برق چگونه تولید میشود؟

برق چگونه تولید میشود؟

تولید الکتریسیته فرآیند تولید برق از منابع انرژی اولیه است. برای تاسیسات در صنعت برق، مرحله قبل از تحویل آن (انتقال، توزیع، و غیره) به کاربران نهایی یا ذخیره آن (برای مثال با استفاده از روش ذخیره سازی پمپ شده) است. الکتریسیته در طبیعت آزادانه در دسترس نیست، بنابراین باید «تولید» شود (یعنی تبدیل سایر اشکال انرژی به برق). تولید در نیروگاه ها (که “نیروگاه ها” نیز نامیده می شود) انجام می شود. الکتریسیته اغلب در یک نیروگاه توسط ژنراتورهای الکترومکانیکی تولید می‌شود، که عمدتاً توسط موتورهای حرارتی که از طریق احتراق یا شکافت هسته‌ای سوخت می‌گیرند، اما همچنین با ابزارهای دیگری مانند انرژی جنبشی آب و باد جریان می‌یابند. سایر منابع انرژی شامل فتوولتائیک خورشیدی و انرژی زمین گرمایی است. همچنین روش‌های عجیب و غریب و گمانه‌زنی برای بازیابی انرژی وجود دارد، مانند طرح‌های راکتورهای همجوشی پیشنهادی که هدف آن استخراج مستقیم انرژی از میدان‌های مغناطیسی شدید تولید شده توسط ذرات باردار با حرکت سریع تولید شده توسط واکنش همجوشی است. حذف تدریجی نیروگاه‌های زغال‌سنگ و در نهایت نیروگاه‌های گازسوز یا کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای آن‌ها، بخش مهمی از تحول انرژی مورد نیاز برای محدود کردن تغییرات آب و هوایی است. پیش‌بینی می‌شود که انرژی خورشیدی و نیروی باد بسیار بیشتری مورد نیاز باشد، با افزایش تقاضای برق. اگر میخواهید به صورت کامل بدانید برق چگونه تولید میشود تا انتهای این متن همراه ما باشید.

تاریخچه تولید برق:

اصول اساسی تولید برق در دهه 1820 و اوایل دهه 1830 توسط دانشمند بریتانیایی مایکل فارادی کشف شد. روش او که امروزه نیز مورد استفاده قرار می گیرد، این است که الکتریسیته با حرکت یک حلقه سیم یا دیسک فارادی، بین قطب های آهنربا تولید می شود. نیروگاه های مرکزی با توسعه انتقال برق جریان متناوب (AC)، با استفاده از ترانسفورماتورهای قدرت برای انتقال نیرو در ولتاژ بالا و با تلفات کم، از نظر اقتصادی کاربردی شدند.

تولید برق تجاری با اتصال دینام به توربین هیدرولیک آغاز شد. تولید مکانیکی نیروی الکتریکی انقلاب صنعتی دوم را آغاز کرد و اختراعات متعددی را با استفاده از الکتریسیته ممکن کرد که توماس آلوا ادیسون و نیکولا تسلا مشارکت‌کنندگان اصلی آن بودند. قبلاً تنها راه تولید الکتریسیته، واکنش های شیمیایی یا استفاده از سلول های باتری بود و تنها کاربرد عملی الکتریسیته برای تلگراف بود.

تولید برق در نیروگاه های مرکزی در سال 1882 آغاز شد، زمانی که یک موتور بخار که یک دینام را در ایستگاه خیابان مروارید به حرکت در می آورد، یک جریان DC تولید می کرد که روشنایی عمومی را در خیابان پرل، نیویورک تامین می کرد. این فناوری جدید به سرعت توسط بسیاری از شهرها در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفت و چراغ‌های خیابانی خود را با سوخت گاز با برق سازگار کردند. به سرعت از چراغ‌های برقی در ساختمان‌های عمومی، مشاغل و برای تأمین انرژی حمل‌ونقل عمومی مانند تراموا و قطار استفاده شود.

برق چگونه تولید میشود؟

اولین نیروگاه ها از نیروی آب یا زغال سنگ استفاده می کردند. امروزه از انواع منابع انرژی مانند زغال سنگ، هسته ای، گاز طبیعی، برق آبی، باد و نفت و همچنین انرژی خورشیدی، نیروی جزر و مدی و منابع زمین گرمایی استفاده می شود. در دهه 1880 با معرفی لامپ های رشته ای، محبوبیت برق به شدت افزایش یافت. اگرچه 22 مخترع شناخته شده لامپ قبل از جوزف سوان و توماس ادیسون وجود داشت، اختراع ادیسون و سوان با اختلاف بسیار موفق‌ترین و محبوب‌ترین اختراع از همه شد. در سال های اولیه قرن نوزدهم، جهش های عظیمی در علوم برق انجام شد و در اواخر قرن نوزدهم، پیشرفت فناوری و مهندسی برق منجر به تبدیل شدن برق به بخشی از زندگی روزمره شد. با معرفی بسیاری از اختراعات الکتریکی و اجرای آنها در زندگی روزمره، تقاضا برای برق در خانه ها به طور چشمگیری افزایش یافت. با این افزایش تقاضا، پتانسیل سود توسط بسیاری از کارآفرینان مشاهده شد که شروع به سرمایه گذاری در سیستم های الکتریکی کردند تا در نهایت اولین تاسیسات عمومی برق را ایجاد کنند. این فرآیند در تاریخ اغلب به عنوان برق رسانی توصیف می شود.

اولین توزیع برق از سوی شرکت هایی صورت گرفت که مستقل از یکدیگر کار می کردند. یک مصرف کننده برق را از یک تولید کننده خریداری می کند و تولید کننده آن را از طریق شبکه برق خود توزیع می کند. با پیشرفت فناوری، بهره‌وری و کارایی تولید آن نیز افزایش یافت. اختراعاتی مانند توربین بخار تأثیر زیادی بر بازده تولید برق و همچنین اقتصاد تولید داشت. این تبدیل انرژی گرمایی به کار مکانیکی شبیه به موتورهای بخار بود، اما در مقیاس قابل توجهی بزرگتر و بسیار کارآمدتر. بهبود این نیروگاه‌های تولید در مقیاس بزرگ برای فرآیند تولید متمرکز حیاتی بود، زیرا برای کل سیستم قدرتی که امروزه از آن استفاده می‌کنیم، حیاتی می‌شوند.

در سراسر اواسط قرن بیستم، بسیاری از شرکت‌ها به دلیل مزایای اقتصادی و کارایی، شروع به ادغام شبکه‌های توزیع خود کردند. همزمان با اختراع انتقال برق از راه دور، هماهنگی نیروگاه ها شروع به شکل گیری کرد. این سیستم سپس توسط اپراتورهای سیستم منطقه ای ایمن شد تا از ثبات و قابلیت اطمینان اطمینان حاصل شود. برقی شدن خانه ها در اروپای شمالی و در آمریکای شمالی در دهه 1920 در شهرهای بزرگ و مناطق شهری آغاز شد. تا دهه 1930 بود که مناطق روستایی شاهد استقرار گسترده برق رسانی بودند.

روش های تولید برق:

چندین روش اساسی برای تبدیل سایر اشکال انرژی به انرژی الکتریکی وجود دارد. تولید در مقیاس سودمند با چرخش ژنراتورهای الکتریکی یا سیستم های فتوولتائیک به دست می آید. بخش کوچکی از برق توزیع شده توسط شرکت های برق توسط باتری ها تامین می شود. سایر اشکال تولید الکتریسیته مورد استفاده در کاربردهای طاقچه شامل اثر تریبوالکتریک، اثر پیزوالکتریک، اثر ترموالکتریک و بتاولتائیک است.

ژنراتورها:

توربین‌های بادی معمولاً تولید برق را همراه با سایر روش‌های تولید نیرو فراهم می‌کنند. ژنراتورهای الکتریکی انرژی جنبشی را به الکتریسیته تبدیل می کنند. این پرکاربردترین شکل برای تولید برق است و بر اساس قانون فارادی است. می توان آن را به صورت تجربی با چرخاندن آهنربا در حلقه های بسته مواد رسانا (مثلا سیم مسی) مشاهده کرد. تقریباً تمام تولیدات الکتریکی تجاری با استفاده از القای الکترومغناطیسی انجام می شود که در آن انرژی مکانیکی ژنراتور را مجبور به چرخش می کند.

الکتروشیمی:

سدهای بزرگ، مانند سد هوور در ایالات متحده، می توانند مقادیر زیادی نیروی برق آبی را تامین کنند. ظرفیت نصب شده آن 2.07 گیگاوات است. الکتروشیمی تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به الکتریسیته مانند باتری است. تولید الکتریسیته الکتروشیمیایی در کاربردهای قابل حمل و موبایل مهم است. در حال حاضر، بیشتر نیروی الکتروشیمیایی از باتری ها تامین می شود. سلول‌های اولیه، مانند باتری‌های روی کربنی معمولی، مستقیماً به عنوان منبع انرژی عمل می‌کنند، اما سلول‌های ثانویه (یعنی باتری‌های قابل شارژ) برای سیستم‌های ذخیره‌سازی به جای سیستم‌های تولید اولیه استفاده می‌شوند. سیستم های الکتروشیمیایی باز که به عنوان سلول های سوختی شناخته می شوند، می توانند برای استخراج نیرو از سوخت های طبیعی یا از سوخت های سنتز شده استفاده شوند.

اثر فتوولتائیک:

اثر فتوولتائیک تبدیل نور به انرژی الکتریکی است، مانند سلول های خورشیدی. پانل های فتوولتائیک نور خورشید را مستقیماً به برق DC تبدیل می کنند. اینورترهای برق در صورت نیاز می توانند آن را به برق AC تبدیل کنند. اگرچه نور خورشید رایگان و فراوان است، تولید برق خورشیدی معمولاً نسبت به نیروی مکانیکی تولید شده در مقیاس بزرگ به دلیل هزینه پانل‌ها گران‌تر است. با راندمان تبدیل نزدیک به 30٪ اکنون به صورت تجاری در دسترس هستند. بیش از 40 درصد کارایی در سیستم های آزمایشی نشان داده شده است. تا همین اواخر، فتوولتائیک‌ها بیشتر در مکان‌های دورافتاده‌ای که دسترسی به شبکه برق تجاری وجود ندارد، یا به‌عنوان منبع برق تکمیلی برای خانه‌ها و مشاغل فردی استفاده می‌شد. پیشرفت‌های اخیر در بهره‌وری تولید و فناوری فتوولتائیک، همراه با یارانه‌های ناشی از نگرانی‌های زیست‌محیطی، به‌طور چشمگیری استقرار پنل‌های خورشیدی را تسریع کرده‌اند. ظرفیت نصب شده حدود 20 درصد در سال رشد می کند.

برق چگونه تولید میشود؟

هزینه تولید برق:

انتخاب حالت‌های تولید برق و قابلیت اقتصادی آن‌ها بر اساس تقاضا و منطقه متفاوت است. اقتصاد در سراسر جهان به طور قابل توجهی متفاوت است و در نتیجه قیمت های فروش مسکونی گسترده است. نیروگاه های برق آبی، نیروگاه های هسته ای، نیروگاه های حرارتی و منابع تجدید پذیر مزایا و معایب خاص خود را دارند و انتخاب بر اساس نیاز برق محلی و نوسانات تقاضا انجام می شود. همه شبکه‌های برق دارای بارهای متفاوتی هستند، اما حداقل روزانه [نیازمند منبع] بار پایه است که اغلب توسط نیروگاه‌هایی که به طور مداوم کار می‌کنند تامین می‌شود. نیروگاه های هسته ای، زغال سنگ، نفت، گاز و برخی نیروگاه های آبی می توانند بار پایه را تامین کنند. اگر هزینه های ساخت چاه برای گاز طبیعی کمتر از 10 دلار در هر مگاوات ساعت باشد، تولید برق از گاز طبیعی ارزان تر از تولید برق با سوزاندن زغال سنگ است.

نیروگاه های هسته ای می توانند مقدار زیادی انرژی از یک واحد تولید کنند. با این حال، بلایای هسته ای نگرانی هایی را در مورد ایمنی انرژی هسته ای ایجاد کرده است و هزینه سرمایه ای نیروگاه های هسته ای بسیار بالا است. نیروگاه های برق آبی در مناطقی قرار دارند که می توان از انرژی پتانسیل ناشی از سقوط آب برای حرکت توربین ها و تولید نیرو استفاده کرد. ممکن است یک منبع تولید منفرد از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نباشد که در آن توانایی ذخیره جریان آب محدود باشد و بار در طول چرخه تولید سالانه بسیار تغییر کند.

تجهیزات تولید برق:

ژنراتورهای الکتریکی از زمان کشف القای الکترومغناطیسی در دهه 1830 به اشکال ساده شناخته شدند. به طور کلی، نوعی از محرک اصلی مانند یک موتور یا توربین هایی که در بالا توضیح داده شد، یک میدان مغناطیسی دوار را از کنار سیم پیچ های ثابت سیم می راند و در نتیجه انرژی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می کند. تنها تولید برق در مقیاس تجاری که از ژنراتور استفاده نمی کند PV خورشیدی است.

توربین ها:

سدهای بزرگی مانند سد Three Gorges در چین می توانند مقادیر زیادی نیروی برق آبی را تامین کنند. دارای توان 22.5 گیگاوات است. تقریباً تمام نیروی الکتریکی تجاری روی زمین با یک توربین تولید می شود که توسط باد، آب، بخار یا گاز سوزان هدایت می شود. توربین یک ژنراتور را به حرکت در می آورد، بنابراین انرژی مکانیکی آن را با القای الکترومغناطیسی به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. روش‌های مختلفی برای توسعه انرژی مکانیکی وجود دارد، از جمله موتورهای حرارتی، نیروی آبی، باد و نیروی جزر و مدی. بیشتر تولید برق توسط موتورهای حرارتی هدایت می شود. احتراق سوخت های فسیلی بیشتر انرژی را برای این موتورها تامین می کند که بخش قابل توجهی از شکافت هسته ای و بخشی از منابع تجدید پذیر است. توربین بخار مدرن (که توسط سر چارلز پارسونز در سال 1884 اختراع شد) در حال حاضر حدود 80 درصد از انرژی الکتریکی جهان را با استفاده از منابع مختلف گرما تولید می کند. انواع توربین عبارتند از:

بخار:

آب توسط زغال سنگ سوخته در نیروگاه حرارتی به جوش می آید. حدود 41 درصد از کل برق از این طریق تولید می شود. گرمای شکافت هسته ای ایجاد شده در راکتور هسته ای بخار ایجاد می کند. کمتر از 15 درصد برق از این طریق تولید می شود. بخار توسط زیست توده، انرژی حرارتی خورشیدی یا نیروی زمین گرمایی تولید می شود.

گاز طبیعی:

توربین ها مستقیماً توسط گازهای حاصل از احتراق به حرکت در می آیند. چرخه ترکیبی توسط بخار و گاز طبیعی هدایت می شود. آنها با سوزاندن گاز طبیعی در یک توربین گاز نیرو تولید می کنند و از گرمای باقیمانده برای تولید بخار استفاده می کنند. حداقل 20 درصد از برق جهان توسط گاز طبیعی تولید می شود.
انرژی آب توسط یک توربین آبی از حرکت آب – از سقوط آب، بالا و پایین رفتن جزر و مد یا جریان های حرارتی اقیانوس (به تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس مراجعه کنید) جذب می شود. در حال حاضر نیروگاه های برق آبی تقریباً 16 درصد از برق جهان را تامین می کنند. آسیاب بادی یک توربین بادی بسیار اولیه بود. در سال 2018 حدود 5 درصد از برق جهان از باد تولید می شد. اگرچه توربین ها در تولید برق تجاری رایج هستند، ژنراتورهای کوچکتر می توانند با موتورهای بنزینی یا دیزلی تغذیه شوند. اینها ممکن است برای تولید پشتیبان یا به عنوان منبع اصلی برق در روستاهای منزوی استفاده شوند.

برق چگونه تولید میشود؟

نگرانی های زیست محیطی:

تغییرات بین کشورهای تولید کننده برق بر نگرانی های محیط زیست تأثیر می گذارد. در فرانسه تنها 10 درصد از برق از سوخت های فسیلی تولید می شود، ایالات متحده با 70 درصد بالاتر و چین 80 درصد است. تمیزی برق به منبع آن بستگی دارد. نشت متان (از گاز طبیعی گرفته تا نیروگاه های گاز سوز) و انتشار دی اکسید کربن از تولید برق مبتنی بر سوخت فسیلی بخش قابل توجهی از انتشار گازهای گلخانه ای جهان را تشکیل می دهد. در ایالات متحده، احتراق سوخت فسیلی برای تولید انرژی الکتریکی مسئول 65٪ از انتشار دی اکسید گوگرد، جزء اصلی باران اسیدی است. تولید برق چهارمین منبع ترکیبی NOx، مونوکسید کربن و ذرات معلق در ایالات متحده است.

طبق گزارش آژانس بین المللی انرژی (IEA)، تولید برق با کربن کم باید تا سال 2040 85 درصد از تولید برق جهانی را به خود اختصاص دهد تا از بدترین اثرات تغییرات آب و هوایی جلوگیری شود. مانند سایر سازمان‌ها از جمله مرکز تأثیر انرژی (EIC) و کمیسیون اقتصادی سازمان ملل متحد برای اروپا (UNECE)، آژانس بین‌المللی انرژی خواستار گسترش انرژی هسته‌ای و تجدیدپذیر برای رسیدن به این هدف شده است. برخی، مانند بنیانگذار EIC برت کوگلماس، معتقدند که انرژی هسته ای روش اصلی برای کربن زدایی تولید برق است زیرا می تواند جذب مستقیم هوا را نیز تامین کند که انتشار کربن موجود را از جو حذف می کند. نیروگاه‌های هسته‌ای همچنین می‌توانند پروژه‌های گرمایش منطقه‌ای و نمک‌زدایی ایجاد کنند، انتشار کربن را محدود کنند و نیاز به افزایش تولید برق را محدود کنند.

یک مسئله اساسی در رابطه با تولید متمرکز و روش‌های فعلی تولید برق که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند، اثرات منفی زیست محیطی قابل توجهی است که بسیاری از فرآیندهای تولید دارند. فرآیندهایی مانند زغال سنگ و گاز نه تنها هنگام احتراق دی اکسید کربن آزاد می کنند، بلکه استخراج آنها از زمین بر محیط زیست نیز تأثیر می گذارد. معادن روباز زغال سنگ از زمین های وسیعی برای استخراج زغال سنگ استفاده می کنند و پتانسیل استفاده از زمین های مولد را پس از حفاری محدود می کنند. استخراج گاز طبیعی در صورت استخراج از زمین، مقادیر زیادی متان را در جو آزاد می کند که گازهای گلخانه ای جهانی را به شدت افزایش می دهد. اگرچه نیروگاه های هسته ای دی اکسید کربن را از طریق تولید برق آزاد نمی کنند، خطرات قابل توجهی در ارتباط با زباله های هسته ای و نگرانی های ایمنی مرتبط با استفاده از منابع هسته ای وجود دارد. این ترس از انرژی هسته ای ناشی از فجایع هسته ای در مقیاس بزرگ مانند فاجعه چرنوبیل و فاجعه هسته ای فوکوشیما دایچی است. هر دو فاجعه منجر به تلفات قابل توجه و آلودگی رادیواکتیو مناطق وسیعی شد. به ازای هر واحد برق تولیدی زغال‌سنگ و انرژی گازی، انتشار گازهای گلخانه‌ای در چرخه زندگی تقریباً همیشه حداقل ده برابر سایر روش‌های تولید است.

تولید متمرکز و پراکنده:

تولید متمرکز، تولید برق توسط تأسیسات متمرکز در مقیاس بزرگ است که از طریق خطوط انتقال به مصرف کنندگان ارسال می شود. این تاسیسات معمولاً دور از مصرف‌کنندگان قرار دارند و برق را از طریق خطوط انتقال فشار قوی به یک پست توزیع می‌کنند و در آنجا بین مصرف‌کنندگان توزیع می‌شود. مفهوم اصلی این است که ایستگاه های بزرگ در مقیاس چند مگاواتی یا گیگاواتی برای تعداد زیادی از مردم برق تولید می کنند. اکثریت قریب به اتفاق برق مصرفی از تولید متمرکز ایجاد می شود. بیشتر تولید برق متمرکز از نیروگاه‌های بزرگی است که با سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ یا گاز طبیعی اداره می‌شوند، اگرچه معمولاً از نیروگاه‌های هسته‌ای یا بزرگ برق آبی نیز استفاده می‌شود. تولید متمرکز اساساً مخالف تولید پراکنده است. تولید پراکنده تولید برق در مقیاس کوچک برای گروه های کوچکتری از مصرف کنندگان است. این همچنین می تواند شامل تولید مستقل برق توسط انرژی خورشیدی یا بادی باشد. در سال‌های اخیر تولید پراکنده به دلیل تمایل به استفاده از روش‌های تولید انرژی‌های تجدیدپذیر مانند خورشیدی روی پشت بام، جرقه‌ای در محبوبیت خود دیده است.

فن آوری ها:

منابع انرژی متمرکز نیروگاه های بزرگی هستند که مقادیر زیادی برق را برای تعداد زیادی از مصرف کنندگان تولید می کنند. بیشتر نیروگاه های مورد استفاده در تولید متمرکز نیروگاه های حرارتی هستند به این معنی که از سوخت برای گرم کردن بخار برای تولید گاز تحت فشار استفاده می کنند که به نوبه خود یک توربین را می چرخاند و برق تولید می کند. این روش سنتی تولید انرژی است. این فرآیند بر چندین اشکال فناوری برای تولید برق گسترده متکی است، که زغال سنگ طبیعی، گاز و اشکال هسته‌ای تولید حرارتی هستند. اخیراً انرژی خورشیدی و باد در مقیاس بزرگ شده اند.

برق چگونه تولید میشود؟

تولید خورشیدی:

یک نیروگاه فتوولتائیک که به عنوان پارک خورشیدی، مزرعه خورشیدی یا نیروگاه خورشیدی نیز شناخته می شود، یک سیستم برق فتوولتائیک متصل به شبکه در مقیاس بزرگ (سیستم PV) است که برای تامین برق تجاری طراحی شده است. آنها با بسیاری از نیروگاه های خورشیدی نصب شده در ساختمان و سایر انرژی های خورشیدی غیرمتمرکز متفاوت هستند، زیرا آنها برق را در سطح شهری تامین می کنند، نه برای یک کاربر یا کاربران محلی. گاهی اوقات برای توصیف این نوع پروژه از عبارت عمومی utility-scale solar استفاده می شود.

منبع انرژی خورشیدی پنل های خورشیدی است که نور را مستقیماً به برق تبدیل می کند. با این حال، این با نیروی خورشیدی متمرکز، دیگر فناوری بزرگ تولید خورشیدی در مقیاس بزرگ، که از گرما برای به حرکت درآوردن انواع سیستم‌های ژنراتور معمولی استفاده می‌کند، متفاوت است و نباید با آن اشتباه گرفته شود. هر دو روش مزایا و معایب خاص خود را دارند، اما تا به امروز، به دلایل مختلف، فناوری فتوولتائیک کاربرد بسیار گسترده‌تری داشته است. از سال 2019، سیستم های فتوولتائیک حدود 97 درصد از ظرفیت انرژی خورشیدی در مقیاس شهری را تشکیل می دادند.

در برخی کشورها، ظرفیت پلاک نیروگاه های فتوولتائیک بر حسب مگاوات پیک (MWp) رتبه بندی می شود که به حداکثر توان خروجی DC نظری آرایه خورشیدی اشاره دارد. در کشورهای دیگر، سازنده سطح و کارایی را بیان می کند. با این حال، کانادا، ژاپن، اسپانیا و ایالات متحده اغلب با استفاده از خروجی توان اسمی کمتر تبدیل شده در MWAC مشخص می کنند، معیاری که مستقیماً با سایر اشکال تولید برق قابل مقایسه است. اکثر پارک های خورشیدی در مقیاس حداقل 1 مگاوات بر ثانیه توسعه یافته اند. از سال 2018، بزرگترین نیروگاه های فتوولتائیک فعال جهان از 1 گیگاوات فراتر رفتند. در پایان سال 2019، حدود 9000 نیروگاه با ظرفیت ترکیبی بیش از 220 GWAC مزارع خورشیدی بزرگتر از 4 MWAC (مقیاس ابزار) بودند.

بیشتر نیروگاه‌های فتوولتائیک موجود در مقیاس بزرگ متعلق به تولیدکنندگان مستقل برق هستند و اداره می‌شوند، اما مشارکت پروژه‌های اجتماعی و شرکت‌های برق در حال افزایش است. قبلاً تقریباً همه حداقل تا حدی با مشوق‌های نظارتی مانند تعرفه‌های ورودی یا اعتبارات مالیاتی حمایت می‌شدند، اما از آنجایی که هزینه‌های سطح‌سازی شده به‌طور قابل‌توجهی در دهه ۲۰۱۰ کاهش یافت و برابری شبکه در اکثر بازارها به دست آمد، معمولاً به مشوق‌های خارجی نیازی نیست.

تولید بادی:

مزرعه بادی یا پارک بادی که به آن نیروگاه بادی یا نیروگاه بادی نیز می‌گویند، گروهی از توربین‌های بادی در همان مکان هستند که برای تولید برق استفاده می‌شوند. مزارع بادی از نظر اندازه از تعداد کمی توربین تا چند صد توربین بادی که منطقه وسیعی را پوشش می دهند متفاوت است. مزارع بادی می توانند خشکی یا فراساحلی باشند.

بسیاری از بزرگترین نیروگاه های بادی خشکی در چین، هند و ایالات متحده واقع شده اند. به عنوان مثال، بزرگترین مزرعه بادی در جهان، مزرعه بادی گانسو در چین تا سال 2012 دارای ظرفیت بیش از 6000 مگاوات بود، با هدف 20000 مگاوات تا سال 2020. از دسامبر 2020، مزرعه بادی 1218 مگاواتی Hornsea در بریتانیا بزرگترین مزرعه بادی فراساحلی در جهان است. طراحی‌های جداگانه توربین‌های بادی به افزایش قدرت ادامه می‌دهند و در نتیجه توربین‌های کمتری برای کل خروجی یکسان مورد نیاز است.

از آنجایی که مزارع بادی نیازی به سوخت ندارند، تأثیر کمتری بر محیط زیست نسبت به سایر اشکال تولید برق دارند و اغلب به عنوان منبع خوب انرژی سبز از آنها یاد می شود. با این حال مزارع بادی به دلیل تأثیر بصری و تأثیر آنها بر چشم انداز مورد انتقاد قرار گرفته اند. معمولاً آنها باید در زمین های بیشتری نسبت به سایر نیروگاه ها پراکنده شوند و باید در مناطق وحشی و روستایی ساخته شوند، که می تواند منجر به “صنعتی شدن روستاها”، از بین رفتن زیستگاه و کاهش گردشگری شود. برخی از منتقدان ادعا می کنند که مزارع بادی اثرات نامطلوبی بر سلامتی دارند، اما بیشتر محققان این ادعاها را شبه علم می دانند (به سندرم توربین بادی مراجعه کنید). مزارع بادی می توانند با رادار تداخل داشته باشند، اگرچه در بیشتر موارد، طبق گفته وزارت انرژی ایالات متحده، “محل یابی و سایر اقدامات کاهشی درگیری ها را حل کرده و به پروژه های بادی اجازه داده است تا به طور موثر با رادار وجود داشته باشند.”

برق چگونه تولید میشود؟

تولید با ذغال سنگ:

نیروگاه زغال سنگ یا نیروگاه زغال سنگ یک نیروگاه حرارتی است که برای تولید برق زغال سنگ می سوزاند. در سراسر جهان حدود 8500 نیروگاه زغال سنگ وجود دارد که مجموعاً بیش از 2000 گیگاوات ظرفیت دارند. آنها حدود یک سوم برق جهان را تولید می کنند، اما باعث بسیاری از بیماری ها و مرگ و میرهای زودهنگام می شوند که عمدتاً در اثر آلودگی هوا هستند.

نیروگاه زغال سنگ نوعی نیروگاه با سوخت فسیلی است. زغال سنگ معمولاً پودر می شود و سپس در دیگ بخار زغال سنگ پودر شده سوزانده می شود. گرمای کوره، آب دیگ بخار را به بخار تبدیل می کند و سپس برای چرخاندن توربین هایی که ژنراتورها را می چرخانند، استفاده می شود. بنابراین انرژی شیمیایی ذخیره شده در زغال سنگ به طور متوالی به انرژی حرارتی، انرژی مکانیکی و در نهایت انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

نیروگاه‌های زغال‌سنگ هر سال بیش از 10 گیگا تن دی‌اکسید کربن منتشر می‌کنند که حدود یک پنجم انتشار گازهای گلخانه‌ای جهان است، بنابراین بزرگترین عامل تغییر آب و هوا هستند. بیش از نیمی از کل برق زغال سنگ در جهان در چین تولید می شود. در سال 2020، تعداد کل کارخانه‌ها شروع به کاهش کرد زیرا در اروپا و آمریکا بازنشسته می‌شوند، اگرچه هنوز در آسیا ساخته می‌شوند، تقریباً همه در چین. برخی از آنها سودآور باقی می‌مانند زیرا هزینه‌هایی که برای افراد دیگر به دلیل تأثیرات بهداشتی و زیست‌محیطی صنعت زغال‌سنگ به‌خاطر هزینه‌های تولید محاسبه نمی‌شود، اما این خطر وجود دارد که نیروگاه‌های جدیدتر به دارایی‌های سرگردان تبدیل شوند. دبیرکل سازمان ملل متحد گفته است که کشورهای OECD باید تا سال 2030 و بقیه جهان تا سال 2040 تولید برق از زغال سنگ را متوقف کنند.

تولید با گاز طبیعی:

گاز طبیعی برای ایجاد گاز تحت فشار مشتعل می شود که برای چرخاندن توربین ها برای تولید برق استفاده می شود. نیروگاه های گاز طبیعی از یک توربین گازی استفاده می کنند که در آن گاز طبیعی همراه با اکسیژن اضافه می شود که به نوبه خود می سوزد و از طریق توربین منبسط می شود تا ژنراتور را مجبور به چرخش کند. نیروگاه های گاز طبیعی کارآمدتر از تولید برق زغال سنگ هستند، با این حال آنها به تغییرات آب و هوایی کمک می کنند اما نه به اندازه تولید زغال سنگ. آنها نه تنها از اشتعال گاز طبیعی دی اکسید کربن تولید می کنند، بلکه با استخراج گاز در هنگام استخراج، مقدار قابل توجهی متان را در جو آزاد می کنند.

تولید هسته ای:

نیروگاه‌های هسته‌ای برق را از طریق توربین‌های بخار تولید می‌کنند که گرمای ورودی آن از فرآیند شکافت هسته‌ای است. در حال حاضر انرژی هسته ای 11 درصد کل برق جهان را تولید می کند. اکثر رآکتورهای هسته ای از اورانیوم به عنوان منبع سوخت استفاده می کنند. در فرآیندی به نام شکافت هسته ای، انرژی به شکل گرما با شکافتن اتم های هسته ای آزاد می شود. الکتریسیته از طریق استفاده از یک راکتور هسته ای ایجاد می شود که در آن گرمای تولید شده توسط شکافت هسته ای برای تولید بخار استفاده می شود که به نوبه خود توربین ها را می چرخاند و ژنراتورها را تغذیه می کند. اگرچه انواع مختلفی از راکتورهای هسته ای وجود دارد، اما همه آنها اساساً از این فرآیند استفاده می کنند.

گازهای گلخانه ای معمولی ناشی از نیروگاه های هسته ای در درجه اول اتلاف حرارت و سوخت مصرف شده رادیواکتیو است. در یک حادثه راکتور، مقادیر قابل توجهی از ایزوتوپ های رادیویی می تواند به محیط زیست رها شود که خطری طولانی مدت برای زندگی به همراه دارد. این خطر همچنان دغدغه دوستداران محیط زیست بوده است. حوادثی مانند حادثه جزیره سه مایل، فاجعه چرنوبیل و فاجعه هسته ای فوکوشیما این مشکل را نشان می دهد.

برق چگونه تولید میشود؟