انواع روش های تولید برق

تولید برق در دنیا هر سال حدود 4/2 درصد افزایش می یابد ، بنابراین طبق برآوردهای صورت گرفته از 16 میلیارد و 424 میلیون کیلووات ساعت در سال 2004 به 30 میلیارد و 346 میلیون کیلووات ساعت در سال 2030 می رسد.

اصلی‌ترین روش‌های تولید برق شامل بهره‌‌گیری از انرژی زمین گرمایی ، انرژی بیومس ، توربین‌ها ، انرژی جزر و مد ، صفحات خورشیدی ، شکافت هسته‌ای ، انرژی جریان اقیانوسی و … می‌شود ، توربین‌ها نقش مهمی در تبدیل انواع انرژی به انرژی الکتریکی دارند.

تولید برق از طریق توربین ها

تولید برق توسط توربین های بادی

توربین بادی (wind turbines) ماشینی ست که ساخته شده تا انرژی جنبشی حاصل از باد را به انرژی الکتریکی تبدیل کند ، پره های توربین های بادی با وزش باد می چرخند ، گردش پره‌ها محور درونی روتور را می‌چرخاند و بعد از تبدیل گشتاور به سرعت دورانی گیربکس ، انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود ، پره ها بسته به نوع فناوریشان در هر دقیقه با سرعت حدودا 13 تا 20 مرتبه می چرخند ، سرعت روتور وابسته به سرعت باد است.

در بعضی از کشور ها نیروگاه های بادی را به صورت ترکیبی با دیگر نیروگاه های آبی ، سوختی به کار میگیرند تا در زمان اوج مصرف ، بتواند مکملی برای آن ها باشد.

تولید برق توسط توربین های آبی

توربین آبی (Hydropower) یا نیروی مبتنی بر آب ماشین متحرکی است که از آب در حال حرکت انرژی می‌گیرد ، این توربین‌ها در قرن نوزده میلادی توسعه یافتند و تا پیش از تورین‌های برقی مهم‌ترین منبع تولید قدرت در صنایع بودند ، امروزه این توربین‌ها بیشتر برای تولید برق به کار میروند و بیشتر در سدها و رودخانه ها برای تبدیل انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل آب به برق مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نیروگاه های آبی برای تولید برق از نیروی جاذبه ی زمین و نیروی خورشید استفاده می کنند . به منظور توليد برق ، از حجم عظيمي از آب در جايي كه آب هاي جاري از سطوح بالاتر به سطوح پايين تر ، از ميان يك توربين عبور مي كنند ، استفاده مي شود

درحال حاضر 19 درصد برق کل دنیا توسط این نیروگاه ها تولید می شود.

تولید برق توسط توربین های بخار

توربین بخار (steam turbine) دستگاهی است که انرژی حرارتی از بخار دارای فشار می‌گیرد و از آن برای انجام کار مکانیکی به وسیله یک شافت چرخشی استفاده می‌کند. نوع مدرن توربین بخار در سال 1884 توسط سر چارلز پارسونز اختراع شد.

تولید برق از طریق زغال سنگ

ﺳﻮﺧﺖ ﻫﺎﻱ ﻓﺴﻴﻠﻲ (ﻧﻔﺖ ، ﮔﺎﺯ ﻃﺒﻴﻌﻲ ﻭ ﺯﻏﺎﻝ ﺳﻨﮓ) ﺍﺯ ﺟﻤﻠﻪ ﻣﻨﺎﺑﻊ ﻣﻬﻢ ﺍﻧﺮژﻱ ﺟﻬﺎﻥ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻛﻪ ﺍﻫﻤﻴﺖ ﺧﻮﺩ ﺭﺍ ﺑﻪ ﻋﻨﻮﺍﻥ ﺳﻮﺧﺖ ﺍﺯ ﮔﺬﺷﺘﻪ ﺗﺎ ﺑﻪ ﺣﺎﻝ ﺣﻔﻆ ﻛﺮﺩﻩ ﺍﻧﺪ ، ﺩﺭ ﺍﻳﻦ ﺑﻴﻦ ﺳﻬﻢ ﺯﻏﺎﻝ ﺳﻨﮓ ﺩﺭ ﺗﺄﻣﻴﻦ ﺳﻮﺧﺖ ﻧﻴﺮﻭﮔﺎﻩ ﻫﺎﻱ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺑﺮﻕ ﺑﻴﺶ ﺍﺯ ﺳﺎﻳﺮ ﺳﻮﺧﺖ ﻫﺎﻱ ﻓﺴﻴﻠﻲ ﺍﺳﺖ.

هر چند که ذغال سنگ از سوخت های ارزان فسیلی محسوب می شود، ولی حمل و نقل آن هزینه های زیادی دارد و علاوه بر آن برای تولید مقدار معینی برق نیاز به سوزاندن مقدار بسیار زیادی از این سوخت می باشد. برای مثال برای تولید هر 1000 مگاوات برق در روز نیاز به 8600 تن زغال سنگ می باشد ، اگر بخواهیم این مقدار را با معادل نیروگاه اتمی مقایسه کنیم به عدد 74 کیلوگرم اورانیوم می رسیم ، هزینه ی جاری تولید برق با این روش 2/4 سنت به ازای هر کیلووات ساعت است.

تولید برق توسط توده های زیستی (بیومَس)

سرگین حیوانات ، تراشه‌های درختان ، بخش‌هایی از گیاهان (مانند شاخه‌ها و برگ‌ها) ، مواد زباله‌های ارگانیک ، توده حیوانات پوسیده و … نمونه‌های بارز توده‌های زیستی هستند ، این مواد را می‌توان برای تولید گرما سوزاند و در تولید انرژی الکتریکی به کار گرفت ، همچنین می‌توان برخی از منابع را برای تولید گاز زیستی جوشاند ، گاز زیستی را می‌توان به سادگی سوزاند و با کمک گیاهان ، نیروی گاز زیستی را به برق تبدیل کرد ، توده‌های زیستی یکی از منابع نوید بخش و مهم انرژی تجدید پذیر هستند و استفاده از آن‌ها برای مقاصد تولید برق در حال افزایش است.

تولید برق توسط نیروگاه های اتمی

با دو روش فیسیون و فوزیون انرژی اتم آزاد می شود ، در روش رایج (فیسیون) با شکاف هسته اورانیم مقدار بسیار زیادی گرما تولید می شود ، هر کیلوگرم اورانیوم 5/3 درصد غنی شده حدود 20 میلیارد کیلوکالری گرما تولید می کند که این گرما می تواند 1026 مگاوات ساعت برق تولید کند ، این گرما ابتدا آب موجود در دیگ بخار نیروگاه را گرم می کند تا بخار تولید شود ، آنگاه این بخار با گرداندن توربین های نیروگاه، برق تولید می کند ، 17 درصد از برق و 4/6 درصد از کل انرژی دنیا از انرژی هسته ای تامین می شود.

به لحاظ هزینه ، هزینه ی غالب مربوط به ساخت نیروگاه است که قیمت بین المللی آن بین 1000 تا 1200 دلار در ازای هر کیلو وات ساعت برق است ، هزینه ی جاری تولید برق با چنین نیروگاهی بعد از ساخت، حدود 5/3 سنت در ازای هرکیلووات ساعت است. هزینه ی استخراج و غنی سازی اورانیوم برای هر کیلوگرم بستگی به معادن مربوط دارد که برای مثال در مورد ایران این رقم بین 80 تا 130 دلار است. همچنین سوخت آماده ی این نیروگاهها در بازار آمریکا حدود 180 دلار برای هر کیلوگرم می باشد.

تولید برق توسط نیروگاه های هیدروژنی

در این روش ئیدروژن به عنوان یک سوخت استفاده می شود که ابتدا باید از دیگر منابع انرژی تأمین شود ، این روش به عنوان یک روش پاک که تنها آب از خود بیرون می دهد و با بازدهی بالا ، برای اتومبیل های برقی گزینه ی مناسبی است ، برای مثال با 3 کیلوگرم ئیدروژن می شود تا مسافت 400 کیلومتر رانندگی کرد.

مهمترین مشکل این روش ، توزیع و ذخیره ی آسان آن است ، با این حال پیش بینی می شود تا 45 سال دیگر نیمی از اتومبیل ها با این سوخت کار کنند ، روشهای متعددی برای تهیه ی ئیدروژن وجود دارد که از جمله آنها می توان تکنیکهای شیمیایی ، هسته ای ، خورشیدی و بادی نام برد اما در حال حاضر ارزان ترین راه تهیه ی آن ، استفاده از واکنشهای شیمیایی روی گاز طبیعی است.

تولید برق توسط نیروگاه های خورشیدی

این مولدها بیشتر در مقیاس کوچک ساخته می شود ، به دو روش از خورشید جهت تولید برق استفاده می شود ، روش اول مبتنی بر گرمای خورشید است که در حاضر تلاش می شود که این مولدها در مقیاس بزرگ ساخته شود ، توان انرژی خورشیدی در هر متر مربع معادل یک کیلو ژول در هر ثانیه می باشد طوریکه 8 ساعت تابش خورشید معادل 8 کیلووات ساعت انرژی برق است.

روش دوم مبتنی بر نور خورشید است ، در این روش اشعه نور با بکارگیری خاصیت کوانتومی آن مستقیماً به برق تبدیل می شود ، در این روش که عمل تبدیل نور به برق از طریق صفحه ی نازکی به نام سلول انرژی انجام می شود ، بازده حدود 16 درصد است ، به عنوان مثال یک متر مربع یک سلول یک متر مربعی با بازده متوسط 10% در طی یک روز آفتابی در مجموع 800 وات ساعت برق تولید می کند ، در ایران هر نفر بطور متوسط حدود 2300 کیلووات ساعت در سال برق مصرف می کند (تولید برق ایران در سال: 163 گیگاوات ساعت / 70 میلیون نفر ). برای تولید این مقدار برق به وسیله ی سلولهای خورشیدی با بازده 10 درصد هر نفر نیاز به سلولی با 9 متر مربع مساحت دارد.

همچنین برای تأمین برق مصرفی کل ایران (خانه ها و صنابع و غیره) با سلولهای خورشیدی با آن بازده ، مجموعاً به سطحی معادل 25 در 25 کیلومتر لازم می باشد ، در حال حاضر برق تولیدی با این روش در دنیا 1200 مگاوات در سال است و با توجه به سرمایه گذاری هایی که در این زمینه انجام می شود این توان تولیدی با رشد 30 درصد در سال همراه است و پیش بینی می شود که تا سال 2020 ، 5 درصد از برق دنیا با این روش تولید شود ، هزینه تولید برق با این روش بسته به شدت نور موجود برای هر کیلووات ساعت ، بین 30 تا 60 سنت می باشد.