10 مورد از انواع روش‌های تولید برق
هر سال مصرف جهانی برق در حال افزایش است؛ بنابراین ما باید از انواع روش‌های تولید برق برای به دست آوردن این انرژی استفاده کنیم. ما درک می‌کنیم که چه فناوری‌هایی برای تولید برق وجود دارد و چگونه بر محیط‌زیست تأثیر می‌گذارد. در این مقاله همراه ما باشید تا در مورد تولید برق و انواع روش‌های آن بیشتر بدانید.
استفاده از نیروگاه‌های حرارتی به‌عنوان منبع انرژی
آمارها نشان می‌دهد که در سال 2021، حدود 62 درصد از برق جهان با استفاده از نیروگاه‌های حرارتی (TPP) تولید شده است. این نیروگاه‌ها با سوخت آلی یا گاز طبیعی، زغال‌سنگ، نفت کوره، زغال‌سنگ نارس، شیل نفتی کار می‌کنند. در این نیروگاه‌ها انواع روش‌های تولید برق مورد آزمایش قرار می‌گیرد. در این روش آب گرم شده در دیگ به بخار تبدیل می‌شود و پس از آن به توربین بخار می‌رسد. در نتیجه چرخش آن، انرژی مکانیکی به جریان الکتریکی یا برق تبدیل می‌شود.
مزیت نیروگاه‌های حرارتی این است که هزینه ساخت و نگهداری وسایل نسبتاً پایین است؛ اما هنگام تولید برق، مقادیر زیادی CO2 و سایر گازهای گلخانه‌ای که باعث تغییرات آب‌وهوایی شده و مواد مضری مانند مونوکسید کربن، اکسید گوگرد، خاکستر و دی‌اکسید گوگرد در جو منتشر می‌شود. این مواد منجر به افزایش خطر ابتلا به بیماری‌های مختلف می‌شوند. کاهش سریع ذخایر منابع طبیعی نیز نگرانی‌هایی را ایجاد می‌کند. به گفته وزارت منابع طبیعی، ذخایر نفت به‌زودی تمام خواهد شد. ذخایر نفت در جهان حدود 50 سال دیگر تمام خواهد شد.
با در نظر گرفتن موارد فوق، بسیاری از کشورها انتقال فعال به انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی‌های خورشیدی، بادی و غیره را آغاز کرده‌اند و در حال امتحان‌کردن انواع روش‌های تولید برق هستند که برای طبیعت ایمن‌تر است. انرژی هسته‌ای و آبی هنوز جزو انواع روش‌های تولید برق مورد تقاضا هستند. تضمین دسترسی همگانی به انرژی پاک یکی از اهداف توسعه پایدار (SDGs) سازمان ملل متحد (UN) است.
امروزه توجه بیشتری به موضوع به دست آوردن انرژی الکتریکی با روش‌های جایگزین می‌شود. چگونه برق به دست بیاوریم؟ به‌زودی بشریت با مشکل کمبود نفت، گاز و زغال‌سنگ مواجه خواهد شد. در اینجا یک سؤال منطقی مطرح می‌شود که بعد از آن چه خواهیم کرد؟ به‌هرحال بدون برق، جهان در هرج‌ومرج کامل خواهد بود؛ زیرا تمام شبکه‌های جهانی با مصرف برق کار می‌کنند. پایان دوره هیدروکربنی ممکن است به چه چیزی منجر شود؟
دانشمندان چندین دهه است که این مشکل را با انواع روش‌های تولید برق حل کرده‌اند. امروزه پیشرفت‌های بیشتری در ارتباط با به دست آوردن جریان الکتریکی از منابع جایگزین به دست آمده است. برخی از آنها توسط انسان با موفقیت استفاده می‌شود. بسیاری از کشورهای جهان شروع به استفاده از نیروهای طبیعت برای تبدیل انرژی آنها به برق کرده‌اند. اخبار اغلب در مورد افتتاح نیروگاه‌های جدید که با استفاده از نیروی باد، نیروی جزر و مد، انرژی خورشیدی و غیره کار می‌کنند گزارش می‌دهد.
به‌منظور کاهش مصرف برق و ایجاد شرایط مطلوب برای کارکرد تجهیزات، دانشمندان از انواع روش‌های تولید برق و تثبیت‌کننده ولتاژ سه‌فاز یا دستگاه‌های تثبیت‌کننده خانگی استفاده می‌کنند. این امر باعث می‌شود تا مشکلات مربوط به نوسانات ولتاژ در زندگی روزمره و در محل کار تا حدی حل شود و همچنین شرایط اقتصادی مفیدی برای مصرف آن ایجاد می‌کند. با کاهش منابع و ایجاد نگرانی‌ها در مورد انرژی، ما شروع به توجه بیشتر به صرفه‌جویی در منابع انرژی و بهبود کیفیت مصرف آنها کرده‌ایم.
معرفی انواع روش‌های تولید برق
امروزه بشر راه‌های زیادی برای تولید جریان الکتریکی از طریق پدیده‌های طبیعی ایجاد کرده است. ما تصمیم گرفتیم درباره مورد از انواع روش‌های تولید برق صحبت کنیم. شاید برخی از شما بگویید که انواع روش‌های تولید برق از نظر اقتصادی گران و ناکارآمد هستند؛ اما این بدان معنا نیست که بشریت این روش‌ها را رها خواهد کرد. این روش‌های نوآورانه به‌زودی می‌توانند توسط انسان‌ها به‌عنوان منابع جدید جریان الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند. تاریخ به ما می‌گوید که حتی با ظهور نفت، بشریت این منبع طبیعی را ناکارآمد و ناشناخته می‌دانست؛ اما امروزه در بسیاری از زمینه‌های فعالیت ما از نفت استفاده می‌شود. امروز ما هنوز نمی‌توانیم با اطمینان بگوییم که بشریت کدام یک از انواع روش‌های تولید برق را برای تأمین انرژی مورد نیاز خود به کار می‌برد. شاید یکی از روش‌هایی که در زیر توضیح می‌دهیم به یک جایگزین ثابت برای تولید برق تبدیل شود.
تولید برق با استفاده از آب دریا
ذخایر آب‌نمک در این سیاره بسیار زیاد است؛ بنابراین دانشمندان تصمیم گرفتند نیروگاهی ایجاد کنند که بر روی این منبع کار کند. در این مکانیسم از انواع روش‌های تولید برق انرژی الکتریکی با استفاده از فناوری اسمز استفاده می‌شود. این روش به اندازه نیروگاه‌های هسته‌ای کارآمد نیست؛ اما از آن رو قابل اعتنا است که آسیب چندانی به محیط‌زیست وارد نمی‌کند. انرژی الکتریکی عمدتاً توسط انرژی مکانیکی از چرخش توربین تولید می‌شود. تولید برق به طور کلی با استفاده از منابع انرژی تجدیدناپذیر (استفاده از مواد خام مانند گاز طبیعی، زغال‌سنگ، نفت کوره یا سوخت دیزل به‌عنوان سوخت) و از منابع انرژی تجدیدپذیر اتفاق می‌افتد.
تولید برق با گرمای زمین
در نیروگاه‌های زمین گرمایی (GeoTES)، انرژی الکتریکی با استفاده از انرژی حرارتی از روده‌های زمین تولید می‌شود. اصل عملیات مشابه نیروگاه‌های حرارتی است؛ اما نیازی به سوزاندن سوخت نیست؛ زیرا گرما به لطف آب‌فشان‌ها در حال حاضر به شکل بخار یا آب گرم در دسترس است. تولید برق در نیروگاه‌های زمین گرمایی یکی از انواع روش‌های تولید برق است که فارغ از کاربردی بودن آن می‌تواند هزینه‌های بسیار بالایی برای دولت‌ها داشته باشد.
همان‌طور که می‌دانید. گرمای زمین یکی از منابع پایان‌ناپذیر انرژی است. هسته سیاره ما به اندازه سطح خورشید داغ است. اغلب، انرژی حرارتی از اعماق زمین به سطح آن در نزدیکی گسل‌های تکتونیکی نفوذ می‌کند. به همین دلیل است که بیشترین تعداد ایستگاه‌های زمین گرمایی (GeoTES) در کشورهایی با فعالیت لرزه‌ای بالا مانند ایالات متحده آمریکا، اندونزی، فیلیپین، ترکیه و نیوزیلند وجود دارد.
نیروگاه‌های زمین گرمایی انرژی حرارتی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و یکی از انواع روش‌های تولید برق به شمار می‌روند. بخار آب از چاه‌ها وارد یک توربین بخار می‌شود که به یک ژنراتور متصل است؛ اما همراه با بخار آب، گازهای تهاجمی و ناخالصی‌های جامد از اعماق بیرون می‌آیند که می‌تواند به توربین آسیب برساند. بنابراین در برخی از نیروگاه‌های زمین گرمایی از بخار فقط برای گرم کردن ماده خالص دیگری با نقطه‌جوش کم استفاده می‌شود. برخلاف خورشید و باد، منابع زمین گرمایی پایدار و قابل اعتماد هستند؛ اما برای رسیدن به دمای مورد نیاز، شما باید معادن را به عمق بیش از 1 کیلومتر حفر کنید.
تولید برق با سلول‌های سوختی
امروزه یک نیروگاه نیز ساخته شده است که روی پیل‌های سوختی تا ظرفیت 0.5 گیگاوات کار می‌کند. این نیروگاه با سوزاندن سوخت در عنصری کار می‌کند که انرژی گرمایی را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند. این در اصل یک دیزل ژنراتور است که از سوخت دیزل یا ژنراتور استفاده نمی‌کند. مزیت انواع روش‌های تولید برق از طریق سلول‌های سوختی این است که نیروگاه محیط‌زیست را آلوده نکرده و اصلا محصولات احتراق را در جو منتشر نمی‌کند. علاوه بر این چنین منبع انرژی الکتریکی بازده بالایی دارد و یکی از کارآمدترین انواع روش‌های تولید برق به شمار می‌رود.
تولید برق با ژنراتورهای حرارتی
به گفته دانشمندان یکی از انواع روش‌های تولید برق استفاده از انرژی گرمایی است. این تئوری بیش از 100 سال قدمت دارد؛ اما امروزه به دلیل استفاده گسترده از فناوری‌های صرفه‌جویی در انرژی رایج شده است. امروزه از این روش در مقیاس صنعتی نیز استفاده می‌شود.
تولید برق با ژنراتورهای پیزوالکتریک
جالب است که دانشمندان از هیچ یک از انواع روش‌های تولید برق صرف‌نظر نمی‌کنند. آنها می‌گویند حتی از انرژی جنبشی نیز می‌توان برق تولید کرد. بر این اساس، قانون بقای انرژی جنبشی مبنای کار روی تولید برق در تأسیسات آزمایشی یا ژنراتورهای پیزوالکتریک شد. از این روش به‌عنوان یک آزمایش در مناطق پر ترافیک، ایستگاه‌های راه‌آهن و مترو استفاده می‌شود. حتی ایده‌ای برای ایجاد مراکز تناسب اندام و سالن‌های بدنسازی “سبز” نیز وجود دارد که در آن بازدیدکنندگان می‌توانند با حرکات خود تا 3.6 مگاوات برق در سال تولید کنند.
تولید برق با نانو ژنراتورها
آیا می‌دانید ریز نوسانات در بدن انسان رخ می‌دهد که می‌تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود؟ از نانو ژنراتورها برای تبدیل ارتعاشات کوچک بدن انسان به جریان الکتریکی استفاده می‌شود. از چنین فناوری‌هایی می‌توان برای شارژ دستگاه‌های تلفن همراه نیز استفاده کرد. از هر حرکت انسانی می‌توان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد. امروزه پیشرفت‌های زیادی وجود دارد که ترکیبی از نانو ژنراتورها و سلول‌های خورشیدی است و این یعنی هر حرکت انسان‌ها یکی از انواع روش‌های تولید برق به شمار می‌رود.
تولید حرارتی برق
تولید برق از منابع تجدیدناپذیر شامل تولید حرارتی است. برق در نیروگاه‌های حرارتی (TPP) تولید می‌شود که شامل دو نوع میعان کننده (CHP) حرارت و توان ترکیبی (CHP) هستند. اصل کار آنها یکسان است. تنها تفاوت این است که CPPها عمدتاً برق تولید می‌کنند؛ در حالی که نیروگاه‌های CHP نیز انرژی حرارتی مورد استفاده برای گرمایش و تأمین آب گرم را نیز تولید می‌کنند. در این روش یک توربین توسط انرژی حرارتی به شکل بخار به حرکت درمی‌آید. تولید کنندگان برای تولید برق به این روش شرکت‌های گاز را در نیروگاه‌های حرارتی خود به‌عنوان سوختی سازگارتر با محیط‌زیست ترجیح می‌دهند و به‌تدریج زغال‌سنگ و سایر انواع سوخت‌ها را کنار می‌گذارند.
نیروگاه‌های حرارتی منحصرا فقط به تولید برق و گرما می‌پردازند؛ در حالی که دیگ خانه‌ها انرژی حرارتی تولید می‌کنند که برای گرم‌کردن محل‌ها و تأمین آب گرم به مصرف‌کنندگان ارسال می‌شود. دیگ خانه‌ها نسبت به نیروگاه‌های حرارتی که الکتریسیته نیز تولید می‌کنند، از نظر بهره‌وری انرژی، به طور قابل‌توجهی پایین‌تر هستند؛ بنابراین شرکت‌هایی که هنوز خانه‌های دیگ بخار دارند به‌تدریج آنها را رها کرده و بار را به نیروگاه‌های حرارتی هدایت می‌کنند که باعث بهبود راندمان عملیاتی و صرفه‌جویی در سوخت می‌شود.
انواع روش‌های تولید برق با آب
در نیروگاه‌های برق آبی (HPP) یک توربین توسط جریان آب می‌چرخد. معمولاً سدی برای مسدود کردن رودخانه ساخته شده و یک مخزن نیز در نقطه همپوشانی تشکیل می‌شود. سد دارای حفره‌های آب‌گیری ویژه‌ای است که آب از طریق لوله‌ها به سمت توربین جریان می‌یابد، آن را می‌چرخاند و به سفر خود به بستر رودخانه واقع در زیر سطح مخزن ادامه می‌دهد. توربین دوار یک ژنراتور را به حرکت درمی‌آورد که مستقیماً برق تولید می‌کند؛ بنابراین انرژی جریان آب به الکتریسیته تبدیل می‌شود. دینامیک تولید برق آبی تحت‌تأثیر سطح آب در مخازن است. هرچه سطح آب بالاتر باشد، خروجی بیشتر است. یکی از مزیت‌های انواع روش‌های تولید برق با آب هزینه کم برق در مقایسه با تولید حرارتی است.
تولید برق از باد
نیروگاه‌های بادی پس از نیروگاه‌های خورشیدی دومین روش محبوب تولید انرژی‌های تجدیدپذیر هستند. بیشترین تعداد ژنراتورهای بادی در چین است که ظرفیت آن 20 گیگاوات است که برای تأمین انرژی یک کشور کوچک کافی است. یک مولد باد انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. باد پره‌ها و محور متصل به روتور ژنراتور را می‌چرخاند. در چنین ژنراتوری، یک سیم‌پیچ و یک میدان مغناطیسی برای تولید جریان متناوب برهم‌کنش می‌کنند که در نتیجه آن باد به جریان مستقیم الکتریسیته تبدیل می‌شود.
هر سال، ژنراتورهای بادی بزرگ‌تر می‌شوند و هرچه پره‌های آنها پهن‌تر باشد، بازده بالاتری دارند. گسترده‌ترین توربین بادی جهان در چین واقع شده است. پره‌های آن دایره‌ای به قطر 242 متر را می‌پوشانند و انرژی تولید شده برای تأمین انرژی 20 هزار خانه خصوصی را تولید می‌کنند. سرعت باد مورد نیاز برای استقرار نیروگاه بادی از 4.5 متر بر ثانیه است. از آنجایی که سرعت باد با افزایش ارتفاع افزایش می‌یابد، سعی می‌کنند روی یک تپه نیروگاه‌های بادی بسازند. خود مولدهای بادی 30-60 متر ارتفاع دارند.
تولید برق در نیروگاه‌های خورشیدی
نیروگاه‌های خورشیدی (SPP) از تعداد زیادی پنل خورشیدی تشکیل شده‌اند که اغلب نمایانگر یک فتوسل است که یک دستگاه نیمه‌هادی است که انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. نیروگاه‌های خورشیدی (SPP) از نظر ظرفیت نصب شده در بین سایر منابع انرژی تجدیدپذیر مدرن اولین هستند. آنها 28 درصد از ظرفیت تمام منابع انرژی تجدیدپذیر روی زمین را تشکیل می‌دهند. به عبارت دیگر، در برخی جاها آینده از قبل فرا رسیده است.
برق در نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از اثر فوتوالکتریک تولید می‌شود. نور خورشید تابش فوتون‌های ذرات است. آنها به سمت پنل خورشیدی حرکت می‌کنند که حاوی دو لایه مواد نیمه‌هادی است. تعداد زیادی الکترون در یک لایه و تعداد کمی در لایه دیگر وجود دارد. وقتی فوتون‌ها وارد یک نیمه‌هادی می‌شوند، باعث می‌شوند که الکترون‌ها بین لایه‌های نیمه‌هادی به گردش درآیند و الکتریسیته تولید کنند. انرژی استخراج شده در باتری‌ها ذخیره می‌شود؛ زیرا خورشید بی‌ثبات است و در شب اصلا نمی‌تابد. مهندسان اکنون به طور فعال به دنبال مواد رسانای ایده‌آل برای پنل‌های خورشیدی هستند تا کارایی آنها را بهبود بخشند و همچنین راه‌هایی برای ذخیره انرژی، از باتری‌های قدیمی خودروهای الکتریکی گرفته تا هیدروژن پیدا کنند.
سخن پایانی
امروزه آژیر خطر پایان‌یافتن انرژی‌های تجدیدناپذیر مانند نفت و گاز به صدا درآمده است. همین سبب شده است که دانشمندان و کشورهای مختلف به دنبال یافتن انواع روش‌های تولید برق از منابع دیگری باشند. در این مطلب در مورد 10 روش صحبت کردیم که به‌وسیله آن تولید برق امکان‌پذیر است. برخی از این روش‌ها کاربردی‌تر هستند و به احتمال بیشتر روزنه امیدی برای تولید انرژی الکتریکی در آینده خواهند بود.
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.