تهیه و ترجمه : مهندس حبیب کرمی پور

در دنیا 5 منبع انرژی ,که تقریبا تمام برق دنیا را مهیا می کنند , وجود دارد. آنها ذغال سنک, نفت خام, گاز طبیعی , نیروی آب و انرژی هسته ای هستند. تجهیزات هسته ای , ذغالی و نفتی از چرخه بخار برای برگرداندن گرما به انرژی الکتریکی : بر طبق ادامه متن : استفاده می کنند.

نیروگاه بخاری از آب بسیار خالص در یک چرخه یا سیکل بسته استفاده می کند. ابتدا آب در بویلرها برای تولید بخار در فشار و دمای بالا گرما داده می شود که عموما دماو فشارآن در یک نیروگاه مدرن به 150 اتمسفرو550 درجه سانتیگراد می رسد. این بخار تحت فشار زیاد توربینها را ( که آنها هم ژنراتورهای الکتریکی را می گردانند , و این ژنراتورها با توربینها بطور مستقیم کوپل هستند ) می گردانند یا اصطلاحا درایو می کنند. ماکزیمم انرژی از طریق بخار به توربینها داده خواهد شد فقط اگر بعداً همان بخاراجازه یابد در یک فشار کم ( بطور ایده آل فشار خلاء) از توربینها خارج شود . این مطلب می تواند توسط میعان بخار خروجی به آب بدست آید.

سپس آب دوباره بداخل بویلرها پمپ می شود و سیکل دوباره شروع می گردد. در مرحله تقطیر مقدرا زیادی از گرما مجبور است از سیستم استخراج شود. این گرما در کندانسور که یک شکل از تبادل کننده گرمایی است , برداشته می شود. مقدار بیشتری از گرمای آب ناخالص وارد یک طرف کندانسور می شود و آن را از طرف دیگر ترک می کند بصورت آب گرم , داشتن گرمای به اندازه کافی استخراج شده از بخار داغ برای تقطیر آن به آب. در هیچ نقطه ای نباید دو سیستم آبی مخلوط شوند. در یک سایت ساحلی آب ناخالص داغ شده به سادگی به دریا برگشت داده می شود در یک نقطه با فاصله کوتاه. یک نیروگاه 2 GW به حدود 60 تن آب دریا در هر ثانیه احتیاج دارد. این برای دریا مشکل نیست , اما در زمین تعداد کمی از سایتها می توانند اینقدر آب را در یک سال ذخیره کنند. چاره دیگر بازیافت آب است. برجهای خنک کن برای خنک کردن آب ناخالص استفاده می شوند بطوریکه آن می تواند به کندانسورها برگردانده بشود , بنابراین همان آب بطور متناوب بچرخش در می آید. یک برج خنک کن از روی ساحختار سیمانی اش که مانند یک دودکش خیلی پهن است شناخته شده است و بصورت مشابه نیز عمل می کند. حجم زیادی از هوا داخل اطراف پایه ( در پایین و داخل و مرکز لوله برج ) آن کشیده می شود و ازمیانه بالایی سرباز آن خارج میشود. آب گرم و ناخالص به داخل مرکز داخلی برج از تعدای آب پاش نرم ( آب پاش با سوراخهای ریز ) پاشیده می شود و هنگامیکه آن فرو میریزد با بالارفتن هوا( توسط هوای بالا رونده ) خنک می شود. سرانجام آب پس از خنک شدن در یک حوضچه در زیر برج جمع می شود. برج خنک کن وافعا یک تبدل دهنده کرمایی دوم , که گرمای آب ناخالص را به هوای اتمسفر می فرستد , است, اما نه مانند تبادل دهنده گرمایی اول , در اینجا دوسیال اجازه می یابند با هم تماس داشته باشند و در نتیجه مقداری ار آب توسط تبخیر کم می شود.

برجهای خنک کن هرگز قادر به کاهش دمای آب ناخالص تا پایینتر از دمای حدی هوا نیستند بطوریکه کارآیی کندانسور و ازآنجا کارآیی تمام نیروگاه در مقایسه با یک سایت ساحلی کاهش می یابد. همچنین ساختمان برجهای خنک کن قیمت کلی ساختمان و بنای نیروگاه را افزایش می دهد.

احتیاج برای خنک کردن آب یک فاکتور مهم در انتخاب سایت نیروگاهی زغالی , نفتی و هسته ای است. یک سایت که مناسب است برای یک نیروگاه که از یک نوع سوخت استفاده می کند بناچار مناسب نیست برای یک نیروگاه که ار نوع دیگری سوخت استفاده می کند.

نیروگاه های ذغال- سوختی ( Coal-Fired Power Stations )

پیش از این نیروگاه های سوخت ذغال سنگ نزدیک باری که آنها نامین میکردند ساخته می شدند. یک نیروگاه خروجی 2GW , درحدود 5 میلیون تن ذغال در سال مصرف میکند. در بریتانیا : که بیشتر ذغال نیروگاه توسط ریل حمل میشود : , این نشان میدهد , یک مقدار متوسط در حدود 13 ترن در روز را که هرکدام 1000تن را حمل میکنند . این یعنی اینکه نیروگاه های ذغال- سوختی به یک ریل متصل نیاز دارند مگر اینکه نیروگاه درست در دهانه معدن ( بسیار نزدیک به معدن ) ساخته شود.

نیروگاه های نفت- سوختی ( Oil-Fired Power Stations )

سوخت نفتی نیروگاه میتواند مشتق بشود به نفت خام که نفتی است هنگامیکه از چاه بیرون می آید, و نفت باقیمانده که باقی می ماند هنگامیکه بخشهای قابل دسترس استخراج بشوند در تصفیه نفت. قیمت انتقال نفت توسط خطوط لوله کمتر از انتقال ذغال سنگ با ریل است, اما حتی همان نیروگاههای سوخت نفت خام هم اغلب در نزدیکی اسکله ها و لنگرگاه های با آب عمیق که برای تانکرهای اندازه متوسط (تانکرهای حمل و نقل سوخت) مناسب است , واقع میشوند. نفت باقیمانده نیرگاههای سوختی احتیاج دارد در نزدیکی تصفیه خانه که آنها را تامین می کند واقه شوند. این بدلیل است که نفت باقیمانده بسیار چسبناک است و میتواند فقط منتقل بشود در میان خطوط لوله بطور اقتصادی اگر آن گرم نگه داشته بشود.

نیروگاه های هسته ای ( Nuclear Power Stations )

در مقابله با ذغال سنگ و نفت , ارزش انتقال سوخت هسته ای ناچیزاست بدلیل مقداراستعمال خیلی کم. یک نیروگاه 1GW درحدود 41/2 تن اورانیوم در هرهفته نیاز دارد. این مقایسه میشود بطور بسیار مطلوب با 50000نت سوخت که در یک هفته در نیروگاه ذغال- سوختی سوزانده میشد. نیروگاه های هسته ای در حال حاضر تقریبا آب خنک بیشتری درمقایسه با نیروگاه های ذغال- سوختی و نفت- سوختی استفاده میکنند , بعلت کارایی و بازده پایین آنها. همه نیروگاه های هسته ای در بریتانیا , با یک چشم داشت, در ساحل واقع می شوند و از آب خنک دریا استفاده میکنند.

نیروگاه های برق- آبی ( Hydroelectric Power Stations )

نیروگاه های برق- آبی باید جایی واقع شوند که دهانه آب دردسترس هست , و نظربه اینکه این اغلب در مناطق کوهستانی است , آنها ممکن است به خطوط انتقال طولانی برای حمل توان به نزدیک ترین مرکز یا پیوستن به شبکه نیاز داشته باشند. همه طرحهای برق- آبی به دو فاکتور اساسی وابسته هستند : یکی جریان آب و یکی اختلاف در سطح یا دهانه. نیاز دهانه ممکن است فراهم بشود بین یک دریاچه و یک دره باریک, یا توسط ساختن یک سد کوچک در یک رودخانه که جریان را منحرف میکند به سمت نیروگاه, یا توسط ساختن یک سد مرتفع در مقابل یک دره برای ساخت یک دریاچه مجازی.

نیروگاههای برق

تاثیر خواص تولید و انتقال

چهار خاصیت منبع الکتریسیته وجود دارد که یک تاثیر عمیق روی موضوعی که منهدسی میشود دارد. آنها بصورت زیر هستند :

1- الکتریسیته, نه مانند گاز و آب, نمیتواند ذخیره بشود و تهیه کننده کنترل کوچکی بر بار در هر زمانی دارد. مهندسان کنترل تلاش می کنند برای نگهداری خروجی ژنراتورها متناسب با با ر متصل شده در ولتاژ و فرکانس مخصوص.

2- یک افزایش متناوب در تقاضا برای توان وجود دارد. اگرچه در بسیاری از کشورهای صنعتی سرعت افزایش در سالهلی اخیر کاهش پیدا کرده است, حتی سرعت معتدل مستلزم کتسردگیها و افزایشات عظیم در سیستم های موجود است.

3- توزیع و طبیعت سوخت دردسترس. این جنبه هست جالبتر هنگامیکه ذغال سنگ اسخراج میشود در مناطقی که لروما مراکز بار اصلی نیستند : توان برق-آبی معمولا دور از مراکز بار بزرگ است. مشکل فواصل انتقال و سایت کردن(انتخاب کردن محل برای نیروگاه) نیروگاه یک تجربه مبهم و مورد بحث در اقتصاد است. استفاده عظیم انرژی هسته ای بسوی اصلاح الگوی تغذیه موجود متمایل خواهد شد.

4- در سالهای اخیر ملاحظات منابع طبیعی و محیطی عمده اهمیت و تاثیر سایتینگ, هزینه ساختار,وعملکرد کارخانجات تولیدی را بعهده گرفته است. همچنین طراحی تحت تاثیر واقع میشود بدلیل تاخیرات در شروع پروژه ها بخاطر مراحل قانونی که باید طی شوند. از مهمترین خواص در زمان حاضر ضربه زیست محیطی کارخانجات هسته ای است, خصوصا راکتور افزاینده سریع پیشنهاد شده.