تولید برق توسط نیروگاه های گازی

تولید برق یکی از بزرگ‌ترین و رو به رشدترین استفاده‌های صنعتی از گاز طبیعی است. این سوخت تمیز بوده و انتشار کمتری از دی اکسید کربن  نسبت به زغال سنگ دارد. اگرچه تولید برق توسط نیروگاه های گازی نسبت به نیروگاه های زغال سنگ با محیط زیست سازگارتر هستند، اما به اندازه‌ی نیروگاه‌های انرژی تجدیدپذیر مانند نیروگاه خورشیدی فولاد مبارکه اصفهان و نیروگاه بادی دوستدار محیط زیست نیستند. در این مطلب به بررسی بیشتر تولید برق توسط نیروگاه های گازی می‌پردازیم.

نیروگاه گازی چیست؟

نیروگاه های گازی نوعی نیروگاه سوخت فسیلی بوده که با سوزاندن گاز طبیعی به عنوان سوخت خود برق تولید می‌کنند. انواع مختلفی از نیروگاه های گازی وجود دارد که همگی برق تولید کرده، اما اهداف متفاوتی دارند. تمام نیروگاه های گازی از توربین گاز استفاده می‌کنند. گاز طبیعی به همراه جریانی از هوا اضافه می‌شود که در این توربین می‌سوزد و منبسط شده و باعث می‌شود ژنراتور یک آهن‌ربا بچرخد و الکتریسیته تولید کند.

تولید برق توسط نیروگاه  گازی 

نیروگاه های گازی ارزان و سریع ساخته می‌شوند. همچنین در مقایسه با سایر نیروگاه‌ها بازده ترمودینامیکی بسیار بالایی دارند. سوزاندن گاز طبیعی نسبت به زغال سنگ و نفت، آلاینده‌های کم‌تری مانند NOx، SOx و ذرات معلق تولید می‌کند. از سوی دیگر، نیروگاه های گازی به طور قابل توجهی انتشار گازهای گلخانه‌ای بالاتری نسبت به یک نیروگاه خورشیدی دارند. این بدان معناست که کیفیت هوا هنگام تغییر منبع انرژی از نیروگاه‌های زغال‌سنگ به نیروگاه‌های گازی بهبود می‌یابد (یعنی کاهش مه دود) اما همچنان انرژی خورشیدی برای بهبود کیفیت هوا فایده‌ی بیش‌تری دارد.

نیروگاه های گازی علیرغم بهبود کیفیت هوا، همچنان به طور قابل توجهی در تغییرات اقلیمی تأثیر داشته و این سهم در حال رشد است. نیروگاه های گازی با وجود تولید کم‌تر دی اکسید کربن نسبت به نیروگاه های زغال سنگ، اما همچنان دی اکسید کربن قابل توجهی تولید می‌کنند. از سوی دیگر، فرآیند انتقال گاز طبیعی از جایی که استخراج می‌شود به نیروگاه ها منجر به انتشار قابل توجهی از گاز متان (گاز طبیعی که به جو نشت می‌کند) می‌شود. تا زمانی که نیروگاه های گازی برای تولید الکتریسیته مورد استفاده قرار می‌گیرند، انتشار گازهای گلخانه‌ای توسط آن‌ها، با روش‌هایی خطرناک سیاره‌ی زمین را گرم می‌کند.

همان‌طور که اشاره شد، نیروگاه های گازی با سوزاندن گاز طبیعی در فرآیند احتراق برق تولید می‌کنند. دو نوع اصلی از نیروگاه های گازی تحت عنوان سیکل ساده و سیکل ترکیبی وجود دارد.

نحوه‌ی تولید برق در انواع نیروگاه های گازی

نیروگاه گازی سیکل ساده

در یک توربین گازی با سیکل ساده (SCGT)، گاز طبیعی در یک محفظه احتراق سوزانده می‌شود و گازهایی با فشار بالا و دمای بالا تولید می‌کند. این گازها از طریق یک توربین گاز هدایت شده و باعث چرخش آن می‌شوند. توربین به یک ژنراتور متصل است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. نیروگاه‌های سیکل ساده به دلیل زمان راه اندازی سریع خود شناخته شده‌اند و اغلب در دوره‌های اوج تقاضای برق مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نیروگاه گازی سیکل ترکیبی

نیروگاه های گازی سیکل ترکیبی (CCGT)، کارآمدتر از نیروگاه های سیکل ساده هستند. زیرا به دلیل قانون دوم ترمودینامیک، در فرآیند احتراق گاز، مقداری گرمای اتلافی نیز وجود خواهد داشت که این نیروگاه‌ها از گرمای اتلافی تولید شده در طول فرآیند احتراق نیز استفاده می‌کنند.

در یک نیروگاه CCGT، گاز طبیعی ابتدا در یک توربین گاز برای تولید الکتریسیته، به همان روشی که در SCGT می‌سوزد، سوزانده می‌شود. سپس گازهای خروجی از توربین گاز که هنوز بسیار داغ هستند، برای تولید بخار در یک مولد بخار بازیابی حرارت (HRSG) استفاده می‌شود. این بخار یک توربین بخار دیگر که متصل به ژنراتور بوده را به حرکت در می‌آورد و برق اضافی تولید می‌کند. نیروگاه های سیکل ترکیبی با ترکیب توربین‌های گاز و بخار برای تولید برق، بازده بالاتر و در کنار آن انتشار کربن کم‌تری را ایجاد می‌کنند.

فواید تولید برق با گاز طبیعی

۱. نرخ زیاد بهره وری

راندمان حرارتی یا بازده گرمایی یعنی این که چه مقدار از انرژی گرمایی حاصل از سوزاندن یک سوخت به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. هر چه بازده گرمایی یک سوخت بالاتر باشد، آن سوخت عملکرد بهتری دارد. گاز طبیعی نسبت به سایر سوخت‌های فسیلی، به طور قابل توجهی بازده گرمایی بالاتری دارد:

• نیروگاه های گازی سیکل ترکیبی می‌توانند به بازده گرمایی بیش از ۶۰ درصد برسند.
• نیروگاه های گازی ساده بازدهی بین ۳۵ تا ۴۲ درصد را به دست می‌آورند.
• در مقایسه با این دو، متوسط بازده گرمایی ​​نیروگاه زغال سنگ دارای راندمان حرارتی حدود ۳۳ درصد است.

۲. مزایای زیست محیطی

گاز طبیعی فراتر از آمارهای چشمگیر بازده گرمایی، دستاوردهای زیست محیطی عمده ای نیز به همراه دارد:

• انتشار کم‌تر گازهای گلخانه‌ای

وقتی گاز طبیعی برای تولید برق استفاده می‌شود، تقریباً نیمی از میزان دی اکسید کربن (CO2) را در مقایسه با زغال سنگ آزاد می‌کند. دی اکسید کربن کم‌تر به ازای هر واحد برق یک مزیت بزرگ برای کاهش اثرات مخرب آب و هوایی است.

همچنین گاز طبیعی در مقایسه با زغال سنگ، مقادیر بسیار کم‌تری از دی اکسید گوگرد، اکسیدهای نیتروژن و ذرات معلق نیز تولید می‌کند. این امر منجر به بهبود کیفیت هوا و حفظ سلامت جوامع می‌شود.

۳. در دسترس بودن و قابلیت اطمینان نسبی

بر اساس برآوردها، تا اول ژانویه ۲۰۲۰، کل ذخایر گاز طبیعی ثبت شده در سراسر جهان تقریباً ۷۲۵۷ تریلیون فوت مکعب (Tcf) بوده است. با ثابت ماندن تقاضای گاز طبیعی در عدد ۱۴۳.۶ TCF در سال ۲۰۲۲، مشخص می‌شود که این میزان از ذخایر گاز طبیعی به تنهایی بیش از ۵۰ سال تولید انرژی را تضمین خواهد کرد. عرضه‌ی چنین میزانی، گاز طبیعی را به منبع سوخت تقریباً قابل اطمینانی برای تولید برق تبدیل می‌کند.

کلام آخر

تولید برق توسط نیروگاه های گازی جزء حیاتی چشم انداز انرژی مدرن بوده که برق کارآمد، قابل اعتماد و نسبتاً کم کربنی را ارائه می‌دهد. گاز طبیعی یک سوخت فسیلی است. به این معنی که آن را در لایه‌هایی از زیر سطح زمین پیدا می‌کنیم. گاز طبیعی منبع انرژی محدود و غیر قابل تجدیدی است. سوزاندن گاز طبیعی، گازهای گلخانه‌ای ایجاد می‌کند که گرم شدن کره‌ی زمین را شدت و سرعت می‌بخشد. بشر برای رسیدن به انتشار صفر خالص کربن باید از استفاده از انرژی گاز طبیعی فاصله بگیرد.

با این حال، امروزه انرژی گازی همچنان بخش مهمی از منابع تولیدی برای تأمین برق در سراسر جهان است. نیروگاه های گازی با تولید برق به ما کمک می‌کنند تا غیرقابل پیش بینی بودن منابع انرژی تجدیدپذیر را مدیریت کرده و در واقع از گاز طبیعی به عنوان پلی برای رسیدن به این منابع استفاده کنیم. زیرا انسان در عصر حاضر با کمک شرکت‌های کوچک و بزرگی همچون شرکت صنایع نیرو و انرژی پاک فولاد (صناپ) در حال افزودن انرژی‌های تجدیدپذیر بیش‌تری مانند انرژی خورشیدی، بادی و غیره به سیستم تولید برق و انرژی خود است.