مقدمه:

تاریخچه تولید برق برمیگردد به سال 1879 که بن فرانکلین اثبات کرد که روشنایی میتواند یکی از فرم های انرژی الکتریسته باشد. پس از آن توماس ادیسون که از آن به پدر الکتریسته یاد میشود در سال 1880 توانست در آزمایشگاه کوچک خود اولین لامپ روشنایی را بسازد و تحولی عظیم در تاریخ زندگی بشریت ایجاد کند. تلاش های ادیسون در سال 1882 منجر به ساخت اولین کارگاه تولید برق با استفاده از سوخت ذغال سنگ شد. تولید و گسترش استفاده از انرژی الکتریکی  همواره یکی از دغدغه های تمدن ها در طول تاریخ بوده و تا امروز نیز ادامه داشته است به طوری که امروزه شاهد ظهور انواع نیروگاه های برق با استفاده از انرزی های تجدید پذیر مانند نیروگاه خورشیدی، هسته ای، بادی و زمین گرمایی هستیم. در ادامه به معرفی چهار مورد از پر مصرف ترین نیروگاه های تولید برق در جهان میپردازیم.

اولین کارگاه تولید برق در سال 1882 توسط توماس ادیسون و با سوخت ذغال سنگ ایجاد شد

نیروگاه خورشیدی

تأسیساتی که با استفاده از آن‌ها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود، نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شود. در نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی وظیفه اصلی بخش‌های خورشیدی تولید بخار مورد نیاز برای تغذیه توربین‌ها است یا به عبارت دیگر می‌توان گفت که این نوع نیروگاه‌ها شامل دو قسمت هستند:

1. سیستم خورشیدی که پرتوهای خورشید را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده تولید بخار می‌نماید.
2. سیستمی موسوم به سیستم سنتی که همانند دیگر نیروگاه‌های حرارتی بخار تولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل می‌کند.

فناوری جدید :

همانطور که در شکل ملاحظه میکنید در بخش هایی از نیروگاه از نمک مذاب استفاده شده است، نقش این ماده در نیروگاه های جدید خورشیدی چیست؟
 بيشتر برج‌هاي انرژي خورشيدي از اين انرژي حرارتي براي گرم كردن آب و تبديل آن به بخار براي گرداندن توربين‌ها استفاده مي‌كنند، اما سيستم «سولار رزرو» از انرژي حرارتي براي گرمايش نمك مذاب و ذخيره انرژي استفاده مي‌كند به این ترتیب در زمانهایی که نورخورشید وجود ندارد نیز امکان تولید برق فراهم میشود. .
نمك مذاب مخلوطي است از نيترات سديم و نيترات پتاسيم كه غيرقابل اشتعال و غير سمي بوده و واسطه‌اي كم‌هزينه براي ذخيره انرژي است. 
در چرخه رانكين (تبدیل گرما به کار )، نور خورشيد نمك مذاب را تا 1000 درجه فارنهايت داغ كرده، سپس اين ماده به تانكر ذخيره حرارت منتقل مي‌شود كه گفته میشود اين تانكر 98 درصد قابليت بازدهي گرما دارد. در زمان نياز اين ماده به يك ژنراتور  بخار تلمبه شده تا بخار توليد كرده و توربين توليد الكتريسيته را به حركت درآورد.

نیروگاه زمین گرمایی

انرژی زمین گرمایی به انرژی حرارتی که در پوسته جامد زمین وجود دارد، گفته می‌شود. این‌گونه انرژی اغلب در جهت تولید الکتریسیته زمین‌گرمایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، که به چرخه تولید انرژی الکتریکی از انرژی زمین‌گرمایی اطلاق می‌گردد. فناوری مورد استفاده در طرح‌های تولید برق از انرژی زمین‌گرمایی شامل نیروگاه‌های بخار خشک، نیروگاه‌های تبدیل بخار سیال و نیروگاه چرخه دوگانه است.
انرژی زمین گرمایی بر خلاف سایر انرژیهای تجدید پذیر محدود به فصل، زمان وشرایط خاصی نبوده بدون وقفه قابل بهره‌برداری می‌باشد. همچنین قیمت تمام شده برق در نیروگاه‌های زمین گرمایی با برق تولیدی از سایر نیروگاه‌های متعارف(فسیلی) قابل رقابت بوده و حتی از انواع دیگر انرژیهای نو به مراتب ارزانتر است.

مزایای نیروگاه زمین گرمایی :

انرژی حاصل از گرمای زمین برای تولید برق، حرارت منزل و مصارف صنعتی قابل استفاده است. اگر چه هزینه ساخت نیروگاه با حرارت زمین زیاد است ولی هزینه انرژی آن خیلی کم است و در حقیقت مجانی است. چنین نیروگاه‌هایی آلودگی کم‌تر و مساحت کمی را اشغال می‌کنند. در ضمن هزینه انرژی مورد نیاز آن‌ها مجانی است. انرژی زمین گرمایی افزون بر تولید انرژی الکتریکی، کاربردهای دیگری از قبیل گرمایش ساختمان‌ها، فعالیت های صنعتی و ایجاد مراکز گردشگری برای بهره‌مندی از خواص درمانی آب‌های گرم درون زمین است.
 

معایب نیروگاه زمین گرمایی :

مناطق مناسب برای استفاده از انرژی حرارتی بسیار محدود است. اگر انرژی حرارتی زمین در یک منطقه به مقدار زیادی مصرف شود، این منبع انرژی دیگر تجدیدپذیر نخواهد بود و به عبارتی دمای زمین در آن ناحیه کاهش می‌یابد. حفاری‌های به عمل آمده برای بیرون کشیدن حرارت زمین عمدتاً با خارج شدن گازهای سمی آمونیوم، بخار جیوه، ارستیک و ایزوتوپ‌های رادیو اکتیو همراه است. ساخت چنین نیروگاه‌هایی گران بوده و در مواردی خاص مقرون به ساخت هستند.
بخار آب در این منابع بسیار پر سر و صدا و خطرناک است. در ضمن بعضی از لایه‌های زمین از گرانیت بوده و به سختی قابل حفاری هستند، بنابراین هزینه تولید انرژی را بالا خواهند برد. اثرات زیست‌محیطی نیروگاه‌های حرارتی اثرات جانبی بر زیبایی محیط دارند و در بعضی موارد باعث مهاجرت حیوانات و ماهی‌ها شده‌اند.

نیروگاه هسته ای

تمامی نیروگاه‌های گرمایی متداول از نوعی سوخت برای تولید گرما استفاده می‌کنند برای مثال گاز طبیعی، زغال سنگ یا نفت. در یک نیروگاه هسته‌ای این گرما از شکافت هسته‌ای که در داخل رآکتور صورت می‌گیرد تأمین می‌شود. هنگامی که یک هسته نسبتاً بزرگ قابل شکافت مورد برخورد نوترون قرار می‌گیرد به دو یا چند قسمت کوچک‌تر تقسیم می‌شود و در این فرایند که به آن شکافت هسته‌ای می‌گویند تعدادی نوترون و مقدار نسبتاً زیادی انرژی آزاد می‌شود. نوترون‌های آزاد شده از یک شکافت هسته‌ای در مرحله بعد خود با برخورد به دیگر هسته‌ها موجب شکافت‌های دیگری می‌شوند و به این ترتیب یک فرایند زنجیره‌ای به وجود می‌آید. زمانی که این فرایند زنجیره‌ای کنترل شود می‌توان از انرژی آزاد شده در هر شکافت (که بیشتر آن به صورت گرماست) برای تبخیر آب و چرخاندن توربین‌های بخار و در نهایت تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد.

نیروگاه حرارتی

در یک نیروگاه سوخت فسیلی از انرژی شیمیایی ذخیره شده در سوخت‌های فسیلی نظیر زغال سنگ، نفت کوره، گاز طبیعی یا شیست قیری به‌طور مداوم به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. این انرژی گرمایی به وسیله توربین‌ها به انرژی مکانیکی تبدیل شده و در نهایت انرژی مکانیکی توسط ژنراتورهای الکتریکی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود که به وسیله شبکه انتقال در یک پهنه جغرافیایی وسیع توزیع می‌شود.
تقریباً تمام نیروگاه‌های سوخت فسیلی از بخار به عنوان سیال استفاده می‌کنند، البته صرف نظر از توربین‌های گازی و موتورهای احتراق داخلی که در سطح کوچکی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شوند.
عمده معایب این نیروگاه ها تولید آلاینده های جوی و بازده نه چندان بالای آن ها است و به صورت کلی هزینه راه اندازی و نگهداری کمتری نسبت نیروگاه های انرژی نو ، هسته ای و سایر دارند.

نیروگاه جزر و مدی

استفاده از نیروی جزر و مد برای تولید انرژی  ٩٠ سال قدمت دارد. برای این منظور سدی روی رودخانه یا بخشی از دریاچه‏ها بنا می‏ شود. در هنگام مد در یك طرف سد آب ذخیره شده و سپس در هنگام جزر، آب از داخل توربین های  سد عبور می ‏نماید و بدین وسیله انرژی تولید می ‏گردد. در چك واسلواكی بین سال های ١٩١٠ الی ١٩٢٤ توربینی به نام كاپلان ساخته و به طور گسترده استفاده ‏می شد.

جزر و مد به دلیل حركت ماه بدور زمین، دریاها و رودخانه ‏ها به وجود می آید. اگر سدی روی رودخانه بنا شود آنگاه حركت آب در طرفین سد باعث چرخش ژنراتورهای برق می‏گردد.

مزایای نیروگاه جزری مدی :

1. این نیروگاه ها  آلودگی ندارند.
2.  نیروگاه های جزر و مدی نیاز به تعمیر یا سوخت ندارند.

معایب نیروگاه جزری مدی :

1. ساخت نیروگاه های جزر و مدی پرهزینه می ‏باشد. 
2.  نیروگاه های جزر و مدی روی حیات و زندگی پرندگان اثر می ‏گذارد.
3. این نیروگاه ها بر تشكیل رسوبات رودخانه‏ای و دریایی اثر می‏ گذارند.

نیروگاه CHP

مجموعه ای از تاسیسات صنعتی که از آنها برای تولید همزمان برق، سرما و گرما استفاده می شود را CHP و CCHP می گویند که از انواع نیروگاههای برق محسوب می شونددر نیروگاه های CHP حرارت حاصل از تولید برق در مولدهای محرک ژنراتور، برای تأمین انرژی لازم جهت گرمایش، مورد استفاده قرار می­ گیرد. فرایند تولید همزمان را می ­توان بر اساس انواع مولدهای نیروی محرکه، از جمله توربین ­های گاز، توربین ­های بخار، موتورهای احتراقی و مولدهای دیگر طبقه ­بندی نمود. در شرایطی که منابع تولید انرژی اولیه نیز شامل دامنه وسیعی از جمله سوخت­ های فسیلی (Fossil) زیست توده (Biomass) زمین گرمایی (Geothermal) و یا انرژی خورشیدی (Solar Energy) می ­باشند.

ویژگی ­ها و اجزای نیروگاه CHP (سیستم ­های تولید همزمان)

در مقابل سيستم ­های متمركز تولید برق (نیروگاه­ های حرارتی سنتی)، نیروگاه CHP یک روش توليد غير متمركز و محلی (District) به حساب می ­آید. به این معنا که می ­توان برای هر منطقه و محله ­ای، یک نیروگاه تولید برق مستقل پیش ­بینی نمود. این چنین به علت نزدیکی محل تولید برق به محل مصرف، تلفات ناشی از انتقال جریان الکتریسیته بسیار ناچیز خواهد بود. در حالی که میزان اتلاف در مسیرهای انتقال شبکه ­های سراسری در حدود 20 درصد می ­باشد (البته در بعضی از شهرهای ایران نظیر شهر اهواز، اتلاف برق در شبکه توزیع تا 30 درصد نیز گزارش شده است). بعلاوه انرژي گرمایي ناشی از بازيافت تلفات حرارتي در مولدهاي محرک­ ژنراتور و همچنین در سیستم­ های خنک­ کاری نیروگاه ­های CHP  را می ­توان در دو حوزه پرمصرف و کاربردی، مورد بهره­ برداری قرار داد:

1. HVAC: به منظور تأمین انرژی لازم جهت تولید آب گرم مورد نیاز برای گرمایش ساختمان­ های مسکونی، اداری، تجاری و …
2. صنعت: جهت برآورده کردن نیاز بسیاری از فرایندهای صنعتی به انرژی گرمایی، در صنایع مختلفی همچون پتروشیمی­ ها، کارخانجات کاغذسازی 

توجه:هرگونه کپی برداری از مقاله با ذکر منبع و ارائه ی لینک مقاله بلامانع است.