تولید انرژی الکتریکی
نمودار تولید انرژی الکتریکی دربین سالهای 1980 تا 2005. نیروگاههای گرمایی با خط قرمز, نیروگاههای هستهای با خط زرد, نیروگاههای هیدروالکتریکی با خط آبی و نیروگاههای مواد تجدید پذیر با خط سبز مشخص شدهاست.
نمودار سهم منابع مختلف در تولید انرژی الکتریکی در ایالات متحده.
تاریخچه
تمرکز مولدهای الکتریکی از زمانی ممکن شد که با رشد علم امکان تغییر ولتاژ الکتریکی متناوب و در نتیجه افزایش آن در طول خطوط انتقال انرژی و کاهش آن در انتهای خطوط به وسیله ترانسفورماتورها فراهم شد.
از سال ۱۸۸۱ تاکنون و برای بیش از ۱۲۰ سال انرژی الکتریکی به منظور تغذیه مصرف کنندههای انسانی به وسیله منابع مختلف تامین میشود. اولین مولدهای الکتریکی با انرژی آب و ذغال سنگ کار میکردند و امروزه بخش عظیمی از انرژی الکتریکی به وسیله ذغال سنگ, انرژی هستهای, گاز طبیعی, هیدروالکتریک و نفت تولید میشود که البته در میان منابعی مانند انرژی خورشیدی, انرژی جزر و مدی, انرژی بادی و انرژی زمین گرمایی نیز نقش کوچکی ایفا میکنند. روشهای تولید انرژی الکتریکی
نیروگاه
نیروگاه مجموعهای از تأسیسات صنعتی است که برای تولید انرژی الکتریکی از آن استفاده میشود. نیروگاهها بسته به نوع تکنولوژی به کار رفته در آنها و منابع انرژی در دسترس متفاوت هستند.
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 تامین میشود و عموماً به میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی در آن منطقه و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد.
توربینها
امروزه توربینهای متصل به ژنراتورهای الکتریکی بیشترین حجم انرژی الکتریکی را تولید میکنند. توربینها به وسیله یک سیال به چرخش درمیآیند که نقش واسطه حامل انرژی را ایفا میکند. در این میان سیالهای زیر به دلیل داشتن خصوصیات مناسب بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند:
• بخار: ابتدا آب به وسیله حرارت تولید شده از شکافت هستهای و یا سوختن سوختها (ذغال سنگ, گاز طبیعی و یا نفت) به جوش میآید و سپس از این بخار برای به حرکت درآوردن پرههای توربین استفاده میشود. در بعضی از نیروگاهها جدید از انرژی خورشیدی برای تامین انرژی استفاده میشود. در این روش از صفحات خورشیدی مخروطی شکل برای متمرکز کردن نور خورشید و به جوش آوردن آب استفاده میشود. از روشهای جدید دیگری که برای تامین انرژی برای گرم کردن آب به کار میرود میتوان به استفاده از انرژی زمین گرمایی نیز اشاره کرد.
• آب: در این حالت پرههای توربین به وسیله آب به حرکت در میآیند. این انرژی میتواند از حرکت آب پشت یک سد و یا حرکت آب یه وسیله نیروی جزر و مد تامین گردد.
• باد: بیشتر توربینهای بادی انرژی خود را از حرکت طبیعی باد به دست میآورند. اما در بعضی توربینها فشار باد به صورت مصنوعی از طریق انرژی نور خورشید و یا سوختن سوختها به وجود میآید.
• گازهای داغ: در این حالت توربینها به طور مستقیم به وسیله گازهای تولیدی از سوختن سوختهای فسیلی به حرکت در میآیند.
توربینهای گازی مرکب انرژی خود را به طور همزمان از آب و فشار گاز میگیرند. در این نیروگاهها انرژی مورد نیاز به وسیله سوختن گاز طبیعی و از طریق گازهای داغ در یک توربین گازی تامین میگردد و از مازاد انرژی برای گرم کردن آب و تبدیل بیشتر انرژی استفاده میشود. راندمان این نیروگاهها معمولاً بالاتر از ۶۰٪ است.
سدها انرژی پتانسیل آب را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.
موتورهای احتراق داخلی
برای تولید انرژی الکتریکی در مقادیر یا مقیاسهای پایین معمولاً از موتورهای الکتریکی که به وسیله سوخت دیزل، بیوگاز و یا گاز طبیعی به حرکت در میآیند استفاده میشود. از موتورهای دیزل معمولاً برای سیستمهای پشتیبانی و یا برق اضطراری در ولتاژهای پایین استفاده میشود. اما بیوگاز معمولاً در محل تولید یعنی در مکانهایی مانند محلهای دفع زباله یا فاضلاب سوزانده میشود و به وسیله یک موتور متناوب و یا میکروتوربین به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.
باتری خورشیدی
برعکس صفحات متمرکز کننده نور خورشید برای ایجاد حرارت، باتریهای خورشیدی نور خورشید را به طور مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. با این که استفاده از نور خورشید رایگان است و نور خورشید در بسیار از مناطق به راحتی قابل دسترسی است اما قیمت تمام شده برق تولیدی از این روش در مقایسه با تولید با روشهای تولید انرژی الکتریکی در سطح کلان (نیروگاهها) گران تر تمام میشود. همچنین راندمان پایین سلولهای خورشیدی سیلیکونی (نزدیک به ۳۰٪) استفاده از آنها را با مشکل روبهرو کردهاست. امروزه از باتریهای خورشیدی معمولاً در مناطق دورافتادهای که امکان دسترسی به شبکه برق وجود ندارد و یا به عنوان منبع الکتریکی تکمیلی در واحدهای مسکونی یا تجاری استفاده میشود. پیشرفتهای اخیر در زمینه ساخت باتریهای خورشیدی و همچنین یارانههای در نظر گرفته شده به وسیله انجمنهای محیط زیست باعث شده تا روند پیشرفت و استفاده از این منابع روزبهروز رشد کند.
منابع
• http://en.wikipedia.org/wiki/Power_generation
• http://en.wikipedia.org/wiki/Power_plant
از ویکیپدیا، دانشنامهٔ آزاد
