نحوه تولید انرژی برق در ایران و جهان

امروزه، نحوه تولید برق را می توان به دو دسته کلی زیر تقسیم کرد. در ادامه این مطلب با نحوه تولید انرژی برق در ایران و جهان آشنا خواهیم شد.

۱ – انرژی‌های تجدید پذیر
۲ – انرژی‌های تجدید ناپذیر

ازآنجایی که نحوه تولید انرژی برق در ایران و جهان ازبخش های انرژی‌های تجدیدپذیر و ناپذیر تشکیل شده‌است. تیم ما به‌صورت کامل انرژی های تجدیدپذیر مورد بحث و بررسی قرار داده است.

دراین بخش بصورت کلی به تعریفی از‌‌تولید انرژی‌های تجدیدناپذیر که بیشتر باسوخت‌های فسیلی کار می‌کنند پرداخته شده‌است.

ودر مقاله نحوه تولید انرژی برق در ایران و جهان می‌آموزیم : 

•  انرژی تجدید ناپذیر چیست؟

• نحوه تولید انرژی برق در نیروگاه‌های گازی

• نحوه تولید انرژی برق در نیروگاه‌های بخار

• نحوه تولید انرژی برق در نیروگاه‌های سیکل ترکیبی

• نحوه تولید انرژی برق در نیروگاه‌های هسته‌ای

انرژی تجدید ناپذیر چیست؟

یک منبع تجدید ناپذیر به یک منبع طبیعی گفته می‌شود که درزیر زمین یافت می‌شود. پس از مصرف با همان سرعتی که مصرف می‌شود دوباره جایگزین نمی‌شود. توسعه این منابع به طور معمول میلیون‌ها سال به طول می‌انجامد.

بیشتر منابع انرژی تجدید ناپذیر، سوخت‌های فسیلی یعنی زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی می‌باشند. کربن عنصر اصلی در سوخت‌های فسیلی است.به همین دلیل ، به دوره زمانی که سوخت‌های فسیلی تشکیل شده است (حدود ۳۶۰-۳۰۰ میلیون سال پیش). دوره کربنیفر گفته می‌شود.

شبیه‌سازی‌ شبکه استاندارد ۱۴ باسه IEEE نرم‌افزار دیگسایلنت (4 مگاوات CHP)

نحوه تولید سوخت های فسیلی به چه صورت است؟

تمام سوخت‌های فسیلی به روشی مشابه تشکیل شده‌اند. صدها میلیون سال پیش. حتی قبل از دایناسورها، زمین منظره دیگری داشت و پوشیده از دریاهای وسیع، کم عمق و جنگل های باتلاقی بود. گیاهان، جلبک ها و پلانکتون‌ها در این تالاب‌های باستانی رشد می‌کردند.

آنها نور خورشید را جذب کرده و از طریق فتوسنتز انرژی ایجاد می کردند. هنگام مرگ، موجودات که دارای انرژی ذخیره شده بودند، به پایین دریا یا دریاچه منتقل شدند. با گذشت زمان، گیاهان مرده در زیر بستر دریا تجزیه شدند. سنگ‌ها و رسوبات دیگر روی آنها انباشته شده و گرما و فشار زیادی را در زیر زمین ایجاد کردند.

در این محیط، گیاهان و حیوانات درنهایت به سوخت‌های فسیلی‌(ذغال سنگ، گاز‌طبیعی ونفت) تبدیل می‌شوند. امروزه مخازن عظیم زیر زمینی این منابع انرژی تجدید ناپذیر در سراسر جهان وجود دارد.

انواع نیروگاه های تجدیدناپذیر
نیروگاه گازی
نیروگاه بخار
نیروگاه سیکل ترکیبی
نیروگاه هسته ای

برای مطالعه بیشتر مطلب سیستم های قدرت  پیشنهاد می‌شود

نحوه‌تولید انرژی برق در نیروگاه‌های‌گازی

کاربرد روزافزون توربین‌های گازی در صنایع مختلف. به خصوص در صنایع نفت و الکترونیک. از قبیل به حرکت درآوردن پمپ‌های بزرگ در داخل خطوط لوله نفت و گاز. تامین انرژی مورد نیاز کارخانجات و مناطق خاص جدا از شبکه بسیار چشم گیر و قابل توجه است.

همچنین در صنعت تولید نیروی برق شبکه‌های سراسری ، باعنوان واحدهایی که قادرند سریعاً درمدار قرار گیرند بسیار مورد توجه هستند. این نوع مولدها با چند صد کیلووات تادویست مگاوات به صورت سری سازی ساخته می‌شود.

قدرت و مدل این نوع مولدها و مولدهای دیزلی که متعاقبا، معرفی خواهند شد. تابعیت چندانی ازخریدار ندارد بلکه کلیه انواع آن ازقبل طراحی شده و به صورت سری با‌قبول سفارش ساخت. تاحد امکان در‌کارخانه سازنده بصورت کامل بر روی شاسی سوار وسپس برای نصب به محل احداث حمل می‌گردد.

نصب این نوع مولدها پس از ورود به کارگاه بسیار سریع صورت می‌گیرد و سرعت راه اندازی آنها به لحاظ حداقل بودن تجهیزات کمکی بسیار زیاد است .از آنجایی که قدرت های قابل ساخت این مولدها گسترده می باشد ، لذا متناسب با گستردگی شبکه از آن در تامین گونه های مختلف نیاز شبکه استفاده می گردد.

بدین معنی که در شبکه‌های کوچک و متوسط به عنوان تولید کننده بار پایه و در شبکه های بزرگ به عنوان تولید کننده بار میانی و بار پیک مورد استفاده قرار می گیرد.الزم به توضیح است که در مجتمع های تولیدی بزرگ که قطع برق شبکه باعث به وجود آمدن خسارت های زیاد می شود، از این نوع مولدها به عنوان تولید کننده برق اضطراری نیز، استفاده می شوند.

امروزه، مولدهای تولید پراکنده جایگاه خاصی در صنعت برق دارا می باشند، بیشتر این مولدها در دنیا از نوع انرژی های تجدیدپذیر می باشند، که در کشور ما نیز روز به روز بدلیل مزایای آنها در حال افزایش می‌باشند.

یکی  از  اصلی   ترین    این مولد ها،  مولدهای   گازی  یا

( CHP (Combined Heat and Power البته با ظرفیت های پایین‌تر از نیروگاه های گازی می‌باشند.

تولید انرژی برق در نیروگاه‌های بخار

این نوع نیروگاه‌ها (توربین ها) از نظر فشار بخار تولیدی در بویلر و بخار مصرفی در توربین بدو دسته عمده تقسیم می‌گردند:

الف- در توربین های از نوع فشار ثابت (pressure constant)

بویلر و توربین هیچ نوع انعطافی از خودشان نمی‌دهند و لذا از این نوع توربین‌ها (نیروگاه‌ها) جهت تولید بار پایه استفاده می‌گردد.

ب- در توربین های از نوع فشار متغیر ( pressure sliding)

می‌توان بر روی بویلر و توربین ، تغییرات فشار را اعمال نمود. این نوع مولدها معموال جهت تولید بار میانی هفته بکار می‌روند.

قدرت قابل دسترسی این نوع مولدها از چند مگا وات تا یک هزار مگا وات متغیر است . هزینه سرمایه گذاری برای هر کیلو وات قدرت نصب شده متناسب با حجم تجهیزات کمکی و قدرت واحد و نوع آن از پانصد تا یک هزار دلار متغیر است و مدت زمان اجرای آن معمولا پنج سال طول می‌کشد .

از آنجائی که در این نوع نیروگاه‌ها هزینه قدرت نصب شده به ازای هر کیلو وات با افزایش قدرت واحد، کاهش می‌یابد، از این رو سیر افزایش قدرت قابل ساخت و نصب این نوع واحدها از سرعت بیشتری برخوردار است. لازم به توضیح است که راندمان این نوع نیروگاه‌ها تا ۴۰ درصد هم می‌رسد .

برای مطالعه بیشتر برگه آثار، اهداف و انواع اتصال کوتاه در شبکه پیشنهاد می‌شود

نحوه تولید انرژی برق در نیروگاه‌های بخار

روش تولید برق در این نوع نیروگاه‌ها به این ترتیب است که سوخت فسیلی ( ذغال سنگ ،گاز، گازوئیل، مازوت) بوسیله مشعل‌های خاصی ، به محفظه‌ای بنام کوره ، پاشیده می‌گردد و با اشتعال آن در مجاورت هوا که بوسیله فن های بزرگی تامین می‌شود ، حرارت قابل توجهی در این محفظه تولید می‌گردد.

حرارت حاصله، آب (گرمی) راکه با پمپ از داخل لوله های تعبیه شده در آن عبور می‌کند پس از طی مراحلی به بخاری با درجه حرارت بالا و فشار زیاد که در اصطلاح به آن بخار خشک و یا بخار مافوق گَرم می‌گویند ، تبدیل می‌نماید. بخار خشک حاصله پس از خروج از کوره وارد توربین می‌شود.
بخار وارده به توربین آن را به حرکت در می آورد و ژنراتور را که با توربین هم محور و کوپله است به همراه آن به گردش در می آید و جریان برق تولید می‌شود . بخار ورودی به توربین با از دست دادن بخش عمده‌ای از حرارت و فشار خود وارد محوطه‌ای بنام کندانسور می‌شود .در کندانسور این بخار به لحاظ تماس با سطح سرد ، تقطیر می شود و به آب تبدیل می گردد .

آب تقطیر شده مجدداً از هیتر های متعددی عبور داده شده و گرم می‌شود و در نهایت توسط پمپ مجدداً به درون کوره هدایت می‌شود و سیکل خود را دوباره طی می‌کند .آب خنک کن ( آبی که جهت ایجاد سطوح سرد در کنداسور بکار می رود ) که خود ضمن سرد کن بخار خروجی از توربین ، گرم شده است به برج خنک کن هدایت می‌شود و پس از خنک شدن دوباره به مدار خود باز می‌گردد.

نحوه تولید انرژی برق در نیروگاه‌های سیکل ترکیبی

نحوه کارکرد توربین‌های گازی بدین ترتیب است که کمپرسور در حال گردش با دور زیاد ، هوای محیط را مکیده وفشار آن را به چندین برابر فشار محیط ( حدود 10 برابر ) می‌رساند ، ضمن اینکه نسبتاً درجه حرارت آن نیز افزایش می‌یابد. هوای فشرده شده از کمپرسور خارج و به درون محفظه یا محفظه های احتراق هدایت می‌شوند . در داخل اتاق احتراق شعله دائمی برقرار است و سوخت (گاز، گازوئیل و یا بعضاً مازوت ) نیز با فشار مناسبی به درون آن پاشیده می‌‌شود.

سوخت به همراه هوای فشرده در مجاورت شعله ، آتش می‌گیرد و گاز داغی با حجم زیاد که دمای آن به 1800 درجه سانتیگراد می‌رسد تولید می‌گردد. گاز حاصل که نتیجه یک احتراق کامل بدون تولید دوده است، به سبب محدودیت‌های تکنولوژیکی مستقیماٌ قابل ارسال به توربین نمی‌باشد و لازم است خنک گردد .

این کار توسط هوای اضافی ورودی به اتاق احتراق ، از طریق کمپرسور ، انجام می‌گیرد.

گاز داغ مناسب از نظر درجه حرارت ، وارد توربین شده و بخش اعظم انرژی خود را به صورت انرژی مکانیکی دورانی ، به توربین منتقل می‌کند و خود از طریق اگزوز خارج می‌گردد. حدود دو سوم انرژی دورانی حاصله از توربین به مصرف گرداندن کمپرسور ، و یک سوم آن برای گردش ژنراتور به کار می‌رود .

ژنراتوری که یا به صورت مستقیم و یا از طریق جعبه دنده با توربین هم محور و کوپله است ، با میدان الکتریکی گردان خود ، در استاتور ، جریان الکتریسته با ولتاژ از پیش طراحی شده برق تولید می‌کند.

در توربین گاز جهت کنترل درجه حرارت در اتاق احتراق ضروری است که احتراق با مقداری هوای اضافی صورت پذیرد دود خروجی از اگزوز توربین گاز ، علاوه بر اینکه دارای درجه حرارت بالایی است ، اکسیژن کافی نیز جهت احتراق دارد ولی درنیروگاه‌های سیکل ترکیبی از انرژی گاز خروجی از اگزوز به روش‌های مختلفی جهت تولید بخار استفاده می‌شود.

انواع نیروگاه های سیکل ترکیبی

الف- نیروگاه های سیکل ترکیبی بدون مشعل
ب- نیروگاه های سیکل ترکیبی با سوخت اضافی (مشعل)
ج- نیروگاه های سیکل ترکیبی جهت تامین هوای دم کوره بویلر

برای مطالعه بیشتر برگه انرژی‌های تجدیدپذیر پیشنهاد می‌شود

نحوه تولید انرژی برق در نیروگاه‌های هسته‌ای

اگرچه انرژی هسته ای خود یک منبع انرژی تجدید پذیر است، اما مواد مورد استفاده در نیروگاه‌های هسته‌ای چنین نیستند و جزو منابع انرژی تجدید ناپذیر محسوب می شوند. انرژی هسته‌ای از طریق همجوشی هسته‌ای (هسته ها با هم ذوب می شوند) یا شکافت هسته‌‌ای (هسته ها از هم جدا می شوند) به دست می‌آید. نیروگاه های هسته‌ای از شکافت هسته‌ای یک عنصر رادیواکتیو به نام اورانیوم برای تولید برق استفاده می‌کنند. نیروگاه های هسته‌ای ماشین های پیچیده‌ای هستند که می توانند شکافت هسته‌ای را برای تولید برق کنترل کنند.

ماده‌ای که بیشتر در نیروگاه های هسته‌ای بیشتر استفاده می‌شود عنصر اورانیوم است. اگرچه اورانیوم در سنگ های سراسر جهان یافت می شود اما نیروگاه‌های هسته‌ ای معمولاً از نوع بسیار کمیاب اورانیوم یعنی U-235 استفاده می‌کنند. اورانیوم یک منبع انرژی تجدید ناپذیر است.

مزایا و معایب انرژی هسته‌ای:

مزایا:
– انرژی هسته ای روشی محبوب برای تولید برق در سراسر جهان است.
– نیروگاه های هسته ای تولید کننده گازهای گلخانه ای نمی باشند.
– آنها می توانند در مناطق روستایی یا شهری ساخته شوند و محیط اطراف خود را از بین نمی برند.

معایب:
– برداشت انرژی هسته ای دشوار است.
– ساخت و راه اندازی نیروگاه های هسته ای بسیار پیچیده است.
– بسیاری از جوامع دانشمندان و مهندسان یک برنامه انرژی هسته ای ایمن و مطمئن ندارند.
– انرژی هسته ای همچنین ماده رادیواکتیو تولید می کند. زباله های رادیواکتیو می توانند بسیار سمی باشند، باعث سوختگی شوند و خطر ابتلا به سرطان ها، بیماری های خونی و تحلیل رفتن استخوان را در افرادی که در معرض آن هستند افزایش دهند.

در این مطلب با نحوه تولید انرژی برق در ایران و جهان آشنا شدیم. منتظر ایده‌ها و پیشنهادات شما دوستان عزیز برای بهتر شدن مطالب هستیم.

سجاد