انواع نیروگاه ها | برسی تخصصی و معرفی آنها

سدپرس : در این مقاله آموزشی قصد داریم تا بصورت تخصصی به برسی انواع نیروگاه ها بپردازیم، پس با ما همراه باشید.

نیروگاه یا همان مراکز تولید انرژی، مجموعه‌ای از تأسیسات صنعتی است که از آن برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. وظیفه اصلی یک نیروگاه تبدیل انرژی از دیگر شکل‌هایش مثل انرژی شیمیایی، هسته‌ای، پتانسیل گرانشی و… به انرژی الکتریکی است. در واقع این مکان ها با هدف ایجاد انرژی قابل استفاده در مراکز و صنایع مختلف به وجود آمده اند و انرژی تولید شده در این مراکز برای استفاده در سایر قسمت ها، توزیع می گردد.

وظیفه اصلی در نیروگاه‌ ها 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 متعددی تأمین می‌شود و به میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد.

انواع نیروگاه‌ها (براساس نوع منبع انرژی)

• نیروگاه هسته‌ای
• نیروگاه سوخت فسیلی
• نیروگاه‌هایی که از منابع  انرژی‌های تجدید پذیر استفاده می‌کنند.

انواع نیروگاه ها

 نیروگاه حرارتی یا بخاری

از اواخر قرن ۱۹ بشر برای تولید الکتریسیته از نیروگاه های حرارتی استفاده می کند.در این نیروگاه ها ابتدا زغال سنگ و بعدها فرآورده های سنگین نفتی مورد استفاده قرار گرفت.اساس کار این نیروگاه ها گرم کردن آب تا حالت بخار است و سپس بخارهای تولید شده، توربین های تولیدکننده الکتریسیته را به حرکت در می آورند.

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. 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 گردد. بخارهای خشک خارج شده از توربین ها وارد کندانسور شده و به مایع تبدیل می شوند. مایع حاصل توسط پمپ هایی مجدداً به دیگ بخار پمپاژ می شوند.

مزایای نیروگاه بخاری

⦁ عمر این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است.
⦁ راندمان این نیروگاه ها از نیروگاه های گازی بهتر است.
⦁ رنج تولیدی این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است.

معایب نیروگاه های بخاری

⦁ ساخت این نیروگاه ها نسبت به نیروگاه های گازی زمان بیشتری می برد.
⦁ هزینه برق تولیدی این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است.
⦁ این نیروگاه ها به آب نیاز دارند.
⦁ سرعت مانور این نیروگاه ها کمتر از نیروگاه های گازی است.

نیروگاه آبی

در مناطقی از جهان که رودخانه های پر آب دارند به کمک سد آب ها را در پس ارتفاعی محدود کرده و از ریزش آب بر روی پره های توربین انرژی الکتریکی تولید می کنند. در این نیروگاه ها از آب جمع شده در پشت 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 آبی

⦁ آلودگی محیط زیست ندارد.
⦁ هزینه سوخت ندارد.
⦁ عمر بالایی دارد.
⦁ سرعت و قدرت مانور بالایی دارد.
⦁ هزینه نگهداری این نیروگاه ها بسیار پایین است.
⦁ با گذشت زمان بازده این نیروگاه ها تغییر نمی کند.
⦁ پرسنل مورد نیاز نیروگاه های آبی نسبت به بقیه نیروگاه ها بسیار کمتر است.
⦁ آب مورد نیاز برای کشاورزی و شرب را تأمین می کند.
⦁ از سیل ها و سیلاب ها جلوگیری می کند.

معایب نیروگاه برق آبی

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

 نیروگاه اتمی یا هسته ای

روش تولید برق در نیروگاه های هسته ای مشابه نیروگاه های بخاری است و تنها تفاوت اینست 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. از آغاز نیمه دوم قرن بیستم ساخت نیروگاه های اتمی یا برای تولید الکتریسیته و یا برای تولید رادیو عنصر پلوتونیم که در بمب اتم و هیدروژنی کاربرد دارد، آغاز شد.

مزایای نیروگاه هسته ای

⦁ آلودگی زیست محیطی ندارد.
⦁ اکسیژن هوا را مصرف نمی کند.
⦁ هزینه انتقال سوخت آن کم است.

معایب نیروگاه هسته ای

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

نیروگاه دیزلی

در این نیروگاه ها نیروی محرکه ژنراتور توسط یک موتور درون سوز دیزلی تأمین میشود. 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 میگردد. 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 ۶۳۰ تا ۱۲۰۰۰کیلووات میباشند.

مزایای نیروگاه دیزلی

⦁ این نیروگاه ها به آب نیاز ندارند .
⦁ به عنوان برق اضطراری در مکان هایی مثل بیمارستان ها و دانشگاه ها استفاده میشوند.
⦁ در مراکز دور افتاده که هزینه انتقال برق از هزینه تولید نیروگاه دیزلی بیشتر است، استفاده میشوند .

معایب نیروگاه دیزلی

⦁ این نیروگاه ها به دلیل حرکت های مکانیکی زیادی که در آنها وجود دارد دارای عمر کمی هستند .
⦁ رنج تولیدی این نیروگاه ها پایین است .
⦁ دارای راندمان پایینی می باشند و به این دلیل 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 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 میسوزد و گاز داغی با فشار بالا از اتاق احتراق خارج می شود که آلاینده میباشد.

برای اینکه گاز داغ پرفشار ورودی به توربین، محور چرخنده آن را به حرکت درآورد باید این گاز با سرعت زیاد وارد توربین شود که 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 شده و حرکت دورانی روتور توربین نیز سبب چرخش ژنراتور و در نتیجه تولید برق می شود. سوخت این نیروگاه ها مازوت ، گاز و گازوئیل میباشد.

مزایای نیروگاه گازی

⦁ این نیروگاه ها به آب نیاز ندارند.
⦁ زود ساخته می شوند.(حدوداً ۶ ماه)
⦁ این نیروگاه ها سرعت مانور(کم و زیاد کردن تولید) بالایی دارند.
⦁ این نیروگاه ها را خیلی زود می توان روشن کرد.

معایب نیروگاه گازی

⦁ هزینه برق تولیدی آنها بالاست.
⦁ رنج تولید انرژی این نیروگاه ها پایین است.
⦁ راندمان این نیروگاه ها پایین است.
⦁ عمر این نیروگاه ها کوتاه است.

 نیروگاه های سیکل ترکیبی

این 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 میشوند و همین امر سبب کاهش راندمان نیروگاه های گازی میشود. گاز خارج شده از دودکش توربین های گازی دمای زیادی دارد و قادر است آب مایع را به بخار خشک تبدیل کند عین 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.

نیروگاه تلمبه ذخیره ای

در برخی مناطق از مبادله آب بین دو منبع در سطوح مختلف، می توان انرژی مورد نیاز برای چرخاندن توربین ها را ایجاد کرد. 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 و در مواقعی که به انرژی الکتریکی نیاز است از منبع بالایی آب توسط لوله هایی به روی پره های یک توربین هدایت میشود و با چرخش روتور توربین، ژنراتور شروع به چرخیدن کرده و در نتیجه برق تولید میشود.

نیروگاه خورشیدی

مشکل اساسی 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 میشود و به خاطر تناوبی بودن و ثابت نبودن آن، برای نیروگاه خورشیدی یک منبع برای ذخیره انرژی کسب شده مورد نیاز میباشد. به دلیل متمرکز نبودن انرژی خورشیدی، نیاز به تجهیزاتی جهت متمرکز ساختن آن میباشد.

کاربرد های انرژی خورشیدی

کاربرد های انرژی خورشیدی درگرمایش و سرمایش ساختمان، شیرین کردن آب، تولید سوخت های شیمیایی، احتراق مواد آلی، تولید گاز هیدروژن، تولید الکتریسیته به روش فتوولتیک، پختن غذا، گرم کردن آب، استرلیزه کردن وسایل بهداشتی، خشک کردن محصولات کشاورزی، تولید بخار آب برای به چرخش در آوردن یک توربین بخار و …میباشد

نیروگاه بادی

هر چه سطح برخورد باد با یک جسم بیشتر باشد انرژی بیشتری را میتوان به جسم منتقل کرد. پس 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 محلی بودن باد نمیتوان از انرژی باد را به عنوان یک منبع تولید انرژی برای آینده در نظر داشت.

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 تولید میشود.

نیروگاه زمین گرمای

انرژی گرمایی زمین به دو روش قابل بهره برداری است:
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 هر دو روش، 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.

 نیروگاه آبی جذر و مدی

بزرگترین اختلاف ارتفاع آب در حالت جذر و مد، معمولاً در اوایل پاییز به وجود می آید. برای استفاده از انرژی جذر و مد 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. به دلیل محدودیت های جغرافیایی، از این روش نمی توان به عنوان یک منبع عمده تولید انرژی استفاده نمود.

نیروگاه ذغال سوختی

پیش از این نیروگاه های سوخت ذغال سنگ نزدیک باری که آنها تامین میکردند ساخته می شدند. نیروگاه های ذغال- سوختی به یک ریل متصل نیاز دارند مگر اینکه نیروگاه بسیار نزدیک به معدن ساخته شود.

 نیروگاه های نفت- سوختی

قیمت انتقال نفت توسط خطوط لوله کمتر از انتقال ذغال سنگ با ریل است، اما همان نیروگاه های سوخت نفت خام نیز اغلب در نزدیکی اسکله ها و لنگرگاه های با آب عمیق که برای تانکرهای حمل و نقل سوخت مناسب است، واقع میشوند. نفت باقیمانده نیروگاه های سوختی احتیاج دارد در نزدیکی تصفیه خانه که آنها را تامین می کند واقع شوند. زیرا نفت باقیمانده بسیار چسبناک است و فقط اگر گرم نگه داشته شود میتواند در میان خطوط لوله منتقل بشود.

نیروگاه های مگنتو هیدرودینامیک(MHD)

اصول کلی ژنراتورهای MHD آنست که جریان گاز پلاسما از میان میدان مغناطیسی قوی عبور داده می‌شود و یون های مثبت و منفی بر روی الکترود که در بالا و پایین جریان گاز پلاسما قرار دارند، تجمع می‌نمایند و در حقیقت یک ژنراتور جریان مستقیم را بوجود می‌آورند، قدرت الکتریکی این ژنراتور جریان مستقیم را با اینورترهای الکترونیک قدرت، بصورت برق جریان متناوب، مناسب با شبکه در می‌آورند.

 نیروگاه های بیوماس

به هر ماده آلی غیر فسیلی با منشأ حیاتی که بخشی از آن یک منبع انرژی زا قابل بهره برداری را تشکیل دهد، بیوماس گویند. انرژی های بدست آمده از اغلب سیستم های بیوماس را به عنوان انرژی تجدید پذیر به شمار می‌آورند. در سیستم های بیوماس که گاز قابل سوختن تولید می‌شود، میتوان از این گاز به عنوان منبع حرارتی نیروگاه های کوچک حرارتی استفاده نمود.

 نیروگاه های زباله سوز بخاری

می‌توان کوره‌های زباله سوز را بصورت بویلر نیروگاه بخاری طراحی نمود و از حرارت ایجاد شده و احتراق مخلوط سوخت و زباله بوسیله این بویلر توربو ژنراتورهای بخار را به حرکت در آورد و انرژی الکتریکی تولید نمود. البته آلودگی گازهای حاصله از سوخت این نیروگاه ها را بایستی با فیلترهای مدرن و پیشرفته تا حد قابل قبول کاهش داد، تا آسیبی به محیط زیست وارد نیابد.

نیروگاه های گازی با سوخت خرده چوب

این نیروگاه ها معمولا در نزدیکی مناطق جنگلی که خرده چوب و خاک اره زیاد، بخاطر تولید چوب ایجاد می‌شود، برای استفاده از این محصولات جانبی و تولید انرژی مفید از آنها نصب می‌شود. در اطاق سوخت این نوع نیروگاه ها مکانیزم هایی بکار گرفته شده که خرده چوب و خاک اره با هوا بطور کامل سوخته شود و گازهای حاصل از این احتراق، توربو ژنراتور گاز را به حرکت در آورده و انرژی الکتریکی تولید نماید.

نیروگاه های پیل سوختی

این نیروگاه ها معمولا در نزدیکی مناطق جنگلی که خرده چوب و خاک اره زیاد، بخاطر تولید چوب ایجاد می‌شود، برای استفاده از این محصولات جانبی و تولید انرژی مفید از آنها نصب می‌شود. در اطاق سوخت این نوع نیروگاه ها مکانیزم هایی بکار گرفته شده که خرده چوب و خاک اره با هوا بطور کامل سوخته شود و گازهای حاصل از این احتراق، توربو ژنراتور گاز را به حرکت در آورده و انرژی الکتریکی تولید نماید.