با وجود اینکه مدت زمان زیادی از کشف انرژی الکتریسیته و نحوه به خدمت گرفتن آن نمی‌گذرد اما به سرعت تبدیل به یکی از مهم‌ترین انرژی‌های لازم برای زندگی بشر شد. تولید برق در نیروگاه‌ها نیازمند استفاده از سایر منابع انرژی مانند گرما، آب، باد و یا خورشید می‌باشد. نیروگاه‌هایی که از آب, باد و یا حرارت استفاده می‌کنند پس از به حرکت درآمدن توربین‌های خود توسط منابع انرژی مورد استفاده ژنراتورها انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل نموده، اما در نیروگاه‌های خورشیدی به صورت مستقیم و با استفاده از فتوولتائیک، یا به صورت غیر مستقیم و با استفاده از سیستم‌های تمرکز نور انجام شود و یا حتی ترکیبی از هر دو نور خورشید به برق تبدیل می‌گردد.
یکی از مطرح‌ترین نیروگاه‌های تولید برق، نیروگاه‌های حرارتی می‌باشند، که در ادامه مقاله به معرفی آن خواهیم پرداخت
نیروگاه حرارتی چیست؟
اساس کار نیروگاه‌های حرارتی، گرما و حرارت است. انرژی گرمایی در توربین تبدیل به انرژی مکانیکی شده و ژنراتور انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. سوخت مورد نیاز این نیروگاه‌ها از سوخت‌هایی مانند زعال سنگ، گازوئیل، مازوت و یا گاز طبیعی به‌دست می‌آید.
در این نیروگاه‌ها حرارت توسط سوخت‌های فسیلی ایجاد سپس به صورت بخار یا گاز با برخورد به پره‌های توربین باعث چرخش و به حرکت درآمدن آن می‌شوند.
انواع نیروگاه‌های حرارتی
به‌طور کلی نیروگاه‌های حرارتی شمال سه دسته زیر می‌باشند:
- نیروگاه بخار
- نیروگاه گازی
- نیروگاه سیکل ترکیبی
که در ادامه هریک ازآن‌ها را بررسی می‌کنیم
نیروگاه بخار
نیروگاه‌های بخار از انرژی حاصل از گرما و بخار آب برای تولید برق استفاده می‌کنند. در این نوع نیروگاه‌ها، آب به شدت گرما داده می‌شود تا به شکل بخار تبدیل شود و سپس از طریق توربین‌ها به ژنراتورها واگذار می‌شود تا انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند
مزایای نیروگاه‌های بخار
سیکل راندمان بالا: نیروگاه‌های بخار، به‌خصوص نیروگاه‌هایی که از سیکل ترکیبی استفاده می‌کنند، دارای راندمان بالایی هستند. در این نیروگاه‌ها، به دلیل استفاده از بخار به عنوان محمل انتقال انرژی، می‌توان پسماندهای حرارتی را به شکل بهینه به کار برد و راندمان بالایی را دست‌یابی کرد.
منابع سوخت متنوع: نیروگاه‌های بخار می‌توانند از انواع مختلف سوخت‌ها استفاده کنند، از جمله ذغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و همچنین سوخت‌های پایدار مانند بیوماس. این امر حاکی از چابکی و انعطاف‌پذیری در استفاده از منابع سوخت آنها است.
کم‌ترین آلایندگی هوا: به‌طور معمول، نیروگاه‌های بخار با استفاده از روش‌های پیشرفته فنی می‌توانند آلاینده‌های مخرب هوا را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش دهند. در نیروگاه‌های بخار، فن‌های فیلتراسیون، سیستم‌های جذب گازها و تکنولوژی‌های تمیزی دیگر استفاده می‌شود تا آلاینده‌های احتمالی را به حداقل برسانند.
قابلیت استفاده به‌صورت تلفیقی: نیروگاه‌های بخار می‌توانند با دیگر منابع تولید برق مانند نیروگاه‌های بادی یا خورشیدی ترکیب شوند. این امکان باعث افزایش استفاده بهینه از منابع انرژی متنوع و تولید برق پایدارتر می‌شود.
پاسخگویی سریع: نیروگاه‌های بخار با توجه به ناپایداری‌هایی مانند تغییرات ناگهانی بار برق در شبکه، قابلیت انطباق سریع را دارند و می‌توانند در مدت زمان کوتاهی به بارهای بالا و پایین پاسخ دهند.
استفاده از نیروگاه‌های بخار به عنوان منبع تولید برق پایدار می‌تواند در کاهش آلودگی هوا و افزایش دسترسی به برق پایدار و قابل اعتماد در جوامع مختلف موثر باشد. اما همچنان نیاز به ادامه پژوهش‌ها و پیشرفت در فناوری‌های مرتبط و استفاده بهینه از منابع انرژی وجود دارد.
نیروگاه گازی
در نیروگاه گازی هوا به عنوان سیال عامل شناخته می‌شود. کار این نیروگاه‌ها بر اساس سیکل برایتون است. نیروگاه گازی دارای توربین گازی می‌باشد که سه جزء اصلی کمپرسور، اتاق احتراق و توربین گاز دارد. نحوهٔ به کار افتادن روتورها در این نیروگاه‌ها بدین صورت است که سیال ورودی وارد کمپرسور شده و پس از تراکم و کمی گرم شدن وارد اتاق احتراق شده و توسط سوخت احتراق صورت می‌گیرد و سپس هوای داغ حاصل که کار همان بخار داغ را در توربین بخار انجام می‌دهد وارد توربین گازی شده و باعث چرخاندن ژنراتور می‌شود. کمپرسور به کار رفته در نیروگاه گازی همانند توربین می‌باشد.
از مزایای نیروگاه گازی می‌توان به ارزان بودن به علت تجهیزات كم، نصب و راه‌اندازی سریع، تعداد پرسنل كم، كوچکتر بودن نسبت به نیروگاه بخار و عدم نیاز به آب (جز خنک‌كاری و شست‌وشو) اشاره کرد. و معایب آن بازده كم، آلودگی زیست‌محیطی و عمر كم (به دلیل فرسوده شدن توربین و كمپرسور) می‌باشد.
نیروگاه سیکل ترکیبی
نیروگاه سیکل ترکیبی در واقع ترکیبی از توربین بخار و توربین گازی می‌باشد به نحوی که ژنراتور توربین گازی برق را تولید می‌کند، در عین حال انرژی حرارتی تلف شده از توربین گاز (توسط محصولات احتراق) برای تولید بخار مورد نیاز توربین بخار مورد استفاده قرار می‌گیرد و به این طریق برق اضافی تولید می‌شود.اگر توربین گاز به صورت سیکل ترکیبی نباشد، گازهای خروجی آن، که می‌توانند تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد دما داشته باشند، مستقیماً وارد هوا شده و انرژی باقی‌مانده در آن هدر می‌رود. در حالی که در نیروگاه سیکل ترکیبی، از این انرژی استفاده شده و بویلر توربین بخار بدون نیاز به سوخت، بخار آب تولید می‌کند. بنابراین، با استفاده از این روش، راندمان سیکل افزایش می‌یابد.
نیروگاه‌های حرارتی در ایران
در ایران بیش از ۸۰ درصد نیروگاه‌ها، نیروگاه‌های حرارتی می‌باشند. طبق اعلام وزارت نیرو (آذر ۱۴۰۱) ظرفیت نیروگاه‌های حرارتی کشور به مرز ۷۳ هزار مگاوات رسیده است همچنین ۶۰۴ واحد تولید برق حرارتی در ۱۳۴ نیروگاه کشور احداث شده است. تعداد واحدهای حرارتی تحت مالکیت بخش خصوصی و صنایع بزرگ ۳۹۶ واحد و ظرفیت نیروگاه‌های حرارتی بخش خصوصی بیش از ۴۹ هزار مگاوات می‌باشد.
مزایای نیروگاه حرارتی
- هزینه کمتر در ساخت نیروگاه حرارتی نسبت به سایر نیروگاه‌ها
- هزینه سوخت کمتر
- فضای کمتر مورد نیاز نسبت به نیروگاه آبی
- امکان ساخت در هر منطقه‌ای به شرط فراهم شدن شرایط (سوخت و آب)
معایب نیروگاه حرارتی
- اثرات مخرب بر محیط زیست به دلیل آلودگی هوا و افزایش گازهای گلخانه‌ای
- بازدهی پایین که حدود ۳۰٪ است
- نیاز به منابع آبی بسیار
- هزینه تعمیرات و نگهداری بالا
