نیروگاه چیست؟

نیروگاه چیست؟

انرژی نقش ویژه‌ای در رشد اقتصادی، رفاه اجتماعی، بهبود کیفیت زندگی و امنیت یک جامعه ایفا می‌کند. پژوهش‌های جهانی نشان می‌دهند میان توسعه‌ی یک کشور و میزان انرژی مصرفی آن، رابطه‌ی مستقیمی برقرار است و از این رو دسترسی کشورهای در حال توسعه به انواع منابع جدید انرژی، به منظور پیشرفت و بهبود وضع اقتصادی آنها اهمیت ویژه‌ای دارد. در این میان انرژی الکتریکی از عوامل اصلی و زیربنایی رشد و شکوفایی بخش‌های صنعتی، اقتصادی و اجتماعی است به طوری که می‌توان گفت یکی از شاخص‌های ارزیابی و پیشرفت کشورها، شاخص افزایش ظرفیت تولید و توزیع انرژی الکتریکی است. برای تولید برق از نیروگاه‌ها و تکنولوژی‌های مختلفی استفاده می‌شود.

نیروگاه برق مجموعه ای از تاسیسات صنعتی است که در آن از انرژی های دیگر برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می شود. نیروگاه ها برای تبدیل انرژی از دیگر شکل های آن مانند انرژی سوخت فسیلی، انرژی شیمیایی، انرژی های تجدید پذیر، انرژی هسته ای، انرژی پتانسیل گرانشی و … به انرژی الکتریکی از مولد یا ژنراتور استفاده می کنند ( در واقع این ماشین های دوار انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند).

برخی از انواع نیروگاه:

نیروگاه آبی:

یکی از معمول ترین نیروگاه ها، نیروگاه آبی است (hydroelectric power) که به وسیله سد سازی در مسیر رودخانه ها انرژی جنبشی و پتانسیل گرانشی آب را به واسطه عبور از توربین های تعبیه شده در مسیر به انژری الکتریکی تبدیل می کند. در تولید انرژی برق‌آبی، آب جمع‌آوری یا ذخیره شده در ارتفاعات بالاتر از طریق لوله‌های بزرگ یا تونل‌ها (آبگیر) به ارتفاعات پایین هدایت می‌گردد. اختلاف ارتفاع در مسیر آب «هد» (head) نامیده می‌شود. جریان آب در انتهای مسیر باعث چرخش توربین‌ها می‌گردد. این موضوع به صورت ساده تحت عنوان قضیه کار و انرژی در فیزیک مورد مطالعه قرار گرفته است.

توربین‌ها به نوبه‌ی خود محرک ژنراتورها هستند که انرژی مکانیکی توربین‌ها را به برق تبدیل می‌کنند. سپس ترانسفورماتورها سطح ولتاژ تولید شده را تا حد استانداردی برای انتقال به محل مصرف بالا می‌برند. به محلی که توربین‌ها، ژنراتورها، لوله‌ها و تونل‌های متصل به آن‌ها در آن قرار دارند، نیروگاه گفته می‌شود.  

نیروگاه‌های برق‌آبی معمولا در کنار سدها ساخته می‌شوند، جایی که آب رودخانه ها جمع‌آوری می‌شود. به همین دلیل سطح آب پشت سد بالا آمده و هد را تا جای امکان بالا می‌آورد. انرژی پتانسیل قابل اقتباس از یک حجم معین از آب به طور مستقیم متناسب با هد یا ارتفاع آب است. به شکل ساده، در یک حجم مساوی از آب، سد با هد بالاتر بیشتر از سد با هد پایین‌تر برق تولید می‌کند.

در برخی سدها، نیروگاه تنها در یک طرف سد ساخته می‌شود. طرف دیگر سد به عنوان محل «سرریز» (spillway) هنگام سیل یا بارندگی شدید برای تخلیه‌ی آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته جایی که رودخانه در دره‌ای تنگ و شیب‌دار جریان داشته باشد، احتمالا نیروگاه را درون خود سد بنا می‌کنند.

نیروگاه بخاری:

اگر برای چرخش ژنراتور از نیروی بخار استفاده گردد، نیروگاه به‌عنوان نیروگاه بخار شناخته می‌شود. یک نیروگاه ساده بخار بر اساس چرخه رانکین تولید انرژی می‌کند.

در مرحله اول،‌ آب با استفاده از پمپ‌های آب با فشار بالا به «دیگ بخار» (boiler) تزریق می‌شود. آب پرفشار در دیگ بخار حرارت جذب می‌کند و تبدیل به «بخار فوق داغ» (Super heat steam) با فشار بالا می‌گردد. بخار که انرژی زیادی دارد در طول «توربین» (تجهیزی مکانیکی که جریان انرژی سیال را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند) جریان می‌یابد و آن را می‌چرخاند.

به‌منظور استفاده کامل از انرژی بخار، سه مرحله «توربین کم‌فشار» (Low pressure turbine)، «توربین فشار متوسط» (intermediate pressure turbine) و «توربین پرفشار» (High pressure turbine) در نظر گرفته شده است. «شفت» (shaft) توربین به شفت ژنراتور متصل است؛ بنابراین زمانی که شفت توربین به حرکت در‌می‌آید،‌ ژنراتور می‌چرخد و انرژی الکتریکی تولید می‌شود.

طی این فرآیند بخار انرژی خود را از دست می‌دهد. سپس بخار کم‌فشار اشباع از مسیر «چگالنده» (condenser) عبور می‌کند و به مایع تبدیل می‌شود. بعد از آن آب به سمت پمپ‌های مرحله‌ی اول هدایت و چرخه کامل می‌گردد. به همین تربیت این چرخه مرتبا برای تولید انرژی تکرار می‌شود.

نیروگاه گازی

نیروگاه گازی نیروگاهی است که سیال عامل در آن هوا است و بر اساس سیکل برایتون کار می‌کند. این نیروگاه دارای توربین گازی است و دارای سه جزء اصلی کمپرسور، اتاق احتراق و توربین گازی می‌باشد. نحوهٔ به کار افتادن روتورها در این نیروگاه‌ها بدین صورت است که سیال ورودی وارد کمپرسور شده و پس از تراکم و کمی گرم شدن وارد اتاق احتراق شده و توسط سوخت احتراق صورت می‌گیرد و سپس هوای داغ حاصل که کار همان بخار داغ را در توربین بخار انجام می‌دهد وارد توربین گازی شده و باعث چرخاندن ژنراتور می‌شود. کمپرسور به کار رفته در نیروگاه گازی همانند توربین می‌باشد. توربین های گازی که در نیروگاه‌ها و صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند مزایای زیادی دارند. اندازه نیروگاه توربین گازی، در مقایسه با نیروگاه بخار، کوچکتر، هزینه اولیه آن برای تولید هر واحد توان از هزینه مربوط به نیروگاه بخار کمتر است.

در سال‌های اخیر نوعی آگاهی و توجه به افزایش بی‌رویه‌ی مصرف انرژی و نیز واقعیت فناپذیربودن سوخت‌های فسیلی سبب شده است که مطالعات همه جانبه‌ای در سطح جهانی با هدف کاهش میزان مصرف انرژی و نیز کاهش هزینه‌های تولید انرژی، بدون ایجاد لطمه به روند توسعه‌ی کشورها، انجام پذیرد. این مطالعات باعث به وجود آمدن برنامه‌ها و استراتژی‌هایی موسوم به “مدیریت انرژی“ شده است.

الگوی سنتی تولید برق بر پایه‌ی بهره‌برداری از تعداد محدودی نیروگاه مرکزی در مقیاس بزرگ و سپس انتقال و توزیع انرژی به مصرف‌کنندگانی است که ممکن است تا هزاران کیلومتر دورتر از محل تولید باشند.

مضرات تولید برق به روش سنتی (مقیاس بزرگ):

• بازده پایین تولید
• اتلاف انرژی شبکه انتقال و توزیع
• انتشار گازهای گلخانه ای
• خطر بلایای طبیعی

مدیریت انرژی

در حال حاضر راندمان نیروگاه‌های كشور در حدود 36%و تلفات شبكه تا مصرف كننده در حدود 20% است. راندمان تبدیل انرژی از سوخت نیروگاه تا مصرف كننده نهایی انرژی الكتریكی 29% است. این بازده پایین یعنی تلف شدن سالانه 35 میلیارد متر مكعب گاز طبیعی یا 10 میلیارد دلار عدم نفع صادراتی آن، گذشته از زیان‌های ناشی از اتلاف سرمایه‌گذاری در بخشهای مختلف تولید و استحصال گاز، تولید، انتقال و توزیع نیروی برق، آلودگی محیط زیست، كاهش منابع نفت و گاز كشور و عدم نفع صادرات از محل صدور برق.

این موضوع اهمیت مدیریت انرژی را برجسته می‌کند. مدیریت انرژی را می‌توان استفاده‌ی صحیح و موثر از انرژی برای دستیابی به بیشترین سود با کمترین هزینه جهت افزایش موقعیت رقابتی در بازار دانست که این امر نیازمند تنظیم و بهینه نمودن استراتژی مصرف انرژی، استفاده از سیستم‌ها و دستورالعمل‌ها در جهت کاهش میزان مصرف انرژی بر واحد محصول و کاهش یا ثابت نگه داشتن هزینه‌های کل تولید است.

تولید پراکنده

ایده‌ی اصلی تولید پراکنده (DG) از همین نیاز به مدیریت انرژی نشات می‌گیرد؛ استفاده از تعداد زیادی نیروگاه مقیاس کوچک در محل مصرف یا نزدیکی آن با کمترین میزان استفاده از شبکه‌ی انتقال و توزیع است. توليد پراکنده Generation Distributed روشی است که با بهره گیری از فن‌آوریهای مقیاس کوچک به تولید انرژی برق در محل مصرف یا نزدیکی آن می‌پردازد.

زمانی که از تولید در مقیاس کوچک صحبت می‌کنیم در حقیقت منظور اصلی ما تولید برق و حرارت در مقیاس‌های کوچک است که؛ توسط سرمایه‌گذاران یا شرکت‌ها جهت تأمین نیازهایشان اتفاق می‌افتد. منظور ما از مولد مقیاس کوچک گازی دسته‌ای از تأسیسات تولید برق است که؛ از طریق اتصال به شبکه برق سراسری قابلیت بهره برداری دارند.

ویژگی‌های مولد مقیاس کوچک

• تولید برق در مراکز مصرف
• عدم نیاز به سرمایه گذاری و توسعه خط انتقال فوق توزیع
• ورود و خروج سریع به شبکه
• آلایندگی کم، نسبت به نیروگاههای بزرگ
• عدم وجود تلفات انتقال و فوق توزیع
• تولید همزمان برق و حرارت به کمک چیلر و بویلر
• خنک سازی با مدار بسته و بدون مصرف آب
• مکان یابی آسان

تدوین برنامه بلندمدت بهینه‌سازی بخش انرژی، تاثیر مثبتی بر اقتصاد كشور و ارتقای نقش ایران در بازارهای جهانی انرژی دارد.از جمله نتایج حاصل از برنامه بهینه‌سازی بخش انرژی، بهبود راندمان تبدیل انرژی و كاهش تولید آلاینده‌های زیست محیطی ناشی از آن است. راهكارهای بهینه سازی متعددی در بخش عرضه انرژی مطرح است كه از جمله آنها میتوان به تولید همزمان برق، حرارت و برودت با استفاده از مولد های گازسوز با راندمان موثر بالا در نیروگاه CHP و نیروگاه CCHP اشاره نمود.

پرسش‌های متداول در باره نیروگاه