نیروگاه چیست؟

نیروگاه برق (Power station) که با نام کارخانه برق هم شناخته می‌شود. مجموعه‌ای از تأسیسات صنعتی است که از آن برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. وظیفه اصلی یک نیروگاه تبدیل انرژی از دیگر شکل‌های آن مانند انرژی شیمیایی، انرژی هسته‌ای، انرژی پتانسیل گرانشی و... به انرژی الکتریکی است. در تقریباً همه نیروگاه‌ها وظیفه اصلی بر عهده مولد یا ژنراتور است (ماشینی دوار که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند). انرژی مورد نیاز برای چرخاندن یک ژنراتور از راه‌های مختلفی تامین می‌شود و عموماً به میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی در آن منطقه و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد.

انواع نیروگاه‌ها

1. نیروگاه حرارتی

2. نیروگاه آبی

3. نیروگاه بادی

4. نیروگاه خورشیدی

نیروگاه حرارتی

در یک نیروگاه حرارتی انرژی مکانیکی مورد نیاز برای به حرکت در آوردن مولدها به وسیله حرارتی که معمولاً از سوختن سوخت‌ها به وجود می‌آید تامین می‌شود. بیشتر نیروگاه‌های حرارتی (در حدود ۸۶ درصد آنها) از بخار برای انتقال حرارت و ایجاد انرژی مکانیکی استفاده می‌کنند. در نیروگاه‌های حرارتی از سوخت‌های فسیلی، هسته‌ای و یا انرژی‌های تجدیدپذیر برای ایجاد حرارت و گرما و تبدیل آب به بخار گرم برای به حرکت در آوردن توربین بخار استفاده می‌شود. سپس توربین بخار به صورت مکانیکی به روتور ژنراتور متصل می‌شود که چرخش آن منجر به تولید نیروی الکتریکی می‌شود. یک نیروگاه حرارتی با سوخت زغال‌سنگ، یک روش مرسوم برای تولید برق با بازده نسبتاً بالا است.

نیروگاه حرارتی نیز خود به چند دسته تقسیم می‌شود:

نیروگاه بخار

نیروگاه گازی

نیروگاه سیکل ترکیبی

نیروگاه هسته‌ای

نیروگاه‌های بخار

در این نیروگاه‌ها عامل حرکت پره‌های توربین برای تولید برق، بخار آب است. آب توسط حرارت تولید شده معمولا از سوختن سوخت فسیلی به بخار تبدیل می‌شود. یک نیروگاه ساده بخار بر اساس چرخه رانکین تولید انرژی می‌کند. در توربین‌های بخار از فشار دینامیکی بخار تولید شده برای چرخاندن پره‌ها دستگاه استفاده می‌شود. تقریباً همه توربین‌های بزرگ غیر آبی از این نوع هستند. يك نيروگاه بخار را بعد از راه‌اندازي نبايد خاموش كرد. ویژگی‌های نیروگاه بخار این است که راندمان نیروگاه بخار نسبتا بالاست وحدود %45 می‌باشد زمان احداث و هزینه احداث نسبتا بالا وهزینه جاری (سوخت) آن متوسط می‌باشد. عمر این نوع نیروگاه نسبتا طولانی است آهنگ تغییر باراین نیروگاه متوسط است. از نظر زیست محیطی نسبتا آلودگی زیادی دارد.

نیروگاه گازی

نیروگاهی است که سیال عامل در آن هوا است و بر اساس سیکل برایتون کار می‌کند. این نیروگاه دارای توربین گازی است و دارای سه جزء اصلی کمپرسور، اتاق احتراق و توربین گاز می‌باشد. نحوه به کار افتادن روتورها در این نیروگاه‌ها بدین صورت است که سیال ورودی وارد کمپرسور شده و پس از تراکم و کمی گرم شدن وارد اتاق احتراق شده و توسط سوخت احتراق صورت می‌گیرد و سپس هوای داغ حاصل وارد توربین گازی شده و باعث چرخاندن ژنراتور می‌شود. کمپرسور به کار رفته در نیروگاه گازی همانند توربین می‌باشد. توربین‌های گازی که در نیروگاه‌ها و صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند مزایای زیادی دارند. اندازه نیروگاه توربین گازی، در مقایسه با نیروگاه بخار، کوچکتر، وزن کمتر و هزینه اولیه آن برای تولید هر واحد توان از هزینه مربوط به نیروگاه بخار کمتر است. ویژگی‌های نیروگاه گازی این است که بیشینه راندمان این نیروگاه‌ها 35% است. زمان احداث نسبتا کوتاهی دارد و هزینه تاسیس متوسطی دارد ولی هزینه جاری آن زیاد است. سوخت گران‌تر و هزینه تعمیر ونگهداری آن بیشتر است. عمر آن نسبت به نیروگاه بخار کمتر است چون توربین دردمای بالایی کار می‌کند. از نظر زیست محیطی نسبتا آلودگی بالایی دارد ولی نسبت به نیروگاه بخار که سوخت مازوت یا ذغال سنگ دارند آلودگی‌اش کمتر است.

نیروگاه هسته‌ای

نیروگاه‌های هسته‌ای خیلی شبیه نیروگاه‌های حرارتی هستند. اما تفاوت اصلی این است که عناصر رادیواکتیو مانند اورانیوم و توریم به عنوان سوخت اولیه به جای زغال سنگ استفاده می‌شوند. همچنین در یک نیروگاه هسته‌ای، کوره و دیگ با راکتور هسته‌ای و لوله‌های مبدل حرارتی جایگزین می‌شوند.در فرآیند تولید انرژی هسته‌‌ای، سوخت‌‌های رادیواکتیو برای انجام واکنش‌‌های شکافت در راکتورهای هسته‌ای استفاده می‌شوند. واکنش شکافت، مانند یک واکنش زنجیره‌ای کنترل شده است و با مقدار زیادی انرژی تولید شده همراه است که به صورت گرما ظاهر می‌شود. سپس این گرما به آب موجود در لوله‌های مبدل حرارتی منتقل می‌شود و بخار بسیار گرم در دمای بسیار بالا تولید می‌شود. هنگامی که فرآیند تشکیل بخار انجام شد، ادامه مراحل دقیقاً شبیه به یک نیروگاه حرارتی است، زیرا این بخار پره‌‌های توربین را برای تولید برق بیشتر به حرکت در می‌آورد.

نیروگاه‌های سیکل ترکیبی

در این چرخه این نیروگاه از ترکیب توربین‌های گازی و بخار استفاده می‌شود به این ترتیب که با سوختن سوخت از گازهای ایجاد شده برای به حرکت درآوردن توربین‌های گازی و از گرمای تولیدی از سوختن برای بخار کردن آب و به حرکت درآوردن توربین‌های بخار استفاده می‌شود. با ترکیب کردن این دو سیکل بهره‌بری از نیروگاه افزایش پیدا میکند. بازده الکتریکی از یک چرخه ساده کارخانه نیروگاه برق بدون استفاده از اتلاف گرما به طور معمول راندمانی بین 25 تا 40 درصد دارد، در حالی که همان نیروگاه با سیکل ترکیبی راندمان الکتریکی حدود ۶0 درصد را دارد. نیروگاه‌های سیکل ترکیبی راه‌حل بسیار کارآمد، انعطاف‌پذیر، قابل اعتماد، مقرون به صرفه و سازگار با محیط‌زیست برای تولید برق است.

نیروگاه آبی

نیروگاه آبی (hydroelectric power) که به وسیله سدسازی در مسیر رودخانه‌ها انرژی جنبشی و پتانسیل گرانشی آب را به واسطه عبور از توربین‌های تعبیه شده در مسیر به انژری الکتریکی تبدیل می‌کند. در تولید انرژی برق‌ آبی، آب جمع‌آوری یا ذخیره شده در ارتفاعات بالاتر از طریق لوله‌های بزرگ یا تونل‌ها (آبگیر) به ارتفاعات پایین هدایت می‌گردد. اختلاف ارتفاع در مسیر آب «هد» (head) نامیده می‌شود. جریان آب در انتهای مسیر باعث چرخش توربین‌ها می‌گردد.

توربین‌ها به نوبه‌ی خود محرک ژنراتورها هستند که انرژی مکانیکی توربین‌ها را به برق تبدیل می‌کنند. سپس ترانسفورماتورها سطح ولتاژ تولید شده را تا حد استانداردی برای انتقال به محل مصرف بالا می‌برند نیروگاه‌های برق‌آبی معمولا در کنار سدها ساخته می‌شوند، جایی که آب رودخانه‌ها جمع‌آوری می‌شود. به همین دلیل سطح آب پشت سد بالا آمده و هد را تا جای امکان بالا می‌آورد. انرژی پتانسیل قابل اقتباس از یک حجم معین از آب به طور مستقیم متناسب با هد یا ارتفاع آب است. به شکل ساده، در یک حجم مساوی از آب، سد با هد بالاتر بیشتر از سد با هد پایین‌تر برق تولید می‌کند.

نیروگاه بادی

نیروگاه بادی یک منبع تجدیدپذیر انرژی الکتریکی است. توربین بادی برای استفاده از سرعت و قدرت باد و تبدیل آن به انرژی الکتریکی طراحی شده است. باد بهترین منبع طبیعی است که در اکثر نقاط موجود است برای همین در سراسر دنیا از آن استفاده می‌شود. توربین بادی می‌تواند بین سرعت باد 14 تا 90 کیلومتر در ساعت کار کند. یک نیروگاه بادی برای کاهش کسری برق در یک شبکه استفاده می‌شود. مزیت نیروگاه بادی این است که هزینه بهره برداری این نیروگاه کمتر است و منبع انرژی الکتریکی غیر آلاینده است. یک توربین بادی تنها برای تولید انرژی الکتریکی به مقدار زیاد کافی نیست. بنابراین، بیش از یک توربین بادی در محلی که باد به طور مداوم در دسترس است قرار می‌گیرد. و آن مکان به مزرعه بادی معروف است. به طور کلی، مزارع بادی در نزدیکی منطقه دریا قرار دارند.

نیروگاه خورشیدی

نیروگاه خورشیدی (Solar Power Plant) انرژی خود را به طور مستقیم از خورشید دریافت می‌کند. در نیروگاه خورشیدی انرژی تابشی خورشید را جمع‌آوری کرده و با متمرکز کردن آن، درجه حرارت‌های بالایی ایجاد می‌کند. انرژی جمع‌آوری شده از طریق مبدل حرارتی، ژنراتور توربین‌ها و یا موتورهای بخار به انرژی الکتریکی تبدیل خواهد شد. انرژی خورشیدی یکی از پاک‌ترین و بزرگ‌ترین منابع انرژی‎‌های تجدیدپذیر است که به علت نیاز نداشتن به فن‌آوری‌های پیشرفته و پرهزینه، به عنوان یک منبع مفید و تأمین کننده انرژی در اکثر نقاط جهان رو به وسعت است. 99 % از مجموع انرژی‌هایی که به زمین منتقل می‌گردند، منشا خورشیدی دارند. علاوه بر روند رو به رشد قیمت انرژی‌های فسیلی، اثرات مخرب زیست محیطی آن‌ها از قبیل: آلودگی‌ها، افزایش دمای کره زمین و تخریب لایه‌ی ازن، میل به استفاده از این انرژی در دسترس را دو چندان افزایش می‌دهد. از مزایای نیروگاه خورشیدی می‌توان گفت این نیروگاه‌ها نیاز به سوخت و آب ندارند و چون اصطحکاک ندارند در نتیجه طول عمر زیادی دارند. و هیچ آلاینده‌ای تولید نمی‌کنند که باعث آلودگی هوا شود. این نیروگاه‌ها علاوه بر این که قادرهستند به شبکه‌های بزرگ برق برسانند، در شبکه‌های کوچک برای انتقال برق نیاز به کابل‌های فشار قوی ندارند.

سوالات متداول

نیروگاه چیست؟

تبدیل انرژی مکانیکی توسط ماشین‌های دوار (ژنراتور) در مجموعه تاسیساتی صورت می‌گیرد که به آن نیروگاه می‌گویند.

انواع نیروگاه چیست؟

نیروگاه‌ها انواع مختلفی دارند من جمله نیروگاه گازی، نیروگاه آبی، نیروگاه هسته‌ای، نیروگاه بادی و خورشیدی.

نتیجه‌گیری

امروزه نیروگاه‌ها بخش مهمی از زندگی ما را تشکیل می‌دهند. نیروگاه، که با نام‌های «کارخانه برق» یا «مرکز برق» نیز شناخته می‌شود، یک تأسیسات صنعتی برای تولید برق است. نیروگاه‌ها معمولاً به یک شبکه برق متصل می‌شوند. ما در این مقاله سعی کردیم تمام نیروگاه‌ها را به طور مختصر برای شما توضیح دهیم.

نیروگاه چیست؟

فهرست مطلب