نیروگاه برق

مقدمه :

تولید برق فرآیندی است که طی آن اشکال دیگر انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.       
اصول پایه تولید الکتریسیته در طی دهه ۱۸۲۰ و اوایل دهه ۱۸۳۰ توسط دانشمند انگلیسی مایکل فارادی کشف شد. متد ابتدایی او امروزه نیز مورد استفاده قرار می گیرد که عبارت است از تولید الکتریسیته بوسیله حرکت یک صفحه یا سیم پیچی از جنس مس بین قطبین مغناطیسی یک آهنربا.       
برای ابزارهای الکتریکی نخستین فرآیند انتقال انرژی الکتریکی به مصرف کننده ها می باشد. دیگر فرآیندها عبارتند از:   انتقال انرژی الکتریکی، توزیع برق و منابع ذخیره سازی و بازیابی انرژی الکتریکی با استفاده از روشهایی که توسط صنایع الکتریکی بکار گرفته میشود.     
در اغلب موارد برق توسط ژنراتورهای الکترومکانیکی در نیروگاه ها تولید میشود که این روش دارای مشتقاتی نظیر موتورهای سوختی حرارتی که از فعل و انفعلات شیمیایی استفاده می کنند و یا فرآیند شکاف هسته ای در راکتورهای اتمی میباشد همچنین استفاده از انواع منابع انرژی جنبشی مانند جریان هوا و جریان آب نیز در تولید برق کاربرد دارد. انواع انرژی های دیگر نظیر انرژی خورشیدی و استفاده از حرارت زمین نیز از تکنولوژیهای دیگر تولید برق بشمار میرود: 
در تولید انرژی الکتریکی، ژنراتور الکتریکی دستگاهی است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. معکوس این عملیات یعنی تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی توسط موتور انجام می گیرد. موتورها و ژنراتورها دارای شباهتهای زیادی با یکدیگر می باشند.
نیروی در یک ژنراتور جریان الکتریکی را در مدارات الکتریکی خارجی به حرکت در می آورد اما جریان برقی که در سیم ها و سیم پیچها موجود است را بوجود نمی آورد. این به نوعی شبیه یک پمپ آبی است که آب را به جریان در می آورد ولی آب را تولید نمی کند.     
منبع مکانیکی انرژی الکتریکی ممکن است که حرکت پیستون یا توربین یک ماشین بخار باشد. آب بر روی توربین و یا پروانه ای می ریزد که به داخل موتور حرارتی متصل است و یا توربین بادی که با گردش پره ها توسط هوای کار می کنند اینها همه انواعی از منابع انرژی مکانیکی بشمار می روند که در تولید برق کاربرد دارند. منابع عمده تولید الکتریسیته در ایالات متحده در سال ۲۰۰۸ سوخت فسیلی (بخصوص زغال سنگ) بوده است.

تاریخچه:

منابع انرژی الکتریکی فرانسه در سال ۲۰۰۶ انرژی هسته ای منبع اصلی بشمار می رود. زمانی که ژنراتورای قدرت مرکزی شناخته شدن جایگزینی برای ژنراتورهای رایج در نقل و انتقال برق خطور جریان در فواصل دور به شمار آمدند. از آنجائیکه امتیاز آنها توانایی شان در کاهش و افزایش انرژی الکتریکی از طریق ترانسفورماتورها می باشد هزینه های نقل و انتقال را به طور چشمگیری کاهش میدهند.   
تولید انرژی الکتریکی در نیروگاههای مرکزی از سال ۱۸۸۱ شروع شد. نخستین ماشین تولید قدرت بر پایه استفاده از نیروی آب یا سوخت زغال سنگ راه اندازی شد و امروزه با ابزارهای دیگر نظیر سوخت فسیلی، انرژی هسته ای، گاز طبیعی، هیدروالکتریک، نفت خام و میزان اندکی انرژی خورشیدی، ژنراتورهای بادی و منابع گرمایی زمین را در تولید برق بکار می بریم.    
پیش از آنکه رابطه بین الکتریسیته و مغناطیش کشف شود ژنراتورهای الکترواستاتیک ساخته شده بودند که از اصول الکترواستاتیک پیروی می کردند. این ژنراتورهای برق را با ولتاژ بالا و شدت جریان کم تولید می کردند. آنجا با استفاده از حرکت تسمه های الکتریکی ضمانت و دیسکها شارژ الکتریکی را به الکترود منتقل می کردند.

روشهای تولید برق :

هفت روش اساسی و تبدیل سایر انرژیها به انرژی الکتریکی وجود دارد:        
۱- الکتریسیته ساکن: بر اساس جداسازی بارهای الکتریکی به روش فیزیکی و حمل شارژ می باشد.    
مثال: اثر توربوالکتریک و صاعقه.    
۲- القاء الکترومغناطیس: توسط یک موتور الکتریکی دینام و ترانسفورماتور انرژی جنبشی به انرژی الکتریکی تبدیل میشود
۳- روش الکتروشیمیایی: تبدیل مستقیم انرژیهای شیمیایی به جریان الکتریکی می باشد مثل باتری پیل سوختی. 
۴- اثر فتوالکتریک: تبدیل نور به انرژی الکتریکی مانند سلولهای فتوالکتریکی (باتری نوری).
۵- اثر ترموالکتریک: تبدیل مستقیم اختلاف دما به انرژی الکتریکی (ترموکوپل) و ترموپیل.   
۶-ذاثر پینرئوالکتریک: در اثر کشش مکانیکی مولکولها و یا کریستالهایی که دارای بار الکتریکی ناهمسان می باشند.         
۷- تبدیل هسته ای: ساخت انرژی الکتریکی بر اساس شتاب ذرات باردار مثل بتاولتایی و تشعش ذرات آلفا.     
الکتریسیته ساکن نخستین شکل انرژی الکتریکی بود که کشف و مورد تحقیق قرار گرفت. هنوز ژنراتورهای الکترواستاتیک حتی در دستگاه های مدرن مانند ژنراتور و اندوگراف و ژنراتور MHD کاربرد دارند. در این روش الکترونها بطور مکانیکی جدا شده و در جهت افزایش پتانسیل الکتریکی منتقل میشوند. 
تقریباً تمام ژنراتورهای تجاری تولید برق از روش القاء الکترومغناطیسی بدین شکل که انرژی نیروهای مکانیکی جریان الکتریکی را پدید می آورند. روشهای مختلفی در پیشرفت و توسعه این انرژی های مکانیکی از قبیل موتورهای حرارتی، موتورها با نیروی محرکه آب، باد و نیروی کشش و رانش وجود دارند. روش مستقیم در تبدیل انرژی هسته به انرژی الکتریکی کاربرد چندانی ندارد و در دستگاههایی که از انرژی هسته ای در تولید برق استفاده می کنند . این انرژی برای راه اندازی موتور حرارتی استفاده می شود که محرکه ژنراتوری است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی از طریق القاء الکترومغناطیس تبدیل می کند پس انرژی هسته ای نقش سوخت موتور حرارتی را عهده دار بوده و به طور مستقیم در تولید برق بکار نمی رود.     
اغلب ژنراتورهای الکتریکی با موتورهای حرارتی کار می کنند. انرژی گرمایی اغلب این ماشینها توسط سوختهای فسیلی شکاف هسته ای و انواع منابع قابل تجدید انرژی تأمین می شود . نخستین مدل پیشرفته توربین بخار توسط سر چارلز پارسونس در سال ۱۸۸۴ طراحی و ساخته شده که امروزه ۸۰ درصد نیروی برق در جهان با استفاده از اشکال مختلف این روش تولید می شوند.

توربین ها : 
سدهای بزرگ نظیر سه نمونه سد آبی که در چین وجود دارند می توانند نیروی هیدروالکتریک عظیمی را جهت تولید برق تأمین کنند. این روش توانایی تولید GW 5/22 برق را داراست. ساسکوئینا (Susquehanna) نیروگاه برقی بخار با دستگاه تولید برق از طریق سوخت هسته ای می باشد. سیکل ترکیبی گاز طبیعی نزدیک اورم (Orem) در ایالت یونا (utah)  آمریکا می باشد. تمام توربین ها توسط حرکت سیال با انرژی متوسط بکار می افتد. شمار زیادی از انواع توربین های حرارتی موجود می باشند و از دیگر انواع توربینها می توان از توربینهای بادی یا توربینهایی که با فشار آب کار می کنند یاد کرد.        

بخار آب حاصل از راه های زیر:  
* شکاف هسته ای     
سوختن سوختهای فسیلی (زغال سنگ ، گاز طبیعی، نفت خام). بخار مورد استفاده در این توربین ها بطور مستقیم از سوخت گاز طبیعی یا نفت تولید میشود.
توربین های سیکل گاز ترکیبی دستگاه هایی هستند که انرژی محرکشان هم از بخار و هم از گاز طبیعی حاصل می شود.
آنها انرژی خود را از طریق سوخت گاز طبیعی در توربین های گازی و بکار بردن بخار همین فرآیند برای تولید انرژی بیشتر تأمین می کنند. راندمان این دستگاهها بیش از ۶۰ درصد است.   
انرژی قابل تجدید بخار به روش زیر تولید می شود:    
* زیست توده (Biomass) :

خورشید به عنوان انرژی حرارتی: پارابولیک خورشیدی (salarparabolic) از طریق شعاع های نور خورشید دما را برای جریان تأمین می کند.  
نیروی ژئوترمال (حرارت زمین) بار از طریق فشار تحت دما در اعماق زمین توربین را به حرکت در می آورد و یا حرارت آبهای گرم معدنی برای حرکت توربین بکار گرفته می شود.    
         
منابع قابل تجدید دیگر:    
آب (هیدروالکتریک) تیغه های توربین توسط فشار آب موجود در پشت سدها و نیروی کششی آن به حرکت در می آیند.
باد – اغب توربین های بادی انرژی الکتریکی را از وزش باد طبیعی تأمین می کنند.  

موتورهای عملکرد متقابل   
ژنراتورهای برق کوچک اغلب بر اساس این روش و با استفاده از سوخت گازوئیل، گاز متان و یا گاز طبیعی نیروی برق تولید می کنند. موتورهای دیزلی اغلب برای راه اندازی برق اضطراری معمولاً با تولید ولتاژ کم استفاده می شوند. بهرحال انژی زیادی در این موتورها مصرف می شود که برای تولید برق اضطراری در شرایط خاص و یا در بیمارستان ها و در نبود برق بکار می روند . گاز متان در راه اندازی توربین های گازی کوچکی استعمال می شود که در نزدیکی منابع تولید این گاز نظیر فاضلاب ها بکار گرفته میشود و برق حاصله نیز از ولتاژ کمی برخوردار است. ژنراتوری که از سوخت زغال سنگ استفاده می کند در لافلین نواای امریکا قرار دارد. صاحبان این دستگاه پس از آنکه این دستگاه توسط مطالعات زیست محیطی این دستگاه را به عنوان منبع آسیب رسان به محیط زیست شناساند از استفاده بیشتر از آن دست کشیدند.       
سلول فتو الکتریک از روشهایی بی شباهت به آنچه ذکر شده است انرژی حاصل از نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. با وجودیکه نور خورشید رایگان است اما تجهیزات تولید انرژی الکتریکی به این روش گران می باشد و تولید انبوه برق از این روش با وجود مزایای زیادش به صرفه نیست.

روشهای دیگر تولید برق   
توربینهای تولید برق بادی از دیگر متدهایی به شمار می روند که به شبکه تولید برق در جهان پیوسته اند. تکنولوژیهای متنوع دیگری نیز در ارتباط با تولید برق مورد مطالعه و گسترش قرار گرفته اند.

ژنراتورهای نیمه هادی (بدون داشتن قسمتهای متحرک) بطور گسترده ای در وسایل الکتریکی همراه بکار گرفته شدند (نظیر لپ تاپ ها) . این حوزه بطور وسیعی از تکنولوژی ترموالکتریک TE استفاده کرده است و گسترش ترمیونیک TI و ترموفتوولتائیک TPV نیز تقریباً در همان سطوح صورت گرفته است. عمدتاً دستگاههای TE از دمای پایینتری نسبت به TI و TPV استفاده می کنند. دستگاهها پنیرئوالکتریک از نیروی مکانیکی نظیر کشش و اصطکاک جهت تولید برق استفاده می کنند. بتاولتایی شکل دیگری از اشکال ژنراتورهای نیمه هادی می باشند که با تشعشعات اندک رادیواکتیو، الکتریسیته می سازد. ژنراتورهای MHD از جمله ژنراتورهایی هستند که مورد مطالعه زیادی قرار گرفته اند و از جمله روشهایی هستند که بر پایه انرژی هسته ای در جهت تولید جریان برق مورد استفاده قرار میگیرند.         
و در آخر می توان از نیروی فشار عنصری یاد کرد که در مناطقی که آبهای شیرین یا آبهای شور در دسترس است می تواند کاربرد داشته باشد.        
همچنین تولید برق به روشهای الکتروشیمیایی در ابزارهای همراه مانند موبایل و لپ تاپ حائز اهمیت میباشد. امروزه جریان الکتریکی به روش الکتروشیمیایی از سلولهای الکتروشیمایی و باتریها گرفته می شود که بیشتر به عنوان منبع ذخیره انرژی الکتریکی تا منبع تولید آن بکارگیری میشود. در سالهای اخیر منابع الکتروشیمیایی تولید جریان الکتریکی در دامنه وسیعی مورد مطالعه و تحقیق قرار گرفته اند. سلولهای سوختی که از طریق سوختهای طبیعی و باز فرآیند سنتزی به تولید انرژی الکتریکی می پردازند (مخصوصاً هیدورژن الکترولیت) نسبت به حوزه کاربردشان به عنوان منابع تولید یا ذخیره سازی انرژی الکتریکی بکار گرفته می شوند.

انواع نیروگاه برق :

·        نیروگاههای جزر و مدی

·        نیروگاههای موجی

·        نیروگاههای مگنتو هیدرودینامیک

·        نیروگاههای بیوماس

·        نیروگاههای زباله سوز بخاری

·        نیروگاههای گازی با سوخت خرده چوب

·        نیروگاههای شکافت هسته‌ای

·        نیروگاههای جوش (گداخت) هسته‌ای

·        نیروگاههای ترکیبی تولید کننده برق و انرژی حرارتی

·        نیروگاه تبدیل انرژی اقیانوسی

·        نیروگاه های پیل سوختنی

نظیم شده توسط کاربر۲ پشتیبانی سایت امداد برق و تلفن پایتخت و ایران داکیومنت