انرژی‌گیر: آنچه هستند؟ (& انواع انرژی‌گیرها)

چه چیزی است نیروگاه؟

یک نیروگاه (همچنین به عنوان یک ایستگاه برق یا ایستگاه تولید برق شناخته می‌شود)، یک مکان صنعتی است که برای تولید و توزیع انرژی الکتریکی در مقیاس گسترده استفاده می‌شود. بسیاری از نیروگاه‌ها شامل یک یا چند مولد هستند، ماشینی چرخان که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی سه فازی تبدیل می‌کند (این‌ها همچنین به عنوان ژنراتور جایگزین شناخته می‌شوند). حرکت نسبی بین یک میدان مغناطیسی و یک هادی الکتریکی جریان الکتریکی ایجاد می‌کند.

این‌ها معمولاً در مناطق حومه شهر یا چند کیلومتری دور از شهرها یا مراکز بار قرار دارند، زیرا نیازهایی مانند زمین و آب فراوان، همراه با محدودیت‌های عملیاتی مانند دفع زباله و غیره دارند.

به این دلیل، یک ایستگاه تولید برق باید نه تنها به تولید موثر انرژی بپردازد، بلکه همچنین در انتقال این انرژی نیز توجه کند. به همین دلیل، نیروگاه‌ها معمولاً با یارد‌های ترانسفورماتور همراه هستند. این یارد‌ها ولتاژ انتقال برق را افزایش می‌دهند، که اجازه می‌دهد به طور موثرتری در فواصل طولانی منتقل شود.

منبع انرژی که برای چرخاندن محور ژنراتور استفاده می‌شود به طور گسترده متغیر است و عمدتاً به نوع سوخت بستگی دارد. انتخاب سوخت مشخص می‌کند که چه نوع نیروگاهی را می‌گوییم، و به این ترتیب انواع مختلف نیروگاه‌ها طبقه‌بندی می‌شوند.

انواع نیروگاه‌ها

انواع مختلف نیروگاه‌ها بر اساس نوع سوخت استفاده شده طبقه‌بندی می‌شوند. برای تولید انبوه برق، حرارتی، هسته‌ای و آبی کارآمدترین هستند. یک ایستگاه تولید برق می‌تواند به طور کلی به سه نوع فوق ذکر شده تقسیم‌بندی شود. بیایید به این انواع ایستگاه‌های برق به طور دقیق نگاه کنیم.

نیروگاه حرارتی

یک نیروگاه حرارتی یا نیروگاه حرارتی که از زغال سنگ استفاده می‌کند تاکنون روش متعارف تولید انرژی الکتریکی با کارایی معقول است. از زغال سنگ به عنوان سوخت اصلی برای جوشاندن آب موجود به بخار اشباع برای چرخاندن توربین استفاده می‌کند.

توربین بخار سپس به صورت مکانیکی به روتور ژنراتور متصل می‌شود، چرخش که نتیجه آن تولید انرژی الکتریکی است. به طور کلی در هند، زغال سنگ بتومینوس یا زغال سنگ قهوه‌ای به عنوان سوخت بویلر استفاده می‌شود که محتوای پروانه‌ای آن از ۸ تا ۳۳٪ و محتوای خاکستر ۵ تا ۱۶٪ می‌باشد. برای افزایش کارایی حرارتی نیروگاه، زغال سنگ در حالت پالوریزه در بویلر استفاده می‌شود.

در نیروگاه حرارتی که از زغال سنگ استفاده می‌کند، بخار در فشار بسیار بالا در داخل بویلر بخار توسط سوزاندن زغال سنگ پالوریزه به دست می‌آید. این بخار سپس در سوپرهیتر به دما بسیار بالا رسیده و وارد توربین می‌شود. لезه‌های توربین با فشار بخار چرخ می‌کنند.

توربین به صورت مکانیکی با ژنراتور به گونه‌ای متصل شده است که روتور آن با چرخش لезه‌های توربین چرخ می‌کند. پس از ورود به توربین، فشار بخار به طور ناگهانی کاهش می‌یابد که منجر به افزایش متناسب در حجم بخار می‌شود.

پس از انتقال انرژی به روتورهای توربین، بخار از لезه‌های توربین به خنک‌کننده بخار توربین منتقل می‌شود. در خنک‌کننده، آب سرد در دمای محیط با کمک پمپ چرخانده می‌شود که منجر به تبخیر بخار فشرده می‌شود.

سپس این آب تبخیر شده به گرم‌کننده آب فشار پایین منتقل می‌شود که بخار فشار پایین دمای این آب تغذیه را افزایش می‌دهد و دوباره در فشار بالا گرم می‌شود. این مبانی کاری یک نیروگاه حرارتی را توصیف می‌کند.

مزایای نیروگاه‌های حرارتی

• سوخت استفاده شده یعنی زغال سنگ بسیار ارزان است.

• هزینه اولیه نسبت به سایر ایستگاه‌های تولید کمتر است.

• فضای کمتری نسبت به نیروگاه‌های آبی نیاز دارد.

معایب نیروگاه‌های حرارتی

• به دلیل تولید دود و بخار، جو را آلوده می‌کند.

• هزینه اجرا نیروگاه بیشتر از نیروگاه آبی است.

نیروگاه هسته‌ای

نیروگاه‌های هسته‌ای در بسیاری از جهات شبیه نیروگاه‌های حرارتی هستند. با این حال، تفاوت اینجا آن است که عناصر رادیواکتیو مانند اورانیوم و توریوم به جای زغال سنگ به عنوان سوخت اصلی استفاده می‌شوند. همچنین در یک نیروگاه هسته‌ای، فورن و بویلر توسط راکتور هسته‌ای و لوله‌های تبادل گرمایی جایگزین می‌شوند.

برای فرآیند تولید انرژی هسته‌ای، سوخت‌های رادیواکتیو مورد استفاده راکتورهای هسته‌ای را می‌سوزانند. واکنش شکافت، مانند یک واکنش زنجیره‌ای کنترل شده پخش می‌شود و همراه با تولید انرژی بی‌سابقه است که به صورت گرما ظاهر می‌شود.

این گرما سپس به آب موجود در لوله‌های تبادل گرمایی منتقل می‌شود. در نتیجه، بخار اشباع با دما بسیار بالا تولید می‌شود. پس از اتمام فرآیند تشکیل بخار، بقیه فرآیند دقیقاً مانند یک نیروگاه حرارتی است، زیرا این بخار برای چرخاندن لезه‌های توربین استفاده می‌شود تا برق تولید کند.

نیروگاه آبی

در نیروگاه‌های آبی، انرژی آب سقوط کرده برای چرخاندن توربین استفاده می‌شود که به نوبه خود ژنراتور را برای تولید برق می‌چرخاند. باران که روی سطح زمین می‌بارد، انرژی پتانسیلی نسبت به اقیانوس‌ها که به آن جریان می‌یابد دارد. این انرژی به کار محور تبدیل می‌شود که آب از طریق یک فاصله عمودی قابل توجه می‌ریزد. بنابراین انرژی هیدرولیکی یک انرژی تجدیدپذیر طبیعی است که با معادله زیر مشخص می‌شود:
P = gρ QH
که در آن، g = شتاب گرانش = ۹.۸۱ متر/ثانیه ۲
ρ = چگالی آب = ۱۰۰۰ کیلوگرم/متر مکعب
H = ارتفاع سقوط آب.
این انرژی برای چرخاندن محور ژنراتور استفاده می‌شود تا آن را به انرژی الکتریکی معادل تبدیل کند.
نکته مهمی که باید توجه داشت این است که نیروگاه‌های آبی در مقایسه با همتایان حرارتی یا هسته‌ای خود ظرفیت کمتری دارند.

به این دلیل، نیروگاه‌های آبی معمولاً در برنامه‌ریزی با نیروگاه‌های حرارتی استفاده می‌شوند تا بار را در ساعات اوج تأمین کنند. آنها به نوعی به نیروگاه حرارتی یا هسته‌ای کمک می‌کنند تا در دوره‌های ساعات اوج به طور موثرتری برق تحویل دهند.

مزایای نیروگاه آبی

• نیاز به سوخت ندارد، آب برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود.

• این یک تولید انرژی تمیز و بدون آلودگی است.

• ساختار ساده است و نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارد.

• کمکی به آبیاری و کنترل سیلاب می‌کند.

معایب نیروگاه آبی