کلیات

نیروگاه (به انگلیسی: Power station)، که با نام‌های «کارخانه برق» یا «مرکز برق» نیز شناخته می‌شود، یک تأسیسات صنعتی برای تولید برق است. نیروگاه‌ها معمولاً به یک شبکه برق متصل می‌شوند.

بسیاری از نیروگاه‌ها دارای یک یا چند مولد یا ژنراتور هستند؛ یک ماشین دوار که توان مکانیکی را به برق سه‌فاز تبدیل می‌کند. حرکت نسبی بین یک میدان مغناطیسی و یک رسانا جریان الکتریکی ایجاد می‌کند.

منبع انرژی استفاده شده برای چرخاندن ژنراتور انواع متفاوتی دارد. بیشتر نیروگاه‌ها در جهان سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ، نفت و گاز طبیعی را برای تولید برق می‌سوزانند. منابع انرژی کم‌کربن شامل انرژی هسته‌ای و استفاده روزافزون از انرژی‌های تجدیدپذیر مانند خورشیدی، باد، زمین گرمایی و برق آبی است.

تاریخچه

در اوایل سال ۱۸۷۱، مخترع بلژیکی زنوب گرام ژنراتوری را اختراع کرد که به اندازه کافی قدرتمند بود تا بتواند برق را در مقیاس تجاری برای صنعت تولید کند.

در سال ۱۸۷۸، یک نیروگاه برق آبی توسط ویلیام جورج آرمسترانگ در کرگساید، انگلستان طراحی و ساخته شد. از آب دریاچه‌های موجود در املاک او برای تأمین انرژی دینام‌های زیمنس استفاده می‌شد. برق تولید شده برای روشن کردن چراغ‌ها، گرمایش، تولید آب گرم، راه اندازی آسانسور و همچنین دستگاه‌های مورد استفاده در کار و ساختمان‌های مزرعه استفاده می‌شد.

در ژانویه سال ۱۸۸۲ اولین نیروگاه برق عمومی زغال سنگی در جهان، با نام ادیسون ایلکتریک لایت استیشن (Edison Electric Light Station)، در لندن ساخته شد، پروژه‌ای از توماس ادیسون که توسط ادوارد جانسون سازماندهی شد. دیگ بخار Babcock & Wilcox به یک موتور بخار ۹۳ کیلووات (۱۲۵ اسب بخار) نیرو می‌داد که یک ژنراتور ۲۷ تنی را به چرخش درمی‌آورد.

در سپتامبر ۱۸۸۲ در نیویورک، پست خیابان پرل توسط ادیسون برای تأمین روشنایی در منطقه پایین جزیره منهتن تأسیس شد. این ایستگاه تا زمانی که در سال ۱۸۹۰ در اثر آتش‌سوزی نابود شد، کار می‌کرد. این ایستگاه از موتورهای بخار رفت و برگشتی برای چرخاندن ژنراتورهای جریان مستقیم استفاده می‌کرد. به دلیل توزیع برق جریان مستقیم، منطقه خدمات‌دهی کوچک بود و با افت ولتاژ در فیدرها محدود شد. در سال ۱۸۸۶ جورج وستینگهاوس شروع به ساخت یک سیستم جریان متناوب کرد که از یک ترانسفورماتور برای افزایش ولتاژ برای انتقال در مسافت‌های طولانی استفاده می‌کرد و سپس آن را برای روشنایی داخلی کاهش داد؛ یک سیستم کارآمدتر و کم هزینه‌تر که شبیه به سیستم‌های مدرن است. جنگ جریان‌ها در نهایت به نفع توزیع و استفاده از جریان متناوب پایان یافت.

نیروگاه‌های حرارتی

در یک نیروگاه گرمایی انرژی مکانیکی مورد نیاز برای به حرکت درآوردن مولدها به وسیله گرمایی که معمولاً از سوختن سوخت‌ها به وجود می‌آید، تأمین می‌شود. بیشتر نیروگاه‌های گرمایی (در حدود ۸۶ درصد آنها) از بخار برای انتقال حرارت و ایجاد انرژی مکانیکی استفاده می‌کنند و به همین دلیل این نیروگاه‌ها را نیروگاه‌های بخاری نیز می‌نامند. بر طبق قانون دوم ترمودینامیک هرگز نمی‌توان تمامی انرژی گرمایی را به انرژی مکانیکی تبدیل کرد؛ بنابراین، همیشه مقداری از گرمای اضافی در محیط آزاد می‌شود، حال اگر از این گرما برای انجام فرایندهای صنعتی یا گرمایش ناحیه‌ای استفاده کنیم می‌توانیم بازدهی استفاده از انرژی را بالا ببریم، این روش که در برخی تأسیسات گرمایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، سیستم ترکیبی گرما و نیرو یا CHP نام دارد. یکی از کاربردهای این روش که بیشتر در خاورمیانه مورد استفاده قرار می‌گیرد استفاده از انرژی گرمایی اضافی برای نمک‌زدایی آب است. در نمک‌زدایی آب دریا نیاز به حجم زیاد بخار با فشارکم می‌باشد که از چرخه ترکیبی بدون مشعل باید استفاده کرد.