تحقیق درباره نیروگاه برق
تولید برق فرآیندی
است که طی آن اشکال دیگر انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.
اصول پایه تولید
الکتریسیته در طی دهه 1820 و اوایل دهه 1830 توسط دانشمند انگلیسی مایکل فارادی کشف
شد. متد ابتدایی او امروزه نیز مورد استفاده قرار می گیرد که عبارت است از تولید الکتریسیته
بوسیله حرکت یک صفحه یا سیستم پیچی از جنس مس بین قطبین مغناطیسی یک آهنربا.
برای ابزارهای الکتریکی
نخستین فرآیند انتقال انرژی الکتریکی به مصرف کننده ها می باشد. دیگر فرآیندها عبارتند
از: انتقال انرژی الکتریکی، توزیع برق و منابع ذخیره سازی و بازیابی انرژی الکتریکی
با استفاده از روشهایی که توسط صنایع الکتریکی بکار گرفته میشود.
در اغلب موارد بر
توسط ژنراتورهای الکترومکانیکی در نیروگاه تولید میشود که این روش دارای مشتقاتی نظیر
موتورهای سوختی حرارتی که از فعل و انفعلات شیمیایی استفاده می کنند و یا فرآیند شکاف
هسته ای در راکتورهای اتمی میباشد همچنین استفاده از انواع منابع انرژی جنبشی مانند
جریان هوا و جریان آب نیز در تولید برق کاربرد دارد. انواع انرژی های دیگر نظیر انرژی
خورشیدی و استفاده از حرارت زمین نیز از تکنولوژیهای دیگر تولید برق بشمار میرود:
در تولید انرژی
الکتریکی، ژنراتور الکتریکی دستگاهی است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل
می کند. معکوس این عملیات یعنی تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی توسط موتور انجام
می گیرد. موتورها و ژنراتورها دارای شباهتهای زیادی با یکدیگر می باشند.
نیروی یک ژنراتور
جریان الکتریکی را در مدارات الکتریکی خارجی به حرکت در می آورد اما جریان برقی که
در سیم ها و سیم پیچها موجود است را بوجود نمی آورد. این به نوعی شبیه یک پمپ آبی است
که آب را به جریان در می آورد ولی آب را تولید نمی کند.
منبع مکانیکی انرژی
الکتریکی ممکن است که حرکت پیستون یا توربین یک ماشین بخار باشد. آب بر روی توربین
و یا پروانه ای می ریزد که به داخل موتور حرارتی متصل است و یا توربین بادی که با هوای
فشرده کار می کنند اینها همه انواعی از منابع انرژی مکانیکی بشمار می روند که در تولید
برق کاربرد دارند. منابع عمده تولید الکتریسیته در ایالات متحده در سال 2008 سوخت فسیلی
(بخصوص زغال سنگ) بوده است.
تاریخچه
منابع انرژی الکتریکی
فرانسه در سال 2006 انرژی هسته ای منبع اصلی بشمار می رود. زمانی که ژنراتورای قدرت
مرکزی شناخته شدن جایگزینی برای ژنراتورهای رایج در نقل و انتقال برق خطور جریان در
فواصل دور به شمار آمدند. از آنجائیکه امتیاز آنها توانایی شان در کاهش و افزایش انرژی
الکتریکی از طریق ترانسفورماتورها می باشد هزینه های نقل و انتقال را به طور چشمگیری
کاهش میدهند.
تولید انرژی الکتریکی
در نیروگاههای مرکزی از سال 1881 شروع شد. نخستین ماشین تولید قدرت بر پایه استفاده
از نیروی آب یا سوخت زغال سنگ راه اندازی شد و امروزه با ابزارهای دیگر نظیر سوخت فسیلی،
انرژی هسته ای، گاز طبیعی، هیدروالکتریک، نفت خام و میزان اندکی انرژی خورشیدی، ژنراتورهای
بادی و منابع گرمایی زمین را در تولید برق بکار می بریم.
پیش از آنکه رابطه
بین الکتریسیته و مغناطیش کشف شود ژنراتورهای الکترواستاتیک ساخته شده بودند که از
اصول الکترواستاتیک پیروی می کردند. این ژنراتورهای برق را با ولتاژ بالا و شدت جریان
کم تولید می کردند. آنجا با استفاده از حرکت تسمه های الکتریکی ضمانت و دیسکها شارژ
الکتریکی را به الکترود منتقل می کردند. شارژ الکتریکی بر پایه دو مکانیسم ساخته میشد.
القاء الکترواستاتیک چیست
اثر توربروالکتریک
در جایی که اتصال بین شارژهای ضدعایق صورت گیرد رخ می دهد. به دلیل سختی بکارگیری و
عدم موفقیت چندان ماشینهای ایزولاتور در تولید برق با ولتاژهای بالا ژنراتورهای الکترواستاتیک
به طور محدود مورد استفاده قرار می گیرند و در تولید انبوه و تجاری از آنها استفاده
نمی شود. ماشین ویمسشارت مثالی از این تکنولوژی می باشد که موجود بوده است.
روشهای تولید برق را نام ببرید
هفت روش اساسی و
تبدیل سایر انرژیها به انرژی الکتریکی وجود دارد:
الکتریسیته ساکن:
بر اساس جداسازی بارهای الکتریکی به روش فیزیکی و حمل شارژ می باشد.
مثال: اثر توربوالکتریک
و صاعقه.
القاء الکترومغناطیس:
توسط یک موتور الکتریکی دینام و ترانسفورماتور انرژی جنبشی به انرژی الکتریکی تبدیل
می شود.
روش الکتروشیمیایی:
تبدیل مستقیم انرژیهای شیمیایی به جریان الکتریکی می باشد مثل باتری پیل سوختی.
اثر فتوالکتریک:
تبدیل نور به انرژی الکتریکی مانند سلولهای فتوالکتریکی (باتری نوری).
اثر ترموالکتریک:
تبدیل مستقیم اختلاف دما به انرژی الکتریکی (ترموکوپل) و ترموپیل.
اثر پینرئوالکتریک:
در اثر کشش مکانیکی مولکولها و یا کریستالهایی که دارای بار الکتریکی ناهمسان می باشند.
تبدیل هسته ای:
ساخت انرژی الکتریکی بر اساس شتاب ذرات باردار مثل بتاولتایی و تشعش ذرات آلفا.
الکتریسیته ساکن
نخستین شکل انرژی الکتریکی بود که کشف و مورد تحقیق قرار گرفت. هنوز ژنراتورهای الکترواستاتیک
حتی در دستگاه های مدرن مانند ژنراتور و اندوگراف و ژنراتور MHD کاربرد دارند. در این روش الکترونها بطور مکانیکی جدا شده و در جهت افزایش
پتانسیل الکتریکی منتقل میشوند.
تقریباً تمام ژنراتورهای
تجاری تولید برق از روش القاء الکترومغناطیسی بدین شکل که انرژی نیروهای مکانیکی جریان
الکتریکی را پدید می آورند. روشهای مختلفی در پیشرفت و توسعه این انرژی های مکانیکی
از قبیل موتورهای حرارتی، موتورها با نیروی محرکه آب، باد و نیروی کشش و رانش وجود
دارند. روش مستقیم در تبدیل انرژی هسته به انرژی الکتریکی کاربرد چندانی ندارد و در
دستگاههایی که از انرژی هسته ای در تولید برق استفاده می کنند این انرژی برای راه اندازی
موتور حرارتی استفاده می شود که محرکه ژنراتوری است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی
از طریق القاء الکترومغناطیس تبدیل می کند پس انرژی هسته ای نقش سوخت موتور حرارتی
را عهده دار بوده و به طور مستقیم در تولید برق بکار نمی رود.
اغلب ژنراتورهای
الکتریکی با موتورهای حرارتی کار می کنند. انرژی گرمایی اغلب این ماشینها توسط سوختهای
فسیلی شکاف هسته ای و انواع منابع قابل تجدید انرژی تأمین می شود.
نخستین مدل پیشرفته
توربین بخار توسط سر چارلز پارسونس در سال 1884 طراحی و ساخته شده که امروزه 80 درصد
نیروی برق در جهان با استفاده از اشکال مختلف این روش تولید می شوند.
توربین ها چگونه کار می کنند
سدهای بزرگ نظیر
سه نمونه سد آبی که در چین وجود دارند می توانند نیروی هیدروالکتریک عظیمی را جهت تولید
برق تأمین کنند. این روش توانایی تولید GW 5/22
برق را داراست. ساسکوئینا (Susquehanna)
نیروگاه برقی بخار با دستگاه تولید برق از طریق سوخت هسته ای می باشد. سیکل ترکیبی
گاز طبیعی نزدیک اورم (Orem) در ایالت یونا
(utah) آمریکا می باشد. تمام توربین ها توسط حرکت سیال با انرژی متوسط بکار
می افتد. شمار زیادی از انواع توربین های حرارتی موجود می باشند و از دیگر انواع توربینها
می توان از توربینهای بادی یا توربینهایی که با فشار آب کار می کنند یاد کرد.
بخار آب حاصل از
راه های زیر:
شکاف هسته ای چیست
سوختن سوختهای فسیلی
(زغال سنگ ، گاز طبیعی، نفت خام). بخار مورد استفاده در این توربین ها بطور مستقیم
از سوخت گا طبیعی یا نفت تولید میشود.
توربین های سیکل
گاز ترکیبی دستگاه هایی هستند که انرژی محرکشان هم از بخار و هم از گاز طبیعی حاصل
می شود.
آنها انرژی خود
را از طریق سوخت گاز طبیعی در توربین های گازی و بکار بردن بخار همین فرآیند برای تولید
انرژی بیشتر تأمین می کنند. راندمان این دستگاهها بیش از 60 درصد است.
انرژی قابل تجدید
بخار به روش زیر تولید می شود:
زیست توده (Biomass) چیست
خورشید به عنوان
انرژی حرارتی: پارابولیک خورشیدی (salarparabolic)
از طریق شعاع های نور خورشید دما را برای جریان تأمین می کند.
نیروی ژئوترمال
(حرارت زمین) بار از طریق فشار تحت دما در اعماق زمین توربین را به حرکت در می آورد
و یا حرارت آبهای گرم معدنی برای حرکت توربین بکار گرفته می شود.
منابع قابل تجدید
دیگر:
آب (هیدروالکتریک)
تیغه های توربین توسط فشار آب موجود در پشت سدها و نیروی کششی آن به حرکت در می آیند.
باد – اغب توربین
های بادی انرژی الکتریکی را از وزش باد طبیعی تأمین می کنند.
موتورهای عملکرد
متقابل چگونه اند
ژنراتورهای برق
کوچک اغلب بر اساس این روش و با استفاده از سوخت گازوئیل، گاز متان و یا گاز طبیعی
نیروی برق تولید می کنند. موتورهای دیزلی اغلب برای راه اندازی برق اضطراری معمولاً
با تولید ولتاژ کم استفاده می شوند. بهرحال انژی زیادی در این موتورها مصرف می شود
که برای تولید برق اضطراری در شرایط خاص و یا در بیمارستان ها و در نبود برق بکار می
روند. گاز متان در راه اندازی توربین های گازی کوچکی استعمال می شود که در نزدیکی منابع
تولید این گاز نظیر فاضلاب ها بکار گرفته میشود و برق حاصله نیز از ولتاژ کمی برخوردار
است. ژنراتوری که از سوخت زغال سنگ استفاده می کند در لافلین نواای امریکا قرار دارد.
صاحبان این دستگاه پس از آنکه این دستگاه توسط مطالعات زیست محیطی این دستگاه را به
عنوان منبع آسیب رسان به محیط زیست شناساند از استفاده بیشتر از آن دست کشیدند.
سلول فتو الکتریک
از روشهایی بی شباهت به آنچه ذکر شده است انرژی حاصل از نور را به انرژی الکتریکی تبدیل
می کند. با وجودیکه نور خورشید رایگان است اما تجهیزات تولید انرژی الکتریکی به این
روش گران می باشد و تولید انبوه برق از این روش با وجود مزایای زیادش به صرفه نیست.
بدلیل کاوایی کم
قیمت تجاری سلولهای نوری سیلیکون کاهش یافته است و امروزه سلولهایی از این قبیل با
کارایی سطح 30 درصد موجود می باشد. کارایی بیش از 40 درصد از نظر آزمایشی مردود شناخته
شده است. تاکنون سلولهای نوری فقط در سیستم هایی که در مناطقی دور دست قرار داشته و
امکانات جریان برق به انواع مختلف موجود نبوده است بکار گرفته می شده ولی اخیراً و
با پیشرفت های صورت گرفته در صنایع الکتریکی نوری و تکنولوژی فتوولتاژی و از آنجا که
نگارنیهای زیست محیطی نیز افزایش یافته است از این روش تولید انرژی الکتریکی استفاده
بیشتری می شود و ظرفیتهای راه اندازی شده این سیستم توسط مناطق مختلفی از جهان مانند
آلمان، ژاپن، کالیفرنیا و نیوجرسی ایالات متحده رشدی در حد 40 درصد در هر سال را در
پیش گرفته است.
روشهای دیگر تولید
برق چیست
توربینهای تولید
برق بادی از دیگر متدهایی به شمار می روند که به شبکه تولید برق در جهان پیوسته اند.
تکنولوژیهای متنوع دیگری نیز در ارتباط با تولید برق مورد مطالعه و گسترش قرار گرفته
اند. ژنراتورهای نیمه هادی
(بدون داشتن قسمتهای
متحرک) بطور گسترده ای در وسایل الکتریکی همراه بکار گرفته شدند (نظیر لپ تاپ ها).
این حوزه بطور وسیعی از تکنولوژی ترموالکتریک TE استفاده کرده است و گسترش ترمیونیک TI و ترموفتوولتائیک TPV نیز تقریباً در همان سطوح صورت
گرفته است. عمدتاً دستگاههای TE از دمای پایینتری نسبت به TI و TPV استفاده می کنند. دستگاهها پنیرئوالکتریک از نیروی مکانیکی
نظیر کشش و اصطکاک جهت تولید برق استفاده می کنند. بتاولتایی شکل دیگری از اشکال ژنراتورهای
نیمه هادی می باشند که با تشعشعات اندک رادیواکتیو، الکتریسیته می سازد. ژنراتورهای
MHD از جمله ژنراتورهایی هستند که مورد مطالعه زیادی قرار
گرفته اند و از جمله روشهایی هستند که بر پایه انرژی هسته ای در جهت تولید جریان برق
مورد استفاده قرار میگیرند.
و در آخر می توان
از نیروی فشار اسنری یاد کرد که در مناطقی که آبهای شیرین یا آبهای شور در دسترس است
می تواند کاربرد داشته باشد.
همچنین تولید برق
به روشهای الکتروشیمیایی در ابزارهای همراه مانند موبایل و لپ تاپ حائز اهمیت میباشد.
امروزه جریان الکتریکی به روش الکتروشیمیایی از سلولهای الکتروشیمایی و باتریها گرفته
می شود که بیشتر به عنوان منبع ذخیره انرژی الکتریکی تا منبع تولید آن بکارگیری میشود.
در سالهای اخیر منابع الکتروشیمیایی تولید جریان الکتریکی در دامنه وسیعی مورد مطالعه
و تحقیق قرار گرفته اند. سلولهای سوختی که از طریق سوختهای طبیعی و باز فرآیند سنتزی
به تولید انرژی الکتریکی می پردازند (مخصوصاً هیدورژن الکترولیت) نسبت به حوضه کاربردشان
به عنوان منابع تولید یا ذخیره سازی انرژی الکتریکی بکار گرفته می شوند.
دانلود مقاله در مورد الکتریسیته (برق)
الکتریسیته «Electricity»، البته
اسمی که بیشتر از آن یاد می شود برق نام دارد، یک شوک الکتریکی وارد می
کند و به وسیله دستگاه هایی که ساخته اند، به وسیله آن ها الکتریسیته یا
همان برق را تولید می کنند.
خیلی زود می خواهیم برویم سر اصل مطلب و
توضیحاتی پیرامون مقاله ای که تدارک دیده ایم بگوییم. این مقاله،
الکتریسیته نام دارد که به صورت کامل به آن پرداخته شده است و می توان با
اطمینان برای رسیدن به پرسش های شما درباره الکتریسته به شما این پژوهش را
توصیه کرد. اگر قصد دارید تا بدانید که چه مطالبی در این مقاله آمده است،
ما عناوین مهم را به صورت تیتر وار در زیر نوشته ایم :
- اگر به دنبال یک تعریف از الکتریسیته هستید، ما در ابتدای این مقاله آن را تعریف کرده ایم.
- اگر دوست دارید تا بدانید که چه کسی الکتریسیته را کشف کرده است، چند خطی درباره کاشف آن نوشته ایم.
- بعد از آشنایی با کاشف الکتریسیته، تاریخچه آن را بیان کرده ایم.
- همچنین در ادامه راه ها و روش های تولید الکتریسیته توضیح داده شده است.
- اگر قصد دارید تا متوجه شوید که الکتریسیته در زندگی شما چه کاربرد هایی دارد، ما در یک مبحث در این باره مطالبی را ذکر کرده ایم.
- و چندین تعریف و توضیح دیگر مربوط به این موضوع.
الکتریسیته چیست؟ و کاربردهای آن
الکتریسیته یا همان برق در تمام زندگی ما
جریان دارد و می توان گفت بدون برق زندگی سخت می شود. اگر به اطرافمان نگاه
کنیم و وسایلی که با الکتریسیته کار می کنند را بشماریم به اهمیت آن پی می
بریم. ما نمی توانیم الکتریسیته و انرژی را ببینیم و غیر قابل رویت است
اما می تواند گرما و روشنایی تولید کند. برق یا الکتریسیته همان توان
الکتریکی است. الکتریسیته می تواند دستگاه های الکتریکی را به کار بیاندازد
و باعث حرکت چرخ های مکانیکی شود. برای اینکه بیشتر با الکتریسیته آشنا
شویم و بفهمیم که از کجا آمده است باید درباره ی ساختمان اتم آن
ها اطلاعاتی کسب کنیم.
بارهای الکتریکی
اصطلاح های مثبت و منفی مربوط به بار
الکتریکی، یعنی کمیت زیربنایی تمام پدیده های الکتریکی است. ذرات دارای بار
مثبت در ماده معمولی پروتون و ذرات دارای بار منفی الکترون هستند. نیروی
جاذبه بین این ذرات سبب گرد آمدن آنها در واحدهای بسیار کوچک – اتم ها – می
شود. وقتی در اتم به هم نزدیک شوند، توازن نیروهای جاذبه و دافعه به علت
حرکت الکترون ها در حجم هر اتم کامل نیست. این اتم ها می توانند یکدیگر را
جذب کنند و مولکول تشکیل دهند. در واقع، تمام نیروهای پیوند شیمیایی که اتم
ها را به صورت مولکول به هم متصل می سازد سرشتی الکتریکی دارد.
پایستگی بار
در اتم خنثی،تعداد الکترون ها و پروتون
ها برابر است، بنابراین بار خالصی وجود ندارد. اگر الکترونی را از اتم جدا
کنیم دیگر خنثی نخواهد بود، زیرا در این صورت دارای یک بار مثبت بیشتر از
بار منفی خواهد بود و می گویند دارای بار مثبت شده است. اتم باردار را یون
می نامند. یون مثبت دارای یک بار مثبت خالص است. یون منفی، اتمی با یک یا
چند الکترون اضافی، بار منفی دارد. اجسام مادی از اتم ساخته شده اند، که به
معنی تشکیل آنها از الکترون،پروتون و نوترون است. معمولا جسم همان تعداد
الکترون دارد که پروتون و در نتیجه به لحاظ الکتریسیته خنثی است. اما اگر
اندکی بی توازنی در این تعداد وجود داشته باشد جسم به لحاظ الکتریکی باردار
می شود. این بی توازنی بر اثر اضافه و کم کردن الکترون به جسم به وجود می
آید. الکترون ها از چیزی به وجود نمی آیند و در درون اجسام جابجا می شوند.
بار پایسته است.
هدایت جریان الکتریسیته
مواد را معمولا بر اساس توانایی شارش
الکترون ها در داخل آن ها طبقه بندی می کنند. در برخی از مواد، مانند
فلزات، الکترون ها می توانند نسبتا آزاد حرکت کنند.این گونه مواد را رسانا
می نامیم. الکترون هایی که در یک مکان از ماده به آن منتقل می شوند می
توانند به آسانی در سرتاسر ماده حرکت کنند. آب لوله کشی و بدن انسان نمونه
های دیگری از مواد رسانا هستند. در سایر مواد، الکترون ها اصلا نمی توانند
حرکت کنند. الکترون هایی که در یک مکان از ماده به آن انتقال داده شوند در
همان مکان باقی می مانند. این گونه مواد را عایق می خوانیم.
تولید الکتریسیته با رعد و برق
نحوه تولید الکتریسیته
سال های زیادی است که انسان
ها برای تولید الکتریسیته و برق از راه های مکانیکی کمک می گیرند و از راه
های مختلفی برای تولید برق استفاده می کنند. یکی از این راه ها توربین آبی
است. در نیروگاه ها برای تولید برق از توربین ها آبی برای چرخاندن
ژنراتورها استفاده می کنند. از نظر اقتصادی این شیوه بهترین روش است ولی
چون به سد سازی احتیاج دارد از نظر جغرافیایی دارای محدودیت است. راه دیگری
که استفاده می شود توربین های گازی است کار این توربین هامانند کار
موتورهای جت است در این توربین ها گازهایی که از سوختن سوخت حاصل می شود
انبساط پیدا می کند. راه های دیگر تولید الکتریسیته استفاده از توربین های
بخار، و نیروگاه های دارای سوخت فسیلی است.
