โรงไฟฟ้า: คืออะไร? (& ประเภทของโรงไฟฟ้า)

อะไรคือโรงไฟฟ้า

โรงไฟฟ้า (power plant หรือ power station หรือ power generating station) เป็นสถานที่อุตสาหกรรมที่ใช้ในการผลิตและกระจายพลังงานไฟฟ้าในระดับมวลชน โรงไฟฟ้าหลายแห่งมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งเครื่อง ซึ่งเป็นเครื่องจักรหมุนที่แปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าสามเฟส (เรียกว่า alternator) การเคลื่อนที่สัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กกับตัวนำไฟฟ้าจะสร้างกระแสไฟฟ้า

โดยทั่วไปแล้วโรงไฟฟ้าจะตั้งอยู่ในเขตชานเมืองหรือห่างจากเมืองหรือศูนย์โหลดหลายกิโลเมตร เนื่องจากความต้องการที่จำเป็นเช่น พื้นที่ขนาดใหญ่และการใช้น้ำ และข้อจำกัดในการดำเนินงาน เช่น การกำจัดของเสีย ฯลฯ

ด้วยเหตุนี้ โรงไฟฟ้าจึงต้องไม่เพียงแต่สนใจในการผลิตไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการส่งผ่านพลังงานนี้ด้วย นี่คือเหตุผลที่โรงไฟฟ้ามักจะมีสนามเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า (transformer switchyards) ควบคู่ไปด้วย สนามเหล่านี้เพิ่มแรงดันของการส่งผ่านพลังงาน ทำให้สามารถส่งผ่านได้อย่างมีประสิทธิภาพในระยะทางไกล

แหล่งพลังงานที่ใช้ในการหมุนแกนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีความหลากหลายและขึ้นอยู่กับประเภทของเชื้อเพลิงที่ใช้ การเลือกเชื้อเพลิงกำหนดว่าเราจะเรียกโรงไฟฟ้านั้นว่าอย่างไร และนี่คือวิธีที่เราจำแนกประเภทของโรงไฟฟ้า

ประเภทของโรงไฟฟ้า

ประเภทของโรงไฟฟ้าถูกจำแนกตามประเภทของเชื้อเพลิงที่ใช้ สำหรับการผลิตพลังงานไฟฟ้าในปริมาณมาก โรงไฟฟ้าความร้อน โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ และโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำเป็นประเภทที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด โรงไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทหลักดังที่กล่าวมาข้างต้น ลองมาดูรายละเอียดของประเภทเหล่านี้

โรงไฟฟ้าความร้อน

โรงไฟฟ้าความร้อนหรือโรงไฟฟ้าถ่านหินความร้อนเป็นวิธีการผลิตพลังงานไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุดและเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย มันใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงหลักในการเดือดน้ำให้กลายเป็นไอน้ำอุณหภูมิสูงเพื่อขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ

กังหันไอน้ำจะเชื่อมต่อกับโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งการหมุนของโรเตอร์จะทำให้เกิดการผลิตพลังงานไฟฟ้า โดยทั่วไปในอินเดีย ถ่านหินบิทูมิโนัสหรือถ่านหินบราวน์ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงของเตาเผาซึ่งมีเนื้อหาที่ระเหยตั้งแต่ 8% ถึง 33% และเนื้อหาเถ้า 5% ถึง 16% เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพความร้อนของโรงไฟฟ้า ถ่านหินถูกใช้ในรูปแบบที่ถูกบดละเอียด

ในโรงไฟฟ้าถ่านหินความร้อน ไอน้ำจะได้รับในความดันสูงภายในเตาเผาโดยการเผาถ่านหินที่ถูกบดละเอียด ไอน้ำนี้จะถูกทำให้ร้อนสูงขึ้นใน super heater จนถึงอุณหภูมิสูงสุด ไอน้ำที่ร้อนสูงนี้จะถูกปล่อยเข้าสู่กังหัน ใบพัดของกังหันจะหมุนด้วยแรงดันของไอน้ำ

กังหันถูกเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในลักษณะที่โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะหมุนตามการหมุนของใบพัดกังหัน หลังจากเข้าสู่กังหัน แรงดันไอน้ำจะลดลงอย่างฉับพลันทำให้ปริมาณไอน้ำเพิ่มขึ้น

หลังจากให้พลังงานแก่โรเตอร์กังหัน ไอน้ำจะถูกปล่อยออกจากใบพัดกังหันเข้าสู่คอนเดนเซอร์ของกังหัน ในคอนเดนเซอร์ น้ำเย็นที่มีอุณหภูมิปกติจะถูกส่งผ่านด้วยความช่วยเหลือของปั๊ม ทำให้ไอน้ำความดันต่ำที่เปียกชื้นถูกควบแน่น

จากนั้นน้ำที่ถูกควบแน่นนี้จะถูกส่งต่อไปยังเครื่องทำความร้อนน้ำความดันต่ำ ซึ่งไอน้ำความดันต่ำจะเพิ่มอุณหภูมิของน้ำที่ใช้เป็นอาหาร แล้วถูกทำให้ร้อนขึ้นในความดันสูง นี่คือวิธีการทำงานพื้นฐานของโรงไฟฟ้าความร้อน

ข้อดีของโรงไฟฟ้าความร้อน

• เชื้อเพลิงที่ใช้คือถ่านหินมีราคาถูก

• ค่าใช้จ่ายเริ่มต้นน้อยกว่าโรงไฟฟ้าประเภทอื่นๆ

• ต้องการพื้นที่น้อยกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ

ข้อเสียของโรงไฟฟ้าความร้อน

• มลพิษอากาศจากการผลิตควันและไอเสีย

• ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ

โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์

โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์คล้ายคลึงกับโรงไฟฟ้าความร้อนในหลายๆ ด้าน อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างคือใช้ธาตุกัมมันตรังสี เช่น ยูเรเนียมและโธเรียมเป็นเชื้อเพลิงหลักแทนถ่านหิน นอกจากนี้ในโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ เตาเผาและเตาไอน้ำถูกแทนที่ด้วยปฏิกรณ์นิวเคลียร์และท่อแลกเปลี่ยนความร้อน

ในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์ ธาตุกัมมันตรังสีจะถูกทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันภายในปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ปฏิกิริยาฟิชชันจะขยายตัวเหมือนกับปฏิกิริยาโซ่ที่ควบคุมและมีพลังงานที่สร้างขึ้นอย่างมหาศาล ซึ่งแสดงออกมาในรูปของความร้อน

ความร้อนนี้จะถูกถ่ายโอนไปยังน้ำในท่อแลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้เกิดไอน้ำที่มีอุณหภูมิสูงมาก เมื่อกระบวนการสร้างไอน้ำเสร็จสิ้น กระบวนการที่เหลือจะเหมือนกับโรงไฟฟ้าความร้อน ซึ่งไอน้ำนี้จะขับเคลื่อนใบพัดกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า

โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ

ในโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ พลังงานของน้ำที่ตกจะถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนกังหัน ซึ่งจะขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้า ฝนที่ตกลงบนพื้นผิวโลกมีพลังงานศักย์เทียบกับทะเลที่มันไหลลง ส่วนนี้จะถูกแปลงเป็นงานแกนเมื่อน้ำตกผ่านระยะทางแนวตั้งที่สำคัญ พลังงานไฮดรอลิกเป็นพลังงานทดแทนที่มีอยู่ตามธรรมชาติ คำนวณได้ด้วยสมการ:
P = gρ QH
ที่ g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง = 9.81 m/sec 2
ρ = ความหนาแน่นของน้ำ = 1000 kg/m3
H = ความสูงที่น้ำตก
พลังงานนี้จะถูกใช้ในการหมุนแกนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าที่เท่ากัน
สิ่งที่สำคัญคือ โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำมีกำลังการผลิตต่ำกว่าโรงไฟฟ้าความร้อนหรือโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์

ด้วยเหตุนี้ โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำมักจะถูกใช้ในการจัดตารางร่วมกับโรงไฟฟ้าความร้อน เพื่อให้บริการโหลดในช่วงเวลาสูงสุด พวกเขาช่วยให้โรงไฟฟ้าความร้อนหรือโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์สามารถส่งมอบพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงเวลาสูงสุด

ข้อดีของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ

• ไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง น้ำถูกใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้า

• เป็นการผลิตพลังงานที่สะอาดและเรียบร้อย

• การก่อสร้างง่าย ต้องการการบำรุงรักษาไม่มาก

• ช่วยในการชลประทานและการควบคุมน้ำท่วม

ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ

• มีค่าใช้จ่ายสูงในการสร้างเขื่อน

• การมีน้ำขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ

• ต้องการค่าใช้จ่ายในการส่งผ่านสูง เนื่องจากโรงไฟฟ้าตั้งอยู่ในพื้นที่เขา