نیروگاه: آنچه هستند؟ (& انواع نیروگاه‌ها)

نیروگاه چیست؟

یک نیروگاه (همچنین به عنوان یک ایستگاه تولید برق یا ایستگاه تولید انرژی الکتریکی شناخته می‌شود) یک محل صنعتی است که برای تولید و توزیع انرژی الکتریکی در مقیاس گسترده استفاده می‌شود. بسیاری از نیروگاه‌ها شامل یک یا چند مولد هستند، دستگاهی چرخان که انرژی مکانیکی را به برق سه‌فازی تبدیل می‌کند (این‌ها نیز به عنوان جنراتور معروف هستند). حرکت نسبی بین یک میدان مغناطیسی و رسانا الکتریکی یک جریان الکتریکی ایجاد می‌کند.

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

به این دلیل، یک ایستگاه تولید برق نه تنها باید به تولید موثر انرژی بپردازد، بلکه همچنین به انتقال این انرژی نیز توجه کند. این دلیلی است که نیروگاه‌ها معمولاً با محوطه‌های تبدیل‌کننده پرتوی همراه هستند. این محوطه‌ها ولتاژ انتقال برق را افزایش می‌دهند که این امر اجازه می‌دهد تا برق به طور موثرتری در فواصل طولانی منتقل شود.

منبع انرژی که برای چرخاندن محور جنراتور استفاده می‌شود متفاوت است و بیشتر به نوع سوخت بستگی دارد. انتخاب سوخت تعیین می‌کند که چه نوع نیروگاهی را خوانده می‌شویم و این چگونگی طبقه‌بندی انواع مختلف نیروگاه‌ها است.

انواع نیروگاه‌ها

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

نیروگاه ترمیک

یک نیروگاه ترمیک یا یک نیروگاه حرارتی که از زغال‌سنگ استفاده می‌کند تاکنون، روش متعارف‌ترین تولید برق با کارایی معقول است. این نیروگاه از زغال‌سنگ به عنوان سوخت اصلی برای جوشاندن آب موجود به بخار اشباع شده برای چرخاندن توربین بخار استفاده می‌کند.

توربین بخار سپس به صورت مکانیکی به روتور ژنراتور متصل می‌شود و چرخش آن منجر به تولید برق الکتریکی می‌شود. معمولاً در هند، زغال‌سنگ بتومینوس یا زغال‌سنگ قهوه‌ای به عنوان سوخت کوره استفاده می‌شود که محتوای پروانه‌ای آن بین ۸ تا ۳۳٪ و محتوای خاکستر ۵ تا ۱۶٪ است. برای افزایش کارایی ترمیک نیروگاه، زغال‌سنگ در کوره به صورت پالوریزه استفاده می‌شود.

در نیروگاه حرارتی زغال‌سنگ، بخار با فشار بسیار بالا در داخل کوره بخار با سوختن زغال‌سنگ پالوریزه به دست می‌آید. این بخار سپس در سوپرهیتر به دما بسیار بالا گرم می‌شود. این بخار اشباع شده سپس به توربین وارد می‌شود و تیغه‌های توربین با فشار بخار چرخانده می‌شوند.

توربین به صورت مکانیکی با ژنراتور به گونه‌ای متصل می‌شود که روترو آن با چرخش تیغه‌های توربین چرخانده می‌شود. پس از ورود به توربین، فشار بخار به طور ناگهانی کاهش یافته و حجم بخار نیز به طور متناسب افزایش می‌یابد.

پس از انتقال انرژی به روتروهای توربین، بخار به کندانسور بخار توربین منتقل می‌شود. در کندانسور، آب سرد با دمای محیط با کمک پمپ جریان یافته و این امر منجر به تبخیر بخار با فشار پایین می‌شود.

سپس این آب تبخیر شده به گرمکن آب با فشار پایین ارسال می‌شود که بخار با فشار پایین دما آب تغذیه را افزایش می‌دهد. سپس این آب دوباره در فشار بالا گرم می‌شود. این مبانی کاری اساسی یک نیروگاه ترمیک است.

مزایای نیروگاه‌های ترمیک

• سوخت استفاده شده یعنی زغال‌سنگ بسیار ارزان است.

• هزینه اولیه نسبت به سایر ایستگاه‌های تولید کمتر است.

• فضای کمتری نسبت به نیروگاه‌های هیدرو-الکتریک نیاز دارد.

معایب نیروگاه‌های ترمیک

• با تولید دود و بخار، محیط را آلوده می‌کند.

• هزینه عملیاتی نیروگاه بیشتر از نیروگاه هیدرو-الکتریک است.

نیروگاه هسته‌ای

نیروگاه‌های هسته‌ای در بسیاری جهات مشابه نیروگاه‌های ترمیک هستند. با این حال، تفاوت اینجا آن است که عناصر رادیواکتیو مانند اورانیوم و توریوم به عنوان سوخت اصلی به جای زغال‌سنگ استفاده می‌شوند. همچنین در یک نیروگاه هسته‌ای، فورن و کوره با رآکتور هسته‌ای و لوله‌های مبادله‌گر گرما جایگزین می‌شوند.

برای فرآیند تولید انرژی هسته‌ای، سوخت‌های رادیواکتیو در رآکتورهای هسته‌ای به واکنش شکافت می‌پردازند. واکنش شکافت مانند یک واکنش زنجیره‌ای کنترل شده گسترش می‌یابد و با تولید مقدار بی‌نظیری از انرژی همراه است که به شکل گرما ظاهر می‌شود.

این گرما سپس به آب موجود در لوله‌های مبادله‌گر گرما منتقل می‌شود. به عنوان نتیجه، بخار اشباع شده با دمای بسیار بالا تولید می‌شود. پس از اتمام فرآیند تشکیل بخار، بقیه فرآیند دقیقاً مشابه یک نیروگاه ترمیک است، زیرا این بخار تیغه‌های توربین را برای تولید برق چرخانده می‌شود.

نیروگاه هیدرو-الکتریک

در نیروگاه‌های هیدرو-الکتریک، انرژی آب سقوط‌کرده برای چرخاندن توربین که به نوبه خود ژنراتور را برای تولید برق می‌چرخاند، استفاده می‌شود. باران که بر روی سطح زمین می‌بارد، انرژی پتانسیلی نسبت به اقیانوس‌ها که به سمت آن‌ها جریان می‌یابد، دارد. این انرژی به کار محوری تبدیل می‌شود که آب از طریق یک فاصله عمودی قابل توجه می‌پадد. بنابراین انرژی هیدرولیک یک انرژی تجدیدپذیر طبیعی است که با معادله زیر داده می‌شود:
P = gρ QH
که در آن، g = شتاب گرانش = ۹.۸۱ متر/ثانیه²
ρ = چگالی آب = ۱۰۰۰ کیلوگرم/متر³
H = ارتفاع سقوط آب.
این انرژی برای چرخاندن محور ژنراتور، برای تبدیل آن به انرژی الکتریکی معادل استفاده می‌شود.
نکته مهمی که باید توجه شود این است که نیروگاه‌های هیدرو-الکتریک در مقایسه با همتایان ترمیک یا هسته‌ای خود، ظرفیت بسیار کمتری دارند.

به همین دلیل، نیروگاه‌های هیدرویی معمولاً در برنامه‌ریزی با نیروگاه‌های ترمیک، برای تأمین بار در ساعات اوج استفاده می‌شوند. آن‌ها به نوعی به نیروگاه‌های ترمیک یا هسته‌ای کمک می‌کنند تا در دوره‌های ساعات اوج بتوانند برق را به طور موثرتری تحویل دهند.

مزایای نیروگاه‌های هیدرو-الکتریک

• هیچ سوختی نیاز ندارد، آب برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود.

• این یک تولید انرژی تمیز و نظیف است.

• ساخت ساده است و نیاز به نگهداری کمتری دارد.

• این به آبیاری و کنترل سیلاب نیز کمک می‌کند.