انواع موتور های DC
با رشد جمعیت و تولد تکنولوژی‌های جدید، تقاضای برق در سراسر جهان با افزایش رو‌به‌رو شده است. همانطور که می‌دانید برق ابتدا در نیروگاه‌های برق استخراج می‌شود. اغلب آنها از منابع مختلف تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر جهت سوخت استفاده می‌کنند. آیا با انواع مختلف نیروگاه‌های تولید برق آشنایی دارید؟ فکر نمی‌کنید دانستن روند تولید باعث شود که با دقت بیشتری این انرژی را مصرف کنید؟ آیا نام نیروگاه‌های تولید برق ایران را می‌شناسید؟ در این مقاله قصد داریم شما را با انواع نیروگاه برق و نحوه فعالیت هرکدام آشنا کنیم.
انواع نیروگاه برق رایج را بشناسید
نیروگاه‌ها مکان‌های صنعتی هستند که به منظور تولید برق و توزیع نیرو در مقیاس‌های گسترده تاسیس می‌شوند. اغلب قبل از نام نیروگاه‌ها از چند هزار وات استفاده می‌کنند که نشان دهنده حداکثر ظرفیتی است که نیروگاه دارد. همچنین معمولا در مناطق حومه یا چند کیلومتر دورتر از مراکز شهر نیروگاه‌ها احداث می‌شوند. زیرا نوع فعالیت‌های آنها محدودیت‌هایی را مانند نیاز به فضا‌های پهناور، آب و حتی ذخیره زباله در نیروگاه‌ها را به همراه می‌آورد. علاوه بر این با توجه به دلایلی که گفته شد انواع نیروگاه برق باید میزان تولید خود را حفظ کرده و به این واقعیت که خطوط انتقال طولانی ممکن است در بازدهی تاثیر بگذارد توجه کنند. بنابراین میزان سوئیچ نیروگاه‌ها به منظور تنظیم ولتاژ باید به عنوان بخش اصلی نیروگاه‌ها در نظر گرفته شود. با این حال، در مرکز هر نیروگاه یک ژنراتور AC یا آلترناتور قرار دارد. این ماشین‌ها با چرخیدن، انرژی مکانیکی ایجاد شده توسط توربین را به الکتریکی تبدیل می‌کنند. البته این کار به وسیله حرکت‌های مرتبط بین یک میدان مغناطیسی و کنداکتور نیروگاه‌ها ایجاد می‌شود.
منابع انرژی که جهت چرخاندن محورهای ژنراتور استفاده می‌شود به نوع سوخت مصرفی بستگی دارد. این موضوع تفاوت اصلی در عملکرد انواع نیروگاه‌ها است.
از آنجا که امکان تولید انرژی‌های عظیم در نیروگاه‌های حرارتی با سوخت فسیلی، هسته‌ای و هیدرولیکی وجود دارد، سبب احداث بیشتر آنها شده است. بنابراین ابتدا در این مقاله به آنها پرداخته و بعد به دیگر نیروگاه‌ها اشاره می‌شود.
انواع نیروگاه برق از نوع حرارتی با سوخت فسیلی
نیروگاه حرارتی ذغال سنگ یکی از انواع نیروگاه برق است. بر اساس گزارش انجمن جهانی ذغال سنگ، در حال حاضر ۴۱ درصد از نیروگاه‌های تولید برق جهان از ذغال سنگ به عنوان سوخت بهره می‌برند. این ماده گرمای مورد نیاز جوشیدن آب را جهت تولید بخار فراهم می‌کند. بنابراین بخار تولید شده نیروی محرکه‌ای در چرخش توربین نیروگاه‌ها خواهد بود.
روش کار نیروگاه ذغال سنگ
توربین بخار با اتصال مکانیکی به یک آلترناتور چرخان جفت شده و چرخش آن منجر به تولید نیروی الکتریکی می‌شود. نیروگاه‌های هند از قیر یا ذغال سنگ به منظور سوخت دیگ بخار استفاده می‌کنند. این مواد حاوی ۸ تا ۳۳ درصد محصولات فرار و ۵ الی ۱۶ درصد خاکستر هستند. علاوه بر این حالت پودری ذغال سنگ به جهت افزایش بازدهی در تولید مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین به وسیله سوزاندن ذغال سنگ فرآوری شده فشار بخار دیگ افزایش می‌یابد. دمای بخار تولید شده توسط یک دستگاه افزاینده گرما دوباره زیادتر می‌شود. بخار فوق‌العاده گرم اجازه‌ی ورود به توربین را پیدا می‌کند زیرا پره‌های آن با فشار زیاد قادر به چرخیدن هستند. در نتیجه آلترناتور با چرخش پره‌های توربین شروع به چرخیدن می‌کند.
در این حالت، فشار بخار آب در توربین به طور ناگهانی و در لحظات اولیه کاهش می‌یابد و این فرآیند باعث افزایش حجم بخار می‌شود. پس از انتقال انرژی، بخار از طریق کندانسور توربین خارج شده و فرآیند سردسازی به منظور بازگشت آب به چرخه تولید برق صورت می‌گیرد. البته در نیروگاه‌های سوخت دیزل، تولید برق در مقیاس‌های کوچک‌تر انجام می‌شود. آنها معمولا در مناطقی احداث می‌شوند که به منابع دیگر دسترسی ندارند و تنها جهت پشتیبانی دیگر نیروگاه‌ها در شرایط خاص بدون وقفه برق تولید می‌کنند. همچنین آنها نسبت به نیروگاه‌های ذغال سنگ کارایی حرارتی بالاتری دارند. علاوه بر این، هزینه‌های بالای نگهداری و تعمیر آنها سبب محبوبیت کمتری در میان دیگر نیروگاه‌ها شده است.
مزایای نیروگاه‌های حرارتی
سوخت ارزان تر؛
هزینه‌ی اولیه تولید کمتر در مقایسه با نیروگاه‌های دیگر؛
نیاز به فضای کمتر نسبت به نیروگاه‌های آبی؛
معایب نیروگاه‌های حرارتی
آلودگی هوا به دلیل تولید دود و گاز؛
هزینه‌های جاری بالاتر در مقایسه با نیروگاه‌های آبی؛
انواع نیروگاه برق از نوع هسته‌ای
یکی از انواع نیروگاه برق، نیروگاه‌های هسته‌ای هستند. اصلی‌ترین تفاوت و استثنا، استفاده از مواد رادیواکتیو مانند اورانیوم و توریوم در سوخت این نوع نیروگاه است. همچنین در اینجا دیگ بخار و بخار آب جای خود را به راکتور هسته‌ای و لوله‌های مبدل حرارتی می‌دهند.
در فرآیند تولید انرژی هسته‌ای، سوخت‌های رادیواکتیو در داخل راکتور نیروگاه‌ها واکنش‌های شکافت هسته‌ای را انجام می‌دهند. این واکنش نیروگاه‌ها به صورت زنجیره‌ای اتفاق می‌افتد و انرژی فوق‌العاده‌ای را تولید می‌کند که به صورت گرما آزاد می‌شود.
این گرما از طریق لوله‌های مبدل حرارتی منتقل شده و بخار بسیار گرمی را با دمای بالا ایجاد می‌کند. انتهای این فرآیند مانند نیروگاه‌های حرارتی به چرخش پره توربین نیروگاه‌ها جهت تولید برق ختم می‌شود.
انواع نیروگاه برق آبی
آبی که از دریچه‌های مخصوص خروج سد نیروگاه‌ها به بیرون می‌ریزد سوخت این نیروگاه‌ها هستند. به منظور حرکت پره‌های توربین و در نهایت فعالیت ژنراتور نیروگاه‌ها از فشار آب در هنگام سرازیر شدن استفاده می‌شود.
انرژی بالقوه آب زمانی که در یک فاصله عمودی قابل توجهی قرار می‌گیرد مانند یک نیزه عمل می‌کند. بنابراین نیروی هیدرولیک یک انرژی تجدیدپذیر بوده که به طور طبیعی در دسترس است.
انرژی پتانسیل در این حالت به صورت حاصل ضرب شتاب گرانشی زمین ۸۱/۹ (متر بر مجذور ثانیه) در دانسیته آب ۱۰۰۰ کیلومتر بر متر مکعب در ارتفاعی که آب از آن پایین می‌آید، محاسبه می‌شود. این نیرو به منظور چرخش محور آلترناتور جهت تبدیل آن به انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
نکته مهمی که باید به آن توجه شود ظرفیت تولید بسیار کم این نیروگاه‌ها در مقایسه با نوع حرارتی و هسته‌ای است. از این روی، عملکرد انواع نیروگاه برق با نیروگاه‌های حرارتی به گونه‌ای برنامه‌ریزی می‌شود که در مواقع پیک مصرف از بار احتمالی به شبکه انتقال جلوگیری کنند.
در واقع آنها به نیروگاه حرارتی یا هسته‌ای کمک می‌کند که در ساعات اوج مصرف همواره تامین برق انجام شود. با این حال در کانادا حدود ۶۰ درصد از کل برق مورد نیاز این کشور از نیروگاه‌های برق آبی تامین می‌شود.
مزایا نیروگاه برق آبی
عدم نیاز به سوخت و استفاده از آب در تولید برق؛
روش تولیدی تمیز و پاک؛
ساخت و سازی ساده با حداقل نگهداری مورد نیاز؛
کمک به آبیاری مزارع و جلوگیری از وقوع سیل؛
معایب نیروگاه برق آبی
نیازمند سرمایه و هزینه‌های بالا در ساخت سد؛
عدم دسترسی به آب کافی در برخی شرایط آب و هوایی؛
هزینه‌های بالای انتقال بعد از احداث در مناطق کوهستانی؛
انواع نیروگاه برق از نوع زمین گرمایی
انواع نیروگاه برق در شیوه زمین گرمایی سه نوع بخار خشک، بخار لحظه‌ای و چرخه باینری هستند که در تمامی آنها به منظور تولید برق از توربین‌های بخار استفاده می‌شود.
طبق گزارش انجمن زمین گرمایی از ماه مه سال ۲۰۱۵، ۲۴ کشور دارای ظرفیت زمین گرمایی ترکیبی ۸/۱۲ گیگاوات بودند.
این نیروگاه‌ها با محیط زیست سازگار هستند. زیرا نسبت به انواع نیروگاه برق با سوخت ذغال سنگ میزان کمتری گازهای مضر تولید می‌کنند.
نیروگاه چرخه ترکیبی
در این نیروگاه علاوه بر بخار از گاز نیز جهت چرخش توربین نیروگاه‌ها استفاده می‌شود. آنها در مقایسه با نیروگاه‌های سنتی که از یک سوخت بهره می‌برند، قادر به تولید مقادیر بیشتری از انرژی برق هستند. همچنین به منظور افزایش تولید، گرما از توربین گازی جذب می‌شود. بنابراین مقادیر کمتری از گازهای مضر منجر به آلودگی هوا خواهد شد.
نیروگاه خورشیدی
یکی از پاک‌ترین انواع نیروگاه برق به شمار می‌آید. زیرا از تمیزترین و فراوان‌ترین منابع تجدیدپذیر یعنی انرژی خورشید به عنوان سوخت استفاده می‌کند. این انرژی به انرژی گرمایی یا الکتریسیته تبدیل می‌شود. لوازم به کار رفته در این نیروگاه‌ها به نگهداری بالایی نیاز نداشته و حدود ۲۰ تا ۲۵ سال دوام دارند.
طبق پیش‌بینی‌های آژانس بین‌المللی انرژی IEA در سال۲۰۱۴، انرژی فتو ولتاییک و گرمایی خورشید تا سال ۲۰۵۰ در حدود ۱۱ تا ۱۶ درصد قادر است به تولید برق مصرفی جهان کمک کرده و به عنوان بزرگترین منبع الکتریسیته در جهان تبدیل شود.
با این حال هزینه‌های اولیه مربوط به نصب و راه‌اندازی این نیروگاه‌ها زیاد است و به فضای زیادی نیاز دارد. همچنین سیستم‌های حرارتی خورشیدی از آیینه‌های غول‌پیکر تشکیل می‌شوند. زیرا باید گرمای قابل توجهی را که حاصل اشعه خورشید است در یک منطقه کوچک متمرکز کنند. بنابراین این گرما جهت تولید بخار مورد نیاز حرکت توربین نیروگاه‌ها منجر به تولید برق می‌شود.
نیروگاه بادی
در سال‌های اخیر، تعداد مزارعی که در اختیار توربین‌های بادی قرار می‌گیرد، در سراسر جهان با رشد سریعی رو به افزایش است. هیچ محدودیتی در مهار این انرژی طبیعی وجود ندارد.
علاوه بر این هزینه‌های اجرایی مربوط به بخش نگهداری در این نیروگاه‌ها پس از نصب توربین کم می‌شود. بنابراین از نیروگاه‌های دیگر مقرون‌به‌صرفه‌تر در نظر گرفته می‌شود.
همچنین امکان نصب توربین این نیروگاه‌ها حتی در اراضی کشاورزی بدون ایجاد اختلالی در میزان عملکرد آنها، وجود دارد. با این حال برخی از آنها ممکن است نیاز به بررسی‌های مکرر داشته باشند که منجر به ظهور هزینه‌های کلان خواهد شد.
نیروگاه جزر و مدی
شاید باید آنها را جز نیروگاه‌های آبی در نظر گرفت ولی به سبب برخی شرایط مورد نیاز جغرافیایی و اقلیمی به صورت جدا به آنها اشاره می‌شود. تبدیل انرژی جزر و مد به انرژی حرکتی و در نهایت تولید برق، روند معمول این نیروگاه‌ها به شمار می‌آید.
علاوه بر این، قابلیت پیش‌بینی بهتر نیروی جزر و مد جهت تولید برق، در مقایسه با انرژی باد و خورشید، استفاده از آن را آسان‌تر کرده است. اگرچه توسعه نیروی جزر و مد در مراحل ابتدایی قرار دارد، ولی برآورد می‌شود که پتانسیل گسترده‌ای در سطح جهان خواهد داشت.
انواع نیروگاه برق در ایران
در ایران تا سال ۲۰۱۲ تقریبا ۴۰۰ واحد نیروگاهی احداث شده است. همچنین گاز طبیعی بزرگترین سوخت در تولید برق تا سال ۲۰۰۹ بود که مورد استفاده قرار می‌گرفت. همچنین بیشترین سهم تولید برق توسط نیروگاه‌های بخار انجام می‌گرفته‌است.
در حالی که نیروگاه‌های دیزلی کمترین سهم تولید را داشتند. در سال ۲۰۰۸ بیشترین نرخ رشد در تولید برق به نیروگاه‌های سیکل گازی و ترکیبی با میزان ۳/۹ تعلق می‌گیرد. همچنین نیروگاه‌های برق آبی ۷/۱ درصد کاهش تولید داشته‌اند.
صنعت برق ایران در تولید تجهیزات مورد نیاز به منظور ساخت نیروگاه‌ها به خودکفایی رسیده‌است. شرکت‌های تولید برق اغلب دولتی هستند. البته تولید برخی از تجهیزات و پروژه‌های عمرانی نیز توسط بخش خصوصی انجام می‌شود.
همچنین ایران قادر است به ترتیب بیش از ۸۰ و ۹۰ درصد توربین‌های هیدرولیک و توربین‌های گازی را تولید کند. علاوه بر این بین چهار کشور اول جهان در تولید پیشرفته‌ترین توربین نیروگاه‌های بنزینی قرار دارد.
جالب است بدانید کشور ایران به هفت کشور همسایه افغانستان، پاکستان، عراق، ترکیه، ارمنستان، آذربایجان و ترکمنستان سالانه ۵/۵ TWh برق صادر می‌کند. در ادامه به معرفی انواع نیروگاه برق در ایران به طور خلاصه پرداخته می شود.
نیروگاه هسته‌ای
نیروگاه هسته‌ای بوشهر اولین نیروگاه هسته‌ای در ایران به شمار می‌آید که توسط کمک فنی متخصصین روسی احداث شده است. هر دستگاه PWR در این نیروگاه قابلیت تولید ۹۱۵ مگاوات برق را دارد.
نیروگاه بادی
نیروگاه‌های منجیل، بینالود، کاهک و طارم با استفاده از نیروی باد اقدام به تولید بخشی از برق مورد نیاز کشور می‌کنند.
نیروگاه بیومس (زیست توده)
نیروگاه‌های زیست فناوری شیراز و مشهد از زباله‌های آلی به عنوان سوخت جهت تولید برق استفاده می‌کنند. همچنین نیروگاه ساری با قابلیت ذخیره سازی بیش از ۴۵۰ تن زباله در روز توانسته است ۱۰ مگاوات برق تولید کند.
نیروگاه سوخت فسیلی
رود شور، کازران، سلطانیه، ارومیه، چابهار، کنارک، شاهد سلیمی نکا، نیشابور، فارس، سرپر، ماهشهر، آبادان و غیره از نیروگاه‌های سوخت گازی در ایران به شمار می‌روند. ایران‌شهر و زاهدان از نیروگاهی هستند که علاوه برگاز طبیعی از سوخت دیزل نیز در نیروگاه‌های خود استفاده می‌کنند. نیروگاه‌های سوخت دیزلی به زابل، خاش، سروان و غیره اشاره می‌شود.
نیروگاه زمین گرمایی
نیروگاه مشکین‌شهر در استان اردبیل به عنوان نیروگاه زمین گرمایی در ایران شناخته می‌شود. این نیروگاه در سال ۲۰۱۰ احداث شده و اولین نیروگاه زمین گرمایی با ظرفیت ۲۵۰ مگاوات تولید برق است.
نیروگاه آبی
سد شهید عباس‌پور خوزستان، گتوند، کارون ۳ و ۴ و مسجد سلیمان بیشترین میزان تولید برق را در بین نیروگاه هیدرولیکی آبی کشور به خود اختصاص داده‌اند.
البته نیروگاه‌های تلمبه‌ای ذخیره‌ای مانند سیاه بیشه، ایلام و آزاد در این دسته جای دارند. این نیروگاه‌ها با ذخیره آب در پایین دست و پمپاژ آن به سد هایی که در ارتفاع بیشتر ساخته شده اند، فرآیند تولید برق را انجام می‌دهند.
نیروگاه خورشیدی
ایران به دلیل داشتن ۳۰۰ روز آفتابی و به طور متوسط تابش ۲۲۰۰ کیلو وات ساعت خورشید در هر متر مربع، از پتانسیل خوبی به منظور بهره‌برداری از انرژی بی‌انتهای خورشید برخوردار است. نیروگاه‌های یزد و شیراز از انرژی خورشید به منظور تولید بخار آب جهت حرکت توربین نیروگاه‌ها استفاده می‌کنند.
در حالی که نیروگاه هایی مانند شیراز، ملارد، همدان، اصفهان، اراک، ابهر و ماهان کرمان با استفاده از پدیده فوتو ولتاییک به صورت مستقیم اقدام به تولید برق می‌کنند.
کلام آخر
نیروگاه‌ها از تاسیسات صنعتی و نقطه آغازین در تولید برق به شمار می‌روند. ژنراتورها که اغلب در انواع نیروگاه برق استفاده می‌شود، انرژی مکانیکی حاصل از چرخش توربین‌ها را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.
نیروگاه‌های حرارتی (ذغال سنگ)، هیدرولیکی (آبی) و هسته‌ای به دلیل ظرفیت بالا از انواع نیروگاه برق هستند. البته استفاده از ذغال سنگ به عنوان سوخت منجر به آسیب‌های زیست محیطی مانند آلودگی هوا می‌شود.
همچنین سوخت‌های فسیلی از منابع تجدیدناپذیر بوده و ممکن است در آینده‌ای نه چندان دور تمام شوند. نیروگاه‌های هسته‌ای جایگزین خوبی به منظور تولید برق هستند.
علاوه بر این، اخیرا استفاده از انرژی خورشید با استفاده از سلول‌های فتو ولتاییک به جای توربین‌ها در تولید برق رواج یافته است. زیرا از نیروهای پاک و تجدیدپذیر به شمار می‌رود.