مقالات
در حال خواندن
نیروگاه های تولید برق
0

نیروگاه های تولید برق

توسط میلاد سکاکی۵ اسفند, ۱۳۹۵

نیروگاه (به انگلیسی: (power station)، که با نام «کارخانه برق» هم شناخته می‌شود، مجموعه‌ای از تأسیسات صنعتی است که از آن برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود.در یک تعریف کلی نیروگاه مجموعه ای است از سازه ها ، تجهیزات الکتریکی  و فرآیندهای شیمیایی و مکانیکی تا یک نوع از انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی که در اصطلاح به آن برق گفته می شود تبدیل کند .وظیفه اصلی یک نیروگاه تبدیل انرژی از دیگر شکل‌های آن مانند انرژی شیمیایی، انرژی هسته‌ای، انرژی پتانسیل گرانشی و… به انرژی الکتریکی است. وظیفه اصلی در تقریباً همه نیروگاه‌ها بر عهده مولد یا ژنراتور است؛ ماشینی دوار که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. انرژی مورد نیاز برای چرخاندن یک ژنراتور از راه‌های مختلفی تأمین می‌شود و عموماً به میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی در آن منطقه و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد.

نیروگاه ها بر اساس یک قانون ساده و پر کاربرد فیزیک به نام قانون القاع فاراده که به نام کاشف آن یعنی آقای فاراده نام گذاری شده است کار می کنند . این قانون بیان می کند که اگر یک هادی (یک سیم) را درون یک میدان مغناطیسی قرار دهیم و اگر به این هادی جریان الکتریکی (برق) متصل کنیم این هادی به دلیل آنکه میدان مغناطیسی را قطع می کند موجب می شود تا هادی به صورت دوار به چرخش درآید . با یک مثال ساده درک این مطلب ساده تر می شود ، فرض کنید دو آهن ربا با قطب های همنام در اختیار دارید اگر این دو آهن ربا را کنار یکدیگر قرار دهید از هم فاصله می گیرند ( یکدیگر را دفع می کنند) بر همین اساس و با توجه به ۲ میدان مغناطیسی که داریم یک میدان مغناطیسی که از ابتدا وجود ادشته است ( به صورت سیم پیچ های استوانه ای) و میدان مغناطیسی دیگری که خود توسط یک هادی برق دار درون سیم پیچ فوق ایجاد کرده ایم ، همان عمل دفع آهنرباها انجام شده و این ۲ میدان مغناطیسی یکدیگر را دفع می کنند. میدان مغناطیسی ابتدایی در جای خود ثابت می باشد و از همین رو به آن استاتور (ثابت) می گویند و قابلیت جابجایی را ندارد پس هادی برق دار ناچار به جابجایی می باشد به آن روتور (چرخنده) می گویند. از آن جایی که این هادی درون میدان مغناطیسی ابتدایی استوانه ای شکل قرار دارد و نمی تواند از این استوانه خارج شود پس از طرفی به طرف دیگر رانده شده است و موجب چرخش آن می شود این چرخش اساس کار کار موتور های الکتریکی می باشد مانند موتور های کولرهای آبی ، انواع فن ها … که انرژی الکتریکی ورودی را به چرخش (انرژی مکانیکی) تبدیل می کند . اما در نیروگاه ها دقیقاً عکس این فرایند مورد نیاز است یعنی چرخش مکانیکی تبدیل به انرژی الکتریکی شود.

به توجه به همان مفروضات فوق ، یعنی میدان مغناطیسی ثابت و یک هادی معلق درون آن ، این بار به جای آن که به سیم جریان الکتریکی بدهیم و چرخش دریافت کنیم ، هادی را به چرخش درآورده و جریان الکتریکی دریافت خواهیم کرد .این فرآیند اساس کار ژنراتور ها یا در اصطلاح عامیانه دینام ها می باشد . با توجه به توضیحات ذکر شده تمام نیروگاه ها نیاز به چرخش ژنراتور دارند تا به توانند برق تولید کنند . نوع چرخش ژنراتور که توسط چه انرژی به چرخش درآیند ، انواع نیروگاه به وجود آورده است .

برای تولید انرژی الکتریسیته از نیروگاه های تولید برق استفاده می شود این نیروگاه ها انواع مختلفی دارن که عبارتند از:

  1.  نیروگاه دیزلی
  2. نیروگاه گازی
  3.  نیروگاه بخاری
  4.  نیروگاه سیکل ترکیبی
  5.  نیروگاه برق آبی
  6. نیروگاه هسته ای
  7.  نیروگاه تلمبه ذخیره ای
  8.  نیروگاه خورشیدی
  9.   بادیمایی
  10.  نیروگاه زمین گرنیروگاه
  11.  نیروگاه آبی جذر و مدی

 

نیروگاه دیزلی

در این نوع نیروگاه ها نیروی محرکه ژنراتور توسط یک موتور درونسوز دیزلی تأمین می شود . امروزه از نیروگاه های دیزلی به عنوان یک نیروگاه پایه کمتر استفاده می شود و بیشتر برای مواقع اضطراری و احتمالاً بار حداکثر شبکه از این نیروگاه ها استفاده می گردد . در حال حاظر در مناطقی از ایران که به شبکه سراسری متصل نیستند از نیروگاه های دیزلی استفاده می شود . این نیروگاه ها معمولاً دارای توان تولیدی ۶۳۰KW تا ۱۲۰۰۰KW هستند

مزایای نیروگاه دیزلی عبارتند از :
۱ – این نیروگاه ها به آب نیاز ندارند .
۲ – به عنوان برق اضطراری در مکان هایی مثل بیمارستان ها ، دانشگاه ها و … مورد استفاده قرار می گیرند .
۳ – در مراکز دور افتاده ای که هزینه انتقال برق از هزینه تولید نیروگاه دیزلی بیشتر است مورد استفاده قرار می گیرند .

معایب نیروگاه دیزلی عبارتند از :
۱ – رنج تولیدی این نیروگاه ها پایین است .
۲ – این نوع نیروگاه به دلیل حرکت های مکانیکی زیادی که در آنها وجود دارد دارای عمر کمی هستند .
۳ – این نوع نیروگاه ها دارای راندمان پایینی می باشند . ( راندمان عبارت است از نسبت انرژی گرفته شده از نیروگاه به انرژی داده شده به نیروگاه )
۴ – به دلیل راندمان پایین این نیروگاه ها ، هزینه برق تولیدی آنها بالاست .

نیروگاه گازی

در نیروگاه های گازی سیالی که سبب چرخش توربین می شود هوای محیط است . در این نیروگاه ها از کمپرسور استفاده می شود . کمپرسورها وسایلی هستند که با مکش هوای محیط به درون خود ، هوا را فشرده کرده و فشار آن را افزایش می دهند . معمولاً برای افزایش راندمان نیروگاه ، هوای ورودی را از مجاورت گازهای خروجی از دودکش توربین عبور می دهند تا هوای ورودی به کمپرسور گرم شود . هوای فشرده شده در کمپرسور وارد اتاق احتراق می شود و در آنجا با سوخت فسیلی ترکیب می شود و می سوزد و گاز داغی با فشار بالا از اتاق احتراق خارج می شود که آلاینده نیز است . برای اینکه گاز داغ پرفشار ورودی به توربین ، محور چرخنده آن را به حرکت درآورد باید این گاز با سرعت زیاد وارد توربین شود . این عمل توسط نازل ابتدای توربین انجام می شود . بنابراین گاز پرفشار و داغ با سرعت زیاد به پره های توربین برخورد می کند و سبب چرخش روتور توربین می شود و حرکت دورانی روتور توربین نیز سبب چرخش ژنراتور و در نتیجه تولید برق می شود . سوخت این نیروگاه ها معمولاً مازوت ، گاز و گازوئیل است . 

مزایای نیروگاه گازی عبارتند از :
۱ – این نیروگاه ها به آب نیاز ندارند .
۲ – زود ساخته می شوند . ( حدوداً ساخت یک نیروگاه گازی ۶ ماه زمان می برد )
۳ – این نیروگاه ها سرعت مانور بالایی دارند . ( کم و زیاد کردن تولید نیروگاه را مانور کردن نیروگاه می گویند )
۴ – این نیروگاه ها را خیلی زود می توان روشن کرد .

معایب نیروگاه گازی عبارتند از :
۱ – راندمان این نیروگاه ها پایین است .
۲ – عمر این نیروگاه ها کوتاه است .
۳ – هزینه برق تولیدی آنها بالاست .
۴ – رنج تولید انرژی این نیروگاه ها پایین است .

نیروگاه بخاری

در این نیروگاه ها از سوختن سوخت های فسیلی مثل نفت و گاز طبیعی و مازوت ، حرارتی تولید می شود که توسط آن آب درون دیگ بخار به بخار خشک تبدیل می شود . بخار خشک یعنی بخاری که کاملاً به صورت گازی باشد و هیچ گونه قطره آبی در آن نباشد و دمای آن بالای ۵۰۰ درجه سانتی گراد باشد . این بخار خشک وارد توربین ها می شود و روتور توربین ها را به چرخش در می آورد . در اثر چرخش محور توربین ها ، ژنراتور شروع به چرخش می کند و برق تولید می شود . بخارهای خشک خارج شده از توربین ها وارد کندانسور شده و به مایع تبدیل می شوند . کندانسور وسیله ای است که بخار خشک را سرد کرده و به مایع تبدیل می کند . مایع حاصل توسط پمپ هایی مجدداً به دیگ بخار پمپاژ می شوند . 

مزایای نیروگاه بخاری عبارتند از :
۱ – راندمان این نیروگاه ها از نیروگاه های گازی بهتر است .
۲ – رنج تولیدی این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است .
۳ – عمر این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است .

معایب نیروگاه های بخاری عبارتند از :
۱ – این نیروگاه ها به آب نیاز دارند .
۲ – سرعت مانور این نیروگاه ها کمتر از نیروگاه های گازی است .
۳ – ساخت این نیروگاه ها نسبت به نیروگاه های گازی زمان بیشتری می برد .
۴ – هزینه برق تولیدی این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است .

نیروگاه سیکل ترکیبی

نیروگاه سیکل ترکیبی دماوند (شهدای پاکدشت)

این نوع نیرگاه ها ترکیبی از دو نیروگاه گازی و بخاری می باشند . در نیروگاه های گازی مقداری از گازهای پرانرژی از طریق دودکش توربین ها از چرخه تولید برق خارج می شوند و همین امر سبب کاهش راندمان نیروگاه های گازی می گردد . گاز خارج شده از دودکش توربین های گازی دمای زیادی دارد و قادر است آب مایع را به بخار خشک تبدیل کند یعنی همان عملی که در نیروگاه های بخاری انجام می شود . بنابراین در نیروگاه های سیکل ترکیبی دو نیروگاه گازی و بخاری را در کنار یکدیگر قرار می دهند . در نیروگاه های سیکل ترکیبی برای فعالیت توربین های گازی از سوخت های فسیلی استفاده می کنند اما برای فعالیت توربین های بخاری از گازهای خارج شونده از دودکش توربین های گازی استفاده می کنند . به این ترتیب به ازای مقدار معینی سوخت ، در نیروگاه های سیکل ترکیبی انرژی بیشتری نسبت به نیروگاه های گازی تولید می شود و در نتیجه نیروگاه های سیکل ترکیبی دارای راندمان بیشتری نسبت به نیروگاه های گازی و بخاری می باشند .

نیروگاه برق آبی

در این نیروگاه ها از آب جمع شده در پست سدها برای تولید برق استفاده می شود . آب جمع شده در پشت سدها با برخورد به پره های توربین سبب چرخش روتور توربین می شود . چرخش روتور توربین نیز سبب چرخش ژنراتور و در نتیجه تولید برق می شود . 

مزایای نیروگاه برق ابی عبارتند از :
۱ – آلودگی محیط زیست ندارد .
۲ – هزینه سوخت ندارد .
۳ – عمر بالایی دارد . ( اگر خوب ساخته شود تا ۱۰۰ سال هم کار می کند )
۴ – سرعت و قدرت مانور بالایی دارد .
۵ – هزینه نگهداری این نیروگاه ها بسیار پایین است .
۶ – با گذشت زمان بازده این نیروگاه ها تغییر نمی کند .
۷ – پرسنل مورد نیاز نیروگاه های آبی نسبت به بقیه نیروگاه ها بسیار کمتر است .
۸ – آب مورد نیاز برای کشاورزی و شرب را تأمین می کند .
۹ – از سیل ها و سیلاب ها جلوگیری می کند .
۱۰ – در اطراف سدها می توان فضای تفریحی مناسب ایجاد کرد .

معایب نیروگاه برق آبی :
۱ – هزینه ساخت این نیروگاه ها بسیار زیاد است .
۲ – در سال های کم آبی ، میزان تولید این نیروگاه ها با مشکل همراه خواهد بود .
۳ – مدت زمان مورد نیاز برای ساخت سد خیلی زیاد است .
۴ – مخزن نیروگاه های آبی ، زمین های زیادی را زیر آب می برد .
۵ – قابلیت نصب نیروگاه های آبی در مکان های بسیار خاص می باشد .

نیروگاه هسته ای

روش تولید برق در نیروگاه های هسته ای مشابه روش تولید برق در نیروگاه های بخاری است . تنها تفاوت بین این دو نیروگاه در این است که در نیروگاه هسته ای برای تولید حرارت جهت تبدیل آب به بخار خشک به جای استفاده از سوخت های فسیلی از واکنش های هسته ای استفاده می شود . واکنش هسته ای بر این اساس است که با بمباران نوترونی هسته اورانیوم ۲۳۵ و جذب نوترون توسط آن ، تعادل نیروهای داخلی بین نوترون ها و پروتون ها در هسته اورانیوم بر هم می خورد و در نتیجه این هسته به دو هسته سبکتر شکافته می شود . این تقسیم هسته با انرژی آزاد شده بسیاری همراه است که درصد زیادی از این انرژی به صورت انرژی جنبشی توسط نوترون ساطع می گردد و درصد کمی از آن به صورت انرژی تشعشعی انتقال می یابد . در عمل می توان با عبور سیال واسطی مثل جیوه از درون محفظه ای که در آن شکافت هسته ای صورت می پذیرد انرژی جنبشی مذکور را به سیال واسط انتقال داد و به این ترتیب حرارت سیال واسط را افزایش داد . این عمل در قلب نیروگاه های هسته ای که راکتور نام دارد انجام می شود . سیال واسط حرارت خود را به سیال اصلی یعنی آب منتقل می کند و در نتیجه آب به بخار خشک تبدیل می گردد . بخار خشک وارد توربین می شود و روتور توربین را می چرخاند و با چرخش روتور توربین ، ژنراتور به حرکت در می آید و در نتیجه برق تولید می شود و مانند نیروگاه های بخاری ، بخار خشک خارج شونده از توربین ها وارد کندانسور شده و تبدیل به مایع می گردد و سپس توسط پمپ به راکتور پمپاژ می شود . 

مزایای نیروگاه هسته ای عبارتند از :
۱ – آلودگی زیست محیطی ندارد .
۲ – اکسیژن هوا را مصرف نمی کند .
۳ – هزینه انتقال سوخت آن کم است .

معایب نیروگاه هسته ای عبارتند از :
۱ – به راحتی نمی توان میزان تولید آن را کم و زیاد کرد .
۲ – باید مطمئن بود که تمامی انرژی تولید شده توسط آن مصرف می شود .
۳ – نمی توان آن را سریع خاموش کرد .
۴ – فقط برای تأمین بار پایه می توان از آن استفاده کرد . ( حداقل میزان انرژی مصرفی هر کشور را بار پایه آن کشور می نامند )
۵ – باید ۲ یا ۳ خط انتقال به آن وصل کرد .
۶ – تجهیزات برقی این نیروگاه ها باید دارای کیفیت بالایی باشد .

نیروگاه تلمبه ذخیره ای

در بعضی از مناطق که شرایط جغرافیایی مناسبی وجود داشته باشد از مبادله آب بین دو منبع در سطوح مختلف ، می توان انرژی مورد نیاز برای چرخاندن توربین ها را ایجاد نمود . در این نیروگاه ها آب از منبع در سطح پایین که می تواند یک دریاچه باشد توسط پمپ هایی در ساعاتی که مصرف انرژی الکتریکی پایین است به منبع بالایی فرستاده می شود . سپس در مواقعی که به انرژی الکتریکی نیاز است از منبع بالایی آب را توسط لوله هایی به روی پره های یک توربین هدایت می کنند و با چرخش روتور توربین ، ژنراتور شروع به چرخیدن می کند و در نتیجه برق تولید می شود .
نیروگاه خورشیدی

بزرگ‌ترین نیروگاه خورشیدی حرارتی دنیا در کالیفرنیا

یکی از آرزوهای بشر کاربرد انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع لایزال انرژی برای مصارف بزرگ بوده است . اشکال بزرگ در کاربرد انرژی خورشیدی متمرکز نبودن ، تناوبی بودن و ثابت نبودن مقدار انرژی و نیز پایین بودن شدت تشعشع می باشد . به دلیل پایین بودن شدت تشعشع انرژی خورشیدی ، سطح لازم برای کسب انرژی قابل توجه ، بزرگ خواهد شد و به خاطر تناوبی بودن و ثابت نبودن مقدار آن ، معمولاً برای نیروگاه خورشیدی یک منبع برای ذخیره انرژی کسب شده مورد نیاز است . همچنین به دلیل متمرکز نبودن انرژی خورشیدی ، احتیاج به تجهیزاتی جهت متمرکز ساختن آن می باشد . انرژی خورشیدی را می توان در موارد زیر مورد استفاده قرار داد .
گرمایش و سرمایش ساختمان ، پختن غذا ، گرم کردن آب ، استرلیزه کردن وسایل بهداشتی ، خشک کردن محصولات کشاورزی ، شیرین کردن آب ، تولید سوخت های شیمیایی ، احتراق مواد آلی ، تولید گاز هیدروژن ، تولید الکتریسیته به روش فتوولتیک ، تولید بخار آب برای به چرخش در آوردن یک توربین بخار و … .

نیروگاه بادی

توربین های بادی در منجیل

بادهای محلی و موسمی حامل مقدار زیادی انرژی هستند که مقدار این انرژی بستگی به سرعت باد دارد . بعلاوه هر چه سطح برخورد باد با یک جسم بیشتر باشد انرژی بیشتری را می توان به آن جسم منتقل کرد . بنابراین کسب انرژی قابل توجه از باد علاوه بر مناسب بودن سرعت باد به بزرگی سطح تماس با باد نیز وابسته است . استفاده از انرژی باد برای مصارف محدود و محلی مناسب است ولی به دلیل محدود بودن مقدار این انرژی ، ثابت نبودن وتناوبی بودن مقدار آن و نیز محلی بودن باد نمی توان از انرژی باد به عنوان یک منبع تولید انرژی برای آینده یاد نمود . امروزه در مناطقی که یک متوسط وزش باد ثابت دارند و سرعت باد در آنجا مناسب است با نصب توربین های بادی ، انرژی الکتریکی تولید می شود . همچنین با تولید باد مصنوعی از طریق تابش خورشیدی بر روی سطح گسترده سیاه رنگ و متمرکز کردن باد ایجاد شده بر روی پره های توربین بادی نیز انرژی الکتریکی قابل تولید می باشد .

نیروگاه زمین گرمایی

یکی از منابع انرژی که به مقدار زیادی در دسترس می باشد انرژی گرمایی زمین است که به دو روش قابل بهره برداری می باشد .
الف ) استفاده از بخار آب به صورت داغ و خشک جهت چرخاندن پره های توربین که به طور طبیعی در زیر پوسته زمین وجود دارد .
ب ) ایجاد مصنوعی بخار داغ و خشک جهت چرخاندن پره های توربین به وسیله عبور آب از روی سنگ های داغ زیر زمینی که دارای درجه حرارت زیاد و نزدیک به نقطه ذوب هستند . در بعضی از نقاط زمین ، در عمق ۵ تا ۶ کیلومتری می توان به درجه حرارت های تا ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد نیز رسید .
در هر دو روش فوق ، بخار آب داغ و خشک حاصل که به توربین ها منتقل می شوند سبب چرخش روتور توربین ها می گردند و در اثر گردش روتور توربین ها ، ژنراتور نیز شروع به گردش می کند و در نتیجه برق تولید می شود.

زمین گرمایی

زمین گرمایی

نیروگاه آبی جذر و مدی

در دریاها به خاطر چرخش ماه به دور زمین روزانه دو بار جذر و مد به وجود می آید . اختلاف ارتفاع آب در حالت جذر و مد در هر نقطه بستگی به وضع قرار گرفتن ماه ، زمین و خورشید دارد و بزرگترین اختلاف ارتفاع آب در حالت جذر و مد ، معمولاً در اوایل پاییز به وجود می آید . برای اینکه بتوان از انرژی جذر و مد استفاده کرد باید یک خلیج و یا یک دریاچه مصنوعی را توسط سدی از دریا جدا نمود و در هنگام جذر و مد از جریان آبی که متناوباً بین این دو منبع ایجاد می شود برای چرخاندن پره های توربین و نهایتاً تولید برق استفاده کرد . با توجه به محدودیت های جغرافیایی در رابطه با استفاده از نیروی جذر و مد ، از این روش نمی توان به عنوان یک منبع عمده تولید انرژی استفاده کرد . 

 

منابع:

sse.com

www.electrical4u.com

www.iseee.ir

 

 

واکنش شما چیست؟
I like it
63%
interested
38%
What
0%
درباره نویسنده
میلاد سکاکی
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید