-
تولید برق با روش متمركز
تولید برق با روش متمركز زمانی امكان‌پذیر شد كه معلوم شد با استفاده از ترانسفورماتورهای قدرت و تغییر ولتاژ برق، خطوط جریان متناوب می‌توانند نیروی برق را با هزینه كم به مسافت‌های دور انتقال دهند. با تأمین برق از طریق فن‌آوری‌های مورد استفاده انسان حداقل به مدت ۱۲۰ سال نیروی برق از منابع مختلف انرژی تولید شده است. اولین نیروگاهها با مصرف چوب برق تولید كردند در حالیكه اكنون برای تولید برق بطور عمده ما به ذغال سنگ، انرژی هسته‌ای، گاز طبیعی، نیروی برق آبی و نفت و به مقدار كم انرژی خورشیدی، انرژی حاصل از كنترل جذر و مد، ژنراتورهای بادی و منابع زمین گرمائی متكی هستیم.
بسیاری از نیروگاههای ذغال سنگی مانند نیروگاه Laughlin در نوادا به دلیل كنترل آلودگی محیط زیست تعطیل شده‌اند.
● تقاضای برق
نیاز یا تقاضای برق را به دو طریق مختلف می‌توان تأمین كرد. روش اول برای شركت‌های خدماتی دولتی و یا خصوصی. در این روش شركت‌های خدماتی به منظور تولید و انتقال برق لازم پروژه‌های متمركز با مقیاس بزرگ اجرا می‌كنند. تعداد بسیاری از این پروژه‌ها اثرات ناخوش‌آیند زیست محیطی مانند آلودگی هوا و یا آلودگی تشعشعات مضر داشته و یا منطقه وسیعی از زمین را دچار سیلاب كرده‌اند.
سیستم تولید برق و توزیع آن در مكان‌های مسیر شبكه با مقیاس كوچك‌تر. این مكان‌ها غالباً از برق تولیدی به عنوان محصول فرعی برای سایر فرآیندهای صنعتی استفاده می‌كنند مانند استفاده از گاز حاصل از دفن ذباله برای به حركت درآوردن توربین‌ها.
● روش‌های تولید برق
سدهای بزرگ مانند سد هور Hoover Dam می‌توانند مقادیر قابل توجهی نیروی برق آبی تولید كنند. توربین‌های در حال چرخش كه به ژنراتورهای الكتریكی متصل هستند حجم زیادی برق تولید می‌كنند كه از نظر تجاری بسیار قابل توجه است. در این روش توربین‌ها به وسیله مایعی (آب) به حركت درمی‌آیند كه این مایع مانند حامل و واسطه انرژی عمل می‌كند. مایعاتی كه نوعاً مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از:
▪ بخار آب مایع
آب با حرارت حاصل از گداخت هسته‌ای (شكافت اتمی) یا احتراق سوخت‌های فسیلی از جمله ذغال‌سنگ، گاز طبیعی یا نفت می‌جوشد. بعضی از نیروگاههای جدیدتر از نور خورشید به عنوان منبع حرارت استفاده می‌كنند. تجهیزات نیروگاههای خورشیدی نور خورشید را برای گرم كردن مایع ناقل حرارت كه سپس برای تولید بخار استفاده می‌شود متمركز می‌كنند.
▪ آب
تیغه‌های توربین بوسیله آب در حال جریان كه توسط سدهای برق آبی یا نیروهای مدی تولید می‌شود حركت می‌كنند و برق تولید می‌كنند.
▪ باد
اغلب توربین‌های بادی از بادی كه به طور طبیعی می‌وزد برق تولید می‌كنند. برج‌های خورشیدی برای تولید برق از انرژی باد مصنوعی استفاده می‌كنند. با گرم كردن دودكش بوسیله نور خورشید باد مصنوعی در داخل دودكش تولید می‌شود.
▪ گازهای گرم
توربین نیروگاهها مستقیماً به وسیله گازهای تولید شده از طریق احتراق گاز طبیعی یا نفت می‌چرخند.
توربین‌های گازی نیروگاههای سیكل تركیبی به وسیله بخار آب و همچنین توسط گاز حركت می‌كنند. این گونه توربین‌ها با احتراق گاز طبیعی در توربین گازی نیروی برق تولید می‌كنند و از حرارت مازاد (باقیمانده) برای تولید برق بیشتر از بخار آب استفاده می‌كنند.
● موتورهای پیستونی (رفت و برگشتی)
ژنراتورهای كوچك تولید برق غالباً به وسیله موتورهای پیستونی كه از سوخت‌های گازوئیل، بیوگاز (زیست توده) یا گاز طبیعی استفاده می‌كنند برق تولید می‌كنند. موتورهای دیزلی غالباً برای پشتیبانی تولید برق معمولاً با ولتاژ پائین استفاده می‌شوند. بیوگاز در محل تولید آن یعنی محل دفن ذباله یا تصفیه خانه‌های فاضلاب به وسیله موتورهای پیستونی یا میكروتوربین‌ها (توربین‌های گازی كوچك) می‌سوزد و برق تولید می‌كند.
● پانل‌های فتوولتائیك
برخلاف سیستم‌های متمركزكننده حرارت خورشیدی فوق‌الذكر، پانل‌های فتوولتائیك نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل می‌كنند. اگرچه نور خورشید مجانی است و به اندازه وفور در طبیعت وجود دارد ولی تولید برق از طریق انرژی خورشیدی به دلیل هزینه زیاد پانل‌ها هنوز معمولاً تا اندازه‌ای گران‌تر از نیروگاههای بزرگ كه به طریق مكانیكی برق تولید می‌كنند است. اگرچه هزینه سلول‌های خورشیدی سیلیكون با راندمان پائین در حال كاهش است. سلول‌های خورشیدی كه دارای چند انشعاب هستند و راندمان تبدیل آنها نزدیك به ۳۰ درصد است اكنون به صورت تجاری در دسترس می‌باشد. از این نوع سلول‌های خورشیدی در سیستم‌های تجربی بیش از ۴۰ درصد راندمان نشان داده شده است. تا چند سال اخیر از انرژی خورشیدی در قالب فتوولتائیك اغلب در نقاط دورافتاده استفاده می‌شد جائیكه به شبكه برق تجاری دسترسی وجود نداشت و یا از این سیستم‌ها به عنوان منبع برق مكمل برای خانه‌های تكی یا محل كار جدا از سایرین استفاده می‌شد. پیشرفت‌های اخیر در راندمان ساخت و فن‌آوری نیروگاههای فتوولتائیك همراه با یارانه‌های تخصیص یافته مربوط به نگرانی‌های زیست محیطی باعث آماده‌سازی پانل‌های خورشیدی با سرعت هرچه بیشتر شده است. ظرفیت خورشیدی نصب شده با سرعت ۳۰ درصد در سال در چندین منطقه از جمله آلمان، ژاپن، كالیفرنیا و نیوجرسی در حال افزایش است.
● سایر روش‌های تولید برق
برای تولید برق فن‌آوری های مختلف دیگری مطالعه شده و توسعه یافته است. تولید برق به صورت یكپارچه و بدون سنجش‌های متحرك در كاربردهای قابل حمل بسیار جالب توجه است. در این زمینه دستگاههای ترموالكتریك (TE) تا حد زیادی شایع شده است، اگرچه سیستم‌های ترمویونیك (TI) و ترموفتوولتائیك (TPV) نیز ساخته شده و گسترش یافته است.
در مقایسه با سیستم‌های TI و TPV تجهیزات TE نوعاً در درجات حرارت پائین‌تری مورد استفاده قرار می‌گیرند. تجهیزات پنروالكتریك روش دیگری برای تولید برق با سیستم مكانیكی مخصوصاً برای جمع كردن نیروی برق است. بتاولتائیك‌ها Betavoltaics نوع دیگری از ژنراتورهای یكپارچه هستند كه از متلاشی كردن اتم‌های رادیواكتیو، برق تولید می‌كنند.
تولید برق مگنتوهیدرودینامیك Magnetohydrodynamic (MHD) به عنوان روشی برای دریافت نیروی برق از رآكتورهای هسته‌ای و همچنین از سیستم‌های احتراق سوخت سنتی مورد مطالعه قرار گرفته است.
تولید برق به روش الكتروكمیكال Electrochemical نیز در كاربردهای قابل حمل و متحرك حائز اهمیت است. هم اكنون در اغلب روش‌های تولید برق الكتروكمیكال از فن‌آوری سلول‌های الكتروكمیكال مسدود (باطری) استفاده می‌شود كه بیشتر به عنوان سیستم‌های ذخیره انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. درمورد سیستم‌های الكتروكمیكال باز كه به عنوان پیل سوختی (Fuel cells) مشهور هستند مطالعات گسترده‌ای به عمل آمده و در سال‌های اخیر توسعه یافته است. پیل‌های سوختی را می‌توان برای دریافت و مصرف برق از سوخت‌های طبیعی یا از سوخت‌های مصنوعی (عمدتاً هیدروژن الكترولیتیك) مورد استفاده قرار داد و بنابراین می‌توان آنها را از دیدگاه سیستم‌های تولید برق یا سیستم‌های ذخیره برق مورد توجه قرار داد كه به مورد استفاده آنها نیز بستگی دارد.
منبع: منبع : Wikipedia
مجله بولتن بین الملل
