نیروگاه چیست؟

نیروگاه چیست؟

نیروگاه برق مجموعه‌ای از تأسیسات صنعتی است که انرژی را از منابع مختلف به برق تبدیل می‌کند. این منابع شامل سوخت‌های فسیلی، انرژی شیمیایی، انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی هسته‌ای و انرژی پتانسیل گرانشی هستند. در نیروگاه‌ها، ژنراتورها انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند و نقش مهمی در تأمین برق مورد نیاز جوامع ایفا می‌کنند.

انرژی الکتریکی یکی از زیرساخت‌های اساسی برای رشد صنعتی، اقتصادی و اجتماعی به شمار می‌رود. تحقیقات نشان داده‌اند که بین توسعه‌ی یک کشور و میزان مصرف انرژی آن رابطه‌ی مستقیمی وجود دارد. ازاین‌رو، دسترسی کشورهای درحال‌توسعه به منابع جدید انرژی برای پیشرفت و بهبود وضعیت اقتصادی آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. ظرفیت تولید و توزیع برق، یکی از شاخص‌های ارزیابی پیشرفت کشورها محسوب می‌شود و نیروگاه‌ها نقش کلیدی در این فرآیند دارند.

نیروگاه ها به چند دسته تقسیم می شوند:

۱-نیروگاه‌های حرارتی (Thermal Power Plants)

نیروگاه‌های حرارتی دسته‌ای از نیروگاه‌ها هستند که با استفاده از انرژی گرمایی، برق تولید می‌کنند. این گرما معمولاً از طریق سوزاندن سوخت‌های فسیلی (زغال‌سنگ، گاز طبیعی، نفت) یا از منابع دیگر مانند انرژی هسته‌ای یا زمین‌گرمایی تأمین می‌شوند که شامل موارد زیر می‌باشند:

۱-۱- نیروگاه بخاری (Steam Power Plant)

• سوخت مورد استفاده: زغال‌سنگ، گاز طبیعی، مازوت

مکانیزم: آب در دیگ بخار به بخار فوق‌داغ تبدیل شده و باعث چرخش توربین و تولید برق می‌شود. نیروگاه بخاری یکی از رایج‌ترین انواع نیروگاه‌های حرارتی است که در آن از انرژی بخار برای تولید برق استفاده می‌شود. این نیروگاه‌ها بر اساس چرخه رانکین (Rankine Cycle)  کار می‌کنند و معمولاً از سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ، گاز طبیعی یا نفت برای تأمین حرارت موردنیاز استفاده می‌کنند.

مثال در ایران: نیروگاه بخار شهید مفتح

۲ نیروگاه گازی (Gas Power Plant)
سوخت مورد استفاده: گاز طبیعی
توربین گازی: احتراق گاز طبیعی باعث به حرکت در آمدن چرخش توربین گازی شده و برق تولید می‌کند.
موتور گازی :   احتراق گاز طبیعی باعث به حرکت در آمدن پیستون می‌شود و برق تولید می‌شود. ( تولید پراکنده)
نمونه انجام شده در ایران:  -نیروگاه گازی مقیاس کوچک بافق با ظرفیت ۲۵ مگاوات.
                     -نیروگاه روشور تهران ۲۹۷ مگاوات
 
۱.۳ نیروگاه سیکل ترکیبی (Combined Cycle Power Plant)
سوخت مورد استفاده: گاز طبیعی، زغال سنگ، مازوت
مکانیزم: ترکیبی از نیروگاه گازی و بخاری است که ابتدا برق را از توربین گازی تولید می‌کند و سپس از گرمای خروجی آن برای تولید بخار و چرخاندن توربین بخاری استفاده می‌شود.
نمونه انجام شده در ایران: نیروگاه سیکل ترکیبی ری ۹۷۹.۴ مگاوات، نیروگاه سیکل ترکیبی شهید رجایی با ظرفیت ۲۰۴۲مگاوات
۱.۴ نیروگاه دیزلی (Diesel Power Plant)
سوخت مورد استفاده: گازوئیل، نفت سفید
مکانیزم: موتور دیزل، یک ژنراتور الکتریکی را به حرکت درمی‌آورد.( تولید پراکنده)
کاربرد: معمولاً برای تولید برق در مناطق دورافتاده و اضطراری استفاده می‌شود
۱.۵نیروگاه زباله‌سوز (Waste-to-Energy Power Plant)
منبع انرژی: زباله‌های شهری و صنعتی
مکانیزم:  سوزاندن زباله‌ها برای تولید حرارت و تبدیل آن به برق
نمونه انجام شده در ایران: نیروگاه زباله‌سوز تهران با تولید ۳ مگاوات برق ، نیروگاه زباله‌سوز نوشهربا تولید ۳ مگاوات برق
 
نمونه‌ها در ایران:
– نیروگاه سیکل ترکیبی نکا: ۲,۲۱۴ مگاوات
– نیروگاه رامین اهواز: ۱,۹۰۳ مگاوات
– نیروگاه سیکل ترکیبی دماوند: ۲,۸۶۸ مگاوات
۱.۶  نیروگاه‌های هسته‌ای (Nuclear Power Plants)
منبع انرژی:  انرژی هسته‌ای
مکانیزم: این نیروگاه به‌جای سوزاندن سوخت‌های فسیلی، از شکافت هسته‌ای برای تولید گرما استفاده می‌کند. فرآیند کار:
سوخت هسته‌ای (معمولاً اورانیوم) در راکتور هسته‌ای قرار دارد. واکنش‌های هسته‌ای گرمای زیادی تولید می‌کنند، این گرما باعث جوشیدن آب و تولید بخار می‌شود، بخار تولید شده وارد توربین بخار شده و برق تولید می‌کند.
نمونه انجام شده در ایران: نیروگاه هسته‌ای بوشهر با ظرفیت ۱۰۰۰مگاوات
 

۲. نیروگاه‌های تجدیدپذیر (Renewable Power Plants)

این نیروگاه‌ها از منابع طبیعی که به طور مداوم تجدید می‌شوند، استفاده می‌کنند.

۲.۱ نیروگاه برق‌آبی (Hydroelectric Power Plant)

• منبع انرژی: انرژی آب (پتانسیل گرانشی)

مکانیزم: آب ذخیره‌شده در پشت سد با فشار از توربین عبور کرده و برق تولید می‌شود. نیروگاه آبی یکی از رایج‌ترین و کارآمدترین روش‌های تولید برق است که از انرژی جنبشی و پتانسیل گرانشی آب برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌کند. در این نوع نیروگاه‌ها، با احداث سد در مسیر رودخانه‌ها، آب در پشت سد ذخیره شده و در ارتفاع بالاتری نسبت به توربین‌های نیروگاه قرار می‌گیرد. سپس آب ذخیره‌شده از طریق تونل‌ها یا لوله‌های انتقال (آبگیر) به سمت توربین‌ها هدایت می‌شود.

اختلاف ارتفاع بین سطح آب در مخزن و ورودی توربین، که به آن هد (Head) گفته می‌شود، یکی از عوامل کلیدی در میزان انرژی تولیدی است. هرچه هد بیشتر باشد، آب با فشار و سرعت بیشتری به توربین برخورد می‌کند. در انتهای مسیر، نیروی آب باعث چرخش پره‌های توربین شده و این حرکت مکانیکی به وسیله ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.

• نمونه انجام شده در ایران: نیروگاه سد دز با ظرفیت ۵۲۰ مگاوات، نیروگاه سد کرخه با ظرفیت ۴۹۴۱مگاوات، نیروگاه سد کارون ۳ با ظرفیت ۲,۲۸۰ مگاوات

۲-۲- نیروگاه بادی (Wind Power Plant)

• منبع انرژی: انرژی باد
• مکانیزم: باد باعث چرخش پره‌های توربین بادی شده و برق تولید می‌شود. محل احداث این نیروگاه ها در دشتها و یا در سواحل
• نمونه انجام شده در ایران: نیروگاه بادی منجیل با ظرفیت ۹۲ مگاوات و نیروگاه بادی بینالود با ظرفیت ۲/۲۸ مگاوات

۲.۳ نیروگاه خورشیدی (Solar Power Plant)

• منبع انرژی: انرژی خورشید
• مکانیزم:
  • فتوولتائیک (PV): تبدیل مستقیم نور خورشید به برق با استفاده از سلول‌های خورشیدی.
  • خورشیدی حرارتی (CSP): استفاده از آینه‌ها برای تمرکز نور خورشید و تولید بخار برای چرخاندن توربین.
• نمونه انجام شده در ایران: نیروگاه خورشیدی ۶۰۰ مگاواتی فولاد مبارکه واقع در اصفهان، نیروگاه خورشیدی ۲۵ مگاواتی  شرکت ملی صنایع مس ایران 

۲.۴ نیروگاه زمین‌گرمایی (Geothermal Power Plant)

• منبع انرژی: گرمای درون زمین
• مکانیزم: آب را از طریق لوله هایی که در اعماق زمین گرم شده، به بخار تبدیل می‌شود و توربین را می‌چرخاند.
• نمونه انجام شده در ایران:  نیروگاه زمین‌گرمایی مشکین‌شهر (آزمایشی)

۲.۵ نیروگاه موجی و جزر و مدی (Tidal & Wave Power Plant)

• منبع انرژی: انرژی امواج دریا و جزر و مد

مکانیزم:  انرژی حرکتی امواج یا تغییر سطح آب دریا باعث تولید برق می‌شود. این نیروگاه‌ها ظرفیت متغیری دارند و به شرایط محیطی وابسته‌اند.

• نمونه انجام شده در ایران:  در حال تحقیق و توسعه در مناطق جنوبی و شمالی کشور

۲.۶ نیروگاه هیدروژن (Hydrogen Power Plant)

• منبع انرژی: هیدروژن
• مکانیزم: در این نوع نیروگاه، هیدروژن در سلول های سوختی با اکسیژن ترکیب شده و برق تولید می‌شود. تنها محصول جانبی این واکنش آب و گرما است، بنابراین آلایندگی در این روش صفر است.
• مثال: در حال تحقیق و توسعه در ایران (احداث نیروگاهی با ظرفیت 200 KW  در قزوین)

۲.۷ نیروگاه اسمزی (Osmotic Power Plant)

• منبع انرژی: اختلاف شوری آب
• مکانیزم: استفاده از تفاوت غلظت نمک در آب شیرین و آب شور برای تولید انرژی

مثال:  هنوز در ایران ساخته نشده

با توجه به تنوع جغرافیایی و اقلیمی ایران، بهره‌گیری از پتانسیل‌های طبیعی هر منطقه می‌تواند نقش مهمی در بهینه‌سازی تولید انرژی، کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی و کاهش آلودگی زیست‌محیطی ایفا کند. ایران به‌عنوان کشوری با پهنه گسترده برای دریافت نور خورشید، شاهراه عبور بادهای پرسرعت، دسترسی به آب‌های آزاد و منابع غنی سوخت فسیلی، ظرفیت‌های متنوعی برای احداث انواع نیروگاه‌ها را دارد. در بخش‌های مرکزی، جنوبی و کویری ایران که تابش خورشید بسیار بالاست، احداث نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک و حرارتی خورشیدی می‌تواند گزینه‌ای ایده‌آل باشد ویا مناطقی مانند سیستان و بلوچستان، خراسان جنوبی، کرمان، گیلان، اردبیل و سواحل خلیج فارس به دلیل وزش بادهای دائمی، مستعد احداث نیروگاه‌های بادی هستند. همچنین با وجود کاهش منابع آبی، هنوز هم سدهای بزرگ و رودخانه‌های پرآب در برخی مناطق کشور (مانند خوزستان، کردستان، لرستان و آذربایجان)پتانسیل ایجاد نیروگاه‌های برق‌آبی را دارند. استفاده از یک مدل ترکیبی از نیروگاه‌ها بر اساس ویژگی‌های هر منطقه، می‌تواند راهکاری هوشمندانه برای افزایش بهره‌وری انرژی، کاهش آلودگی و بهینه‌سازی مصرف منابع باشد. این رویکرد باعث می‌شود هم ظرفیت‌های طبیعی کشور به‌درستی استفاده شوند، هم پایداری انرژی کشور تضمین شود و در نهایت، میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای کاهش یابد. توسعه متوازن این فناوری‌ها، گامی مؤثر در جهت توسعه پایدار و امنیت انرژی کشور خواهد بود.

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