگاه ها از کمپرسور استفاده می شود . کمپرسورها وسایلی هستند که با مکش هوای محیط به درون خود ، هوا را فشرده کرده و فشار آن را افزایش می دهند . معمولاً برای افزایش راندمان نیروگاه ، هوای ورودی را از مجاورت گازهای خروجی از دودکش توربین عبور می دهند تا هوای ورودی به کمپرسور گرم شود . هوای فشرده شده در کمپرسور وارد اتاق احتراق می شود و در آنجا با سوخت فسیلی ترکیب می شود و می سوزد و گاز داغی با فشار بالا از اتاق احتراق خارج می شود که آلاینده نیز است . برای اینکه گاز داغ پرفشار ورودی به توربین ، محور چرخنده آن را به حرکت درآورد باید این گاز با سرعت زیاد وارد توربین شود . این عمل توسط نازل ابتدای توربین انجام می شود . بنابراین گاز پرفشار و داغ با سرعت زیاد به پره های توربین برخورد می کند و سبب چرخش روتور توربین می شود و حرکت دورانی روتور توربین نیز سبب چرخش ژنراتور و در نتیجه تولید برق می شود . سوخت این نیروگاه ها معمولاً مازوت ، گاز و گازوئیل است . در شکل (۲) تصویری از یک نیروگاه گازی نمایش داده شده است .
شکل (۲)
مزایای نیروگاه گازی عبارتند از :
۱ – این نیروگاه ها به آب نیاز ندارند .
۲ – زود ساخته می شوند . ( حدوداً ساخت یک نیروگاه گازی ۶ ماه زمان می برد )
۳ – این نیروگاه ها سرعت مانور بالایی دارند . ( کم و زیاد کردن تولید نیروگاه را مانور کردن نیروگاه می گویند )
۴ – این نیروگاه ها را خیلی زود می توان روشن کرد .
معایب نیروگاه گازی عبارتند از :
۱ – راندمان این نیروگاه ها پایین است .
۲ – عمر این نیروگاه ها کوتاه است .
۳ – هزینه برق تولیدی آنها بالاست .
۴ – رنج تولید انرژی این نیروگاه ها پایین است .
نیروگاه بخاری : در این نیروگاه ها از سوختن سوخت های فسیلی مثل نفت و گاز طبیعی و مازوت ، حرارتی تولید می شود که توسط آن آب درون دیگ بخار به بخار خشک تبدیل می شود . بخار خشک یعنی بخاری که کاملاً به صورت گازی باشد و هیچ گونه قطره آبی در آن نباشد و دمای آن بالای ۵۰۰ درجه سانتی گراد باشد . این بخار خشک وارد توربین ها می شود و روتور توربین ها را به چرخش در می آورد . در اثر چرخش محور توربین ها ، ژنراتور شروع به چرخش می کند و برق تولید می شود . بخارهای خشک خارج شده از توربین ها وارد کندانسور شده و به مایع تبدیل می شوند . کندانسور وسیله ای است که بخار خشک را سرد کرده و به مایع تبدیل می کند . مایع حاصل توسط پمپ هایی مجدداً به دیگ بخار پمپاژ می شوند . در شکل (۳) تصویری از یک نیروگاه بخاری نمایش داده شده است .
شکل (۳)
مزایای نیروگاه بخاری عبارتند از :
۱ – راندمان این نیروگاه ها از نیروگاه های گازی بهتر است .
۲ – رنج تولیدی این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است .
۳ – عمر این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است .
معایب نیروگاه های بخاری عبارتند از :
۱ – این نیروگاه ها به آب نیاز دارند .
۲ – سرعت مانور این نیروگاه ها کمتر از نیروگاه های گازی است .
۳ – ساخت این نیروگاه ها نسبت به نیروگاه های گازی زمان بیشتری می برد .
۴ – هزینه برق تولیدی این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است .
نیروگاه سیکل ترکیبی : این نوع نیرگاه ها ترکیبی از دو نیروگاه گازی و بخاری می باشند . در نیروگاه های گازی مقداری از گازهای پرانرژی از طریق دودکش توربین ها از چرخه تولید برق خارج می شوند و همین امر سبب کاهش راندمان نیروگاه های گازی می گردد . گاز خارج شده از دودکش توربین های گازی دمای زیادی دارد و قادر است آب مایع را به بخار خشک تبدیل کند یعنی همان عملی که در نیروگاه های بخاری انجام می شود . بنابراین در نیروگاه های سیکل ترکیبی دو نیروگاه گازی و بخاری را در کنار یکدیگر قرار می دهند . در نیروگاه های سیکل ترکیبی برای فعالیت توربین های گازی از سوخت های فسیلی استفاده می کنند اما برای فعالیت توربین های بخاری از گازهای خارج شونده از دودکش توربین های گازی استفاده می کنند . به این ترتیب به ازای مقدار معینی سوخت ، در نیروگاه های سیکل ترکیبی انرژی بیشتری نسبت به نیروگاه های گازی تولید می شود و در نتیجه نیروگاه های سیکل ترکیبی دارای راندمان بیشتری نسبت به نیروگاه های گازی و بخاری می باشند . در شکل (۴) تصویری از یک نیروگاه سیکل ترکیبی نمایش داده شده است .
شکل (۴)
نیروگاه برق آبی : در این نیروگاه ها از آب جمع شده در پست سدها برای تولید برق استفاده می شود . آب جمع شده در پشت سدها با برخورد به پره های توربین سبب چرخش روتور توربین می شود . چرخش روتور توربین نیز سبب چرخش ژنراتور و در نتیجه تولید برق می شود . در شکل (۵) تصویری از یک نیروگاه برق آبی نمایش داده شده است .
شکل (۵)
مزایای نیروگاه برق ابی عبارتند از :
۱ – آلودگی محیط زیست ندارد .
۲ – هزینه سوخت ندارد .
۳ – عمر بالایی دارد . ( اگر خوب ساخته شود تا ۱۰۰ سال هم کار می کند )
۴ – سرعت و قدرت مانور بالایی دارد .
۵ – هزینه نگهداری این نیروگاه ها بسیار پایین است .
۶ – با گذشت زمان بازده این نیروگاه ها تغییر نمی کند .
۷ – پرسنل مورد نیاز نیروگاه های آبی نسبت به بقیه نیروگاه ها بسیار کمتر است .
۸ – آب مورد نیاز برای کشاورزی و شرب را تأمین می کند .
۹ – از سیل ها و سیلاب ها جلوگیری می کند .
۱۰ – در اطراف سدها می توان فضای تفریحی مناسب ایجاد کرد .
معایب نیروگاه برق آبی :
۱ – هزینه ساخت این نیروگاه ها بسیار زیاد است .
۲ – در سال های کم آبی ، میزان تولید این نیروگاه ها با مشکل همراه خواهد بود .
۳ – مدت زمان مورد نیاز برای ساخت سد خیلی زیاد است .
۴ – مخزن نیروگاه های آبی ، زمین های زیادی را زیر آب می برد .
۵ – قابلیت نصب نیروگاه های آبی در مکان های بسیار خاص می باشد .
نیروگاه هسته ای : روش تولید برق در نیروگاه های هسته ای مشابه روش تولید برق در نیروگاه های بخاری است . تنها تفاوت بین این دو نیروگاه در این است که در نیروگاه هسته ای برای تولید حرارت جهت تبدیل آب به بخار خشک به جای استفاده از سوخت های فسیلی از واکنش های هسته ای استفاده می شود . واکنش هسته ای بر این اساس است که با بمباران نوترونی هسته اورانیوم ۲۳۵ و جذب نوترون توسط آن ، تعادل نیروهای داخلی بین نوترون ها و پروتون ها در هسته اورانیوم بر هم می خورد و در نتیجه این هسته به دو هسته سبکتر شکافته می شود . این تقسیم هسته با انرژی آزاد شده بسیاری همراه است که درصد زیادی از این انرژی به صورت انرژی جنبشی توسط نوترون ساطع می گردد و درصد کمی از آن به صورت انرژی تشعشعی انتقال می یابد . در عمل می توان با عبور سیال واسطی مثل جیوه از درون محفظه ای که در آن شکافت هسته ای صورت می پذیرد انرژی جنبشی مذکور را به سیال واسط انتقال داد و به این ترتیب حرارت سیال واسط را افزایش داد . این عمل در قلب نیروگاه های هسته ای که راکتور نام دارد انجام می شود . سیال واسط حرارت خود را به سیال اصلی یعنی آب منتقل می کند و در نتیجه آب به بخار خشک تبدیل می گردد . بخار خشک وارد توربین می شود و روتور توربین را می چرخاند و با چرخش روتور توربین ، ژنراتور به حرکت در می آید و در نتیجه برق تولید می شود و مانند نیروگاه های بخاری ، بخار خشک خارج شونده از توربین ها وارد کندانسور شده و تبدیل به مایع می گردد و سپس توسط پمپ به راکتور پمپاژ می شود . در شکل (۶) تصویری از یک نیروگاه هسته ای نمایش داده شده است .
شکل (۶)
مزایای نیروگاه هسته ای عبارتند از :
۱ – آلودگی زیست محیطی ندارد .
۲ – اکسیژن هوا را مصرف نمی کند .
۳ – هزینه انتقال سوخت آن کم است .
معایب نیروگاه هسته ای عبارتند از :
۱ – به راحتی نمی توان میزان تولید آن را کم و زیاد کرد .
۲ – باید مطمئن بود که تمامی انرژی تولید شده توسط آن مصرف می شود .
۳ – نمی توان آن را سریع خاموش کرد .
۴ – فقط برای تأمین بار پایه می توان از آن استفاده کرد . ( حداقل میزان انرژی مصرفی هر کشور را بار پایه آن کشور می نامند )
۵ – باید ۲ یا ۳ خط انتقال به آن وصل کرد .
۶ – تجهیزات برقی این نیروگاه ها باید دارای کیفیت بالایی باشد .
نیروگاه تلمبه ذخیره ای : در بعضی از مناطق که شرایط جغرافیایی مناسبی وجود داشته باشد از مبادله آب بین دو منبع در سطوح مختلف ، می توان انرژی مورد نیاز برای چرخاندن توربین ها را ایجاد نمود . در این نیروگاه ها آب از منبع در سطح پایین که می تواند یک دریاچه باشد توسط پمپ هایی در ساعاتی که مصرف انرژی الکتریکی پایین است به منبع بالایی فرستاده می شود . سپس در مواقعی که به انرژی الکتریکی نیاز است از منبع بالایی آب را توسط لوله هایی به روی پره های یک توربین هدایت می کنند و با چرخش روتور توربین ، ژنراتور شروع به چرخیدن می کند و در نتیجه برق تولید می شود . در شکل (۷) تصویری از یک نیروگاه تلمبه ذخیره ای نمایش داده شده است .
شکل (۷)
نیروگاه خورشیدی : یکی از آرزوهای بشر کاربرد انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع لایزال انرژی برای مصارف بزرگ بوده است . اشکال بزرگ در کاربرد انرژی خورشیدی متمرکز نبودن ، تناوبی بودن و ثابت نبودن مقدار انرژی و نیز پایین بودن شدت تشعشع می باشد . به دلیل پایین بودن شدت تشعشع انرژی خورشیدی ، سطح لازم برای کسب انرژی قابل توجه ، بزرگ خواهد شد و به خاطر تناوبی بودن و ثابت نبودن مقدار آن ، معمولاً برای نیروگاه خورشیدی یک منبع برای ذخیره انرژی کسب شده مورد نیاز است . همچنین به دلیل متمرکز نبودن انرژی خورشیدی ، احتیاج به تجهیزاتی جهت متمرکز ساختن آن می باشد . انرژی خورشیدی را می توان در موارد زیر مورد استفاده قرار داد .
گرمایش و سرمایش ساختمان ، پختن غذا ، گرم کردن آب ، استرلیزه کردن وسایل بهداشتی ، خشک کردن محصولات کشاورزی ، شیرین کردن آب ، تولید سوخت های شیمیایی ، احتراق مواد آلی ، تولید گاز هیدروژن ، تولید الکتریسیته به روش فتوولتیک ، تولید بخار آب برای به چرخش در آوردن یک توربین بخار و … .
در شکل (۸) تصویری از یک نیروگاه خورشیدی نمایش داده شده است .
شکل (۸)
نیروگاه بادی : بادهای محلی و موسمی حامل مقدار زیادی انرژی هستند که مقدار این انرژی بستگی به سرعت باد دارد . بعلاوه هر چه سطح برخورد باد با یک جسم بیشتر باشد انرژی بیشتری را می توان به آن جسم منتقل کرد . بنابراین کسب انرژی قابل توجه از باد علاوه بر مناسب بودن سرعت باد به بزرگی سطح تماس با باد نیز وابسته است . استفاده از انرژی باد برای مصارف محدود و محلی مناسب است ولی به دلیل محدود بودن مقدار این انرژی ، ثابت نبودن وتناوبی بودن مقدار آن و نیز محلی بودن باد نمی توان از انرژی باد به عنوان یک منبع تولید انرژی برای آینده یاد نمود . امروزه در مناطقی که یک متوسط وزش باد ثابت دارند و سرعت باد در آنجا مناسب است با نصب توربین های بادی ، انرژی الکتریکی تولید می شود . همچنین با تولید باد مصنوعی از طریق تابش خورشیدی بر روی سطح گسترده سیاه رنگ و متمرکز کردن باد ایجاد شده بر روی پره های توربین بادی نیز انرژی الکتریکی قابل تولید می باشد . در شکل (۹) تصویری از یک نیروگاه بادی نمایش داده شده است .
شکل (۹)
نیروگاه زمین گرمایی : یکی از منابع انرژی که به مقدار زیادی در دسترس می باشد انرژی گرمایی زمین است که به دو روش قابل بهره برداری می باشد .
الف ) استفاده از بخار آب به صورت داغ و خشک جهت چرخاندن پره های توربین که به طور طبیعی در زیر پوسته زمین وجود دارد .
ب ) ایجاد مصنوعی بخار داغ و خشک جهت چرخاندن پره های توربین به وسیله عبور آب از روی سنگ های داغ زیر زمینی که دارای درجه حرارت زیاد و نزدیک به نقطه ذوب هستند . در بعضی از نقاط زمین ، در عمق ۵ تا ۶ کیلومتری می توان به درجه حرارت های تا ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد نیز رسید .
در هر دو روش فوق ، بخار آب داغ و خشک حاصل که به توربین ها منتقل می شوند سبب چرخش روتور توربین ها می گردند و در اثر گردش روتور توربین ها ، ژنراتور نیز شروع به گردش می کند و در نتیجه برق تولید می شود. در شکل (۱۰) تصویری از یک نیروگاه زمین گرمایی نمایش داده شده است .
شکل (۱۰)
نیروگاه آبی جذر و مدی : در دریاها به خاطر چرخش ماه به دور زمین روزانه دو بار جذر و مد به وجود می آید . اختلاف ارتفاع آب در حالت جذر و مد در هر نقطه بستگی به وضع قرار گرفتن ماه ، زمین و خورشید دارد و بزرگترین اختلاف ارتفاع آب در حالت جذر و مد ، معمولاً در اوایل پاییز به وجود می آید . برای اینکه بتوان از انرژی جذر و مد استفاده کرد باید یک خلیج و یا یک دریاچه مصنوعی را توسط سدی از دریا جدا نمود و در هنگام جذر و مد از جریان آبی که متناوباً بین این دو منبع ایجاد می شود برای چرخاندن پره های توربین و نهایتاً تولید برق استفاده کرد . با توجه به محدودیت های جغرافیایی در رابطه با استفاده از نیروی جذر و مد ، از این روش نمی توان به عنوان یک منبع عمده تولید انرژی استفاده کرد . در شکل (۱۱) تصویری از یک نیروگاه آبی جذر و مدی نمایش داده شده است .
