مسیر صعودی
توان و ظرفیت نیروگاه‌ها در تولید برق چگونه است؟
نیروگاه‌های حرارتی: اولین نیروگاه‌های حرارتی متشکل از موتور سیلندر پیستونی متصل به یک ژنراتور بوده است که با توجه به توان نسبتاً محدود این نوع موتورها برای تامین برق نواحی محدود اطراف کاربرد داشته اما با توسعه شبکه‌های برق و لزوم استفاده از ظرفیت‌های بالاتر تولید برق از توربین‌ها به عنوان نیروی محرکه ژنراتورها استفاده شده است. البته برای مناطق پراکنده یا جزایر کوچک که نیاز به تولید محلی و محدود است کماکان این نوع واحدهای تولید برق کاربرد دارند و چند صد مگاوات از نیروگاه‌های دیزلی که از دهه‌های قبل در کشور نصب شده‌اند هنوز در نواحی مختلف کشور بیشتر در فصل تابستان مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. از این گذشته با توسعه تکنولوژی ساخت این‌گونه موتورها که امکان مصرف گاز طبیعی را داشته و راندمان در حد ۴۰ درصد دارند با هدف تولید محلی و کاهش تلفات توزیع در نقاط مختلف کشور استفاده می‌شود.
نسل بعدی نیروگاه‌های حرارتی استفاده از توربین‌هاست که دو نوع توربین‌های بخاری و توربین‌های گازی در صنعت برق کاربرد فراوان دارند. در توربین‌های بخاری در یک سیکل بسته، بخار حاصل از احتراق سوخت در بویلر با فشار و دمای قابل توجه از داخل یک توربین عبور داده شده و تبدیل به انرژی مکانیکی دورانی و نهایتاً در ژنراتور متصل به توربین تبدیل به انرژی الکتریکی می‌شود و بخار خروجی از توربین که دما و فشار بسیار پایینی دارد در اثر عبور از یک سیستم خنک‌کن تقطیر شده و مجدداً به سمت بویلر پمپ شده و تبدیل به بخار می‌شود و این سیکل به‌طور پیوسته تکرار می‌شود. با توسعه تکنولوژی این توربین‌ها امروزه واحدهایی با ظرفیت تولید بیش از ۱۰۰۰ مگاوات ساخته می‌شود که فشار بخار این واحدها بیش از ۲۰۰ اتمسفر و دمای بخار به حدود ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. سوخت مورد استفاده بویلرها می‌تواند گاز طبیعی، مازوت، گازوئیل و زغال‌سنگ باشد. ظرفیت نصب‌شده این نوع نیروگاه‌ها در کشور به ۱۵۸۰۰ مگاوات می‌رسد.
نوع دیگر توربین‌ها به توربین‌های گازی معروف‌اند که در آنها گازهای حاصل از احتراق سوخت مستقیماً وارد توربین شده و تولید انرژی مکانیکی دورانی می‌کند و با دما و فشار کمتری از سمت دیگر توربین خارج می‌شود. این نوع توربین از تاسیسات محدودتری نسبت به نیروگاه بخاری برخوردار است و ظرفیت تولید و راندمان آن بستگی به دمای گازهای ورودی به توربین دارد. امروزه با پیشرفت تکنولوژی ساخت این توربین‌ها، ظرفیت بیش از ۴۰۰ مگاوات و راندمان بیش از ۴۰ درصد در آنها محقق شده است. دستیابی به تکنولوژی ساخت آلیاژهای مقاوم در مقابل دمای بالا و روش‌های حفظ دمای مجاز این آلیاژها که در ساخت پره‌های این نوع توربین استفاده می‌شود موجب توسعه ساخت این نوع توربین گازی شده است. ظرفیت این نوع نیروگاه‌ها در کشور به ۴۲ هزار مگاوات می‌رسد.
نیروگاه‌های سیکل ترکیبی نوع دیگری از نیروگاه‌های حرارتی هستند که تلفیقی از دو نوع توربین‌های گازی و بخاری هستند. با توجه به اینکه دمای گازهای خروجی از توربین‌های گازی مقدار قابل توجهی است که در توربین‌های بزرگ به حدود ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد این امکان وجود دارد که با استفاده از این گازها در یک بویلر، بخار کافی برای به گردش درآوردن یک توربین بخاری تولید کرد. با این روش تولید ژنراتور متصل به توربین بخاری در نیروگاه‌های فعلی حدود نصف ژنراتور متصل به توربین گازی است که با این روش راندمان حرارتی مجموعه به ۵/ ۱ برابر افزایش می‌یابد به طور مثال برای توربین‌های گازی جدید با راندمان ۴۰ درصد، راندمان مجموعه به ۶۰ درصد افزایش می‌یابد؛ در کشور ما در حال حاضر حدود ۱۵ هزار مگاوات از نیروگاه‌های گازی تبدیل به سیکل ترکیبی شده و ظرفیت این نیروگاه‌ها در حال حاضر در حدود ۲۳ هزار مگاوات است.
نیروگاه‌های برقآبی: در این نوع نیروگاه‌ها با نصب توربین در قسمت پایین سد و عبور آب پشت سد از آن نهایتاً در ژنراتور متصل به توربین برق تولید می‌شود. بسته به ابعاد سد و جریان آب ظرفیت تولید این نوع واحدها از چند کیلووات تا بیش از ۱۰۰۰ مگاوات می‌تواند برسد. در حال حاضر ظرفیت نیروگاه‌های برقآبی کشور به ۱۲ هزار مگاوات می‌رسد.
نیروگاه اتمی: نیروگاه اتمی در واقع یک نیروگاه بخاری است که در آن یک رآکتور هسته‌ای جایگزین بویلر مصرف‌کننده سوخت فسیلی شده است. حرارت ایجاد شده در اثر فعل و انفعال هسته‌ای در رآکتور مذکور، بخار مورد نیاز توربین را تولید کرده و سایر تجهیزات و سیکل بسته آب و بخار همانند نیروگاه بخاری است. در سال ۱۳۹۰ اولین واحد از این نوع به ظرفیت ۱۰۰۰ مگاوات در نیروگاه اتمی بوشهر راه‌اندازی شده و تنها واحد از این نوع در شبکه سراسری است.
نیروگاه بادی: این نیروگاه‌ها همان‌گونه که از نام آن پیداست انرژی حاصل از جریان باد را در یک توربین پروانه‌ای تبدیل به برق می‌کند. با توجه به ساختار این نوع توربین‌ها ظرفیت آنها محدود به چند مگاوات است و برای ایجاد ظرفیت بالا تعداد قابل توجهی از برج‌های نگهدارنده این نوع توربین‌ها و تجهیزات جانبی آنها بایستی در محوطه وسیعی در یک منطقه بادخیز نصب شوند. در حال حاضر تعداد ۲۷۰ واحد از این نوع نیروگاه به ظرفیت کل ۲۸۴ مگاوات در نقاط مختلف کشور نصب شده است.
نیروگاه‌های خورشیدی: این نوع نیروگاه انرژی نورانی خورشید را که به پانل‌های تبدیل‌کننده انرژی می‌تابد تبدیل به انرژی الکتریکی می‌کند. در این نوع نیروگاه‌ها نیز همچون نیروگاه‌های بادی برای ایجاد ظرفیت بالا بایستی در منطقه وسیعی تعداد قابل توجهی پانل فتوولتائیک نصب کرد. در حال حاضر ۴۹ سایت نیروگاه خورشیدی با ظرفیت‌های مختلف در کشور فعال است که جمع ظرفیت آنها به ۲۹۰ مگاوات می‌رسد.
چند نیروگاه زباله‌سوز و بیوگاز و بازیافت حرارت کوچک نیز در مجموعه نیروگاه‌های تجدیدپذیر در نقاط مختلف کشور وجود دارد که ظرفیت آنها در مجموع به ۲۵ مگاوات می‌رسد.
در کشور ما با توجه به منابع فراوان سوخت فسیلی و همچنین بالاتر بودن هزینه سرمایه‌گذاری احداث نیروگاه‌های تجدیدپذیر اعم از خورشیدی و بادی و... سهم ظرفیت این نوع نیروگاه‌ها که کمتر از ۶۰۰ مگاوات است در مقایسه با کل ظرفیت بیش از ۸۰ هزار مگاوات نیروگاه‌های کشور بسیار ناچیز است. هرچند در سال‌های اخیر با وضع قوانین حمایتی رشد قابل توجهی در ظرفیت این نوع نیروگاه‌ها ایجاد شده است اما فاصله بسیار زیادی با سایر انواع نیروگاه‌ها دارد.
روند تحول صنعت برق کشور طی دهه‌های گذشته:
بررسی نیاز مصرف شبکه برق کشور در چهار دهه گذشته حاکی از این است که نیاز مصرف هر ۱۱ سال به دو برابر افزایش یافته و به‌تبع آن ظرفیت نصب‌شده نیروگاه‌ها به جهت پاسخگویی به این رشد مصرف هر ۱۲ سال دو برابر شده است. به عبارتی تاسیسات تولید برق کشور هر ۱۲ سال یک‌بار تاریخ گذشته خود را تکرار کرده است. رشد تعداد مشترکین برق به ۱۰ برابر طی چهار دهه گذشته و افزایش متوسط مصرف هر مشترک به دو برابر به خوبی نشان‌دهنده توسعه کمی و کیفی برق در زندگی اقتصادی و اجتماعی کشور ماست.
با توجه به قیمت پایین سوخت در کشور ما در چهار دهه گذشته و فراوانی منابع گاز و نفت، به‌طور طبیعی گرایش به سمت ساخت نیروگاه‌های حرارتی در کشور بوده اما از دهه ۷۰ استفاده از پتانسیل‌های آبی کشور در دستور کار قرار گرفت به طوری که با راه‌اندازی آنها از سال ۱۳۸۰ تاکنون (۱۷ سال) ظرفیت این نیروگاه‌ها به شش برابر یعنی از دو هزار مگاوات به ۱۲ هزار مگاوات افزایش پیدا کرده. البته نیروگاه‌های برقآبی قدیمی هرچند در ظرفیت کوچک (نسبت به مقیاس امروزی) ساخته شده بودند اما در دهه‌های ۴۰ و ۵۰ سهم قابل توجهی از ظرفیت نصب‌شده کشور را به خود اختصاص می‌دادند، به طوری که از حدود ۹۳۴ مگاوات کل قدرت نصب‌شده کشور در سال ۱۳۴۶ به میزان ۳۰۹ مگاوات یعنی یک‌سوم به نیروگاه‌های برقآبی اختصاص داشت و در سال ۱۳۵۷ نیز از هفت هزار مگاوات قدرت نصب‌شده ۱۸۰۰ مگاوات (حدود یک‌چهارم) از آن نیروگاه‌های برقآبی بود. در حال حاضر سهم این نیروگاه‌ها در شبکه سراسری بالغ بر ۱۵ درصد است.
دهه ۴۰ و قبل از آن: با توجه به گستردگی و پراکندگی جمعیت کشور تامین برق شهرها در دهه‌های اولیه قرن حاضر شمسی از طریق مولدهای دیزلی محلی تامین می‌شده است و به تدریج شبکه‌های محلی در دهه‌های بعدی به یک شبکه گسترده تبدیل شده است. اولین نیروگاهی که به شکل متمرکز و با ظرفیت نسبتاً قابل توجه احداث شده نیروگاه طرشت با چهار واحد بخاری به ظرفیت هریک ۵/ ۱۲ مگاوات و جمعاً ۵۰ مگاوات است که در سال ۱۳۳۸ در منطقه طرشت که آن زمان در حومه شهر تهران قرار داشت توسط شرکت آلستوم احداث شده و به همین دلیل آن منطقه در حال حاضر نیز معروف به برق آلستوم است. بعدها در سال ۱۳۴۴ دو واحد گازی با ظرفیت مشابه نیز در این نیروگاه احداث شد. چهار واحد بخاری این نیروگاه کماکان در حال بهره‌برداری است.
ظرفیت نیروگاه‌های دیزلی پراکنده تا اواسط دهه ۶۰ نیز روند افزایشی داشت و به حدود ۹۰۰ مگاوات رسید اما پس از آن با ایجاد نیروگاه‌های بزرگ‌تر و فرسودگی واحدهای قدیمی‌تر ظرفیت نامی قابل بهره‌برداری این واحدها به تدریج کاهش یافت و در حال حاضر نیز در حدود ۴۰۰ مگاوات از این واحدها در شبکه برق کشور قابل بهره‌برداری هستند.
دومین نیروگاه بزرگ که به شبکه برق کشور پیوست نیروگاه برقآبی امیرکبیر (سد کرج) بود که در سال ۱۳۴۰ با دو واحد ۵/ ۴۵ مگاوات جمعاً ۹۱ مگاوات نقش موثری در تامین برق کشور داشت. بعد از راه‌اندازی این دو واحد تعداد ۱۳ واحد برقآبی دیگر در نیروگاه‌های سد سفیدرود، دز، لتیان و زاینده‌رود تا پایان دهه ۴۰ راه‌اندازی شدند که ظرفیت این نوع واحدها را در پایان این دهه به ۵۱۶ مگاوات رساند. در همین دهه تعداد ۱۱ واحد بخاری جمعاً به ظرفیت ۳۸۳ مگاوات در نیروگاه‌های بعثت، مشهد، تبریز (قدیم)، اصفهان و ذوب‌آهن و تعداد هشت واحد گازی در نیروگاه‌های طرشت، شیراز و تبریز (قدیم) به ظرفیت ۱۱۱ مگاوات به بهره‌برداری رسیدند، به طوری که در پایان دهه ۴۰ قدرت نصب‌شده کل نیروگاه‌ها ۱۳۹۶ مگاوات و حداکثر مصرف کشور ۹۹۸ مگاوات بود.
دهه ۵۰: دهه ۵۰ مصادف بود با افزایش شدید قیمت نفت و به‌تبع آن افزایش بی‌سابقه درآمدهای ارزی کشور و به همین دلیل حجم سرمایه‌گذاری در بخش تولید صنعت برق توسعه چشمگیری یافت، به طوری که در پایان این دهه (سال ۱۳۵۹) قدرت نصب‌شده کشور به ۹۶۲۸ مگاوات یعنی حدود هفت برابر قدرت نصب‌شده در پایان دهه قبل (سال ۱۳۴۹) رسیده بود؛ یعنی رشد متوسط سالانه بیش از ۲۱ درصد در حالی که حداکثر نیاز مصرف طی این دهه به حدود چهار برابر (۴۱۴۳ مگاوات) افزایش یافته بود که حاکی از رشد متوسط سالانه ۳/ ۱۵ درصد است. به عبارتی قدرت نصب‌شده نیروگاه‌ها در سال ۱۳۵۹ بیش از دو برابر نیاز مصرف کشور بوده است.
سهم نیروگاه‌های برقآبی در این دهه در مقایسه با نیروگاه‌های بخاری و گازی تنها چهار واحد نیروگاه سد شهید عباسپور، چهار واحد دوم سد دز، دو واحد سد ارس و دو واحد سد مهاباد جمعاً به ظرفیت ۱۲۸۸ مگاوات بود. واحدهای سد شهید عباسپور که در سال ۱۳۵۶ راه‌اندازی شدند بزرگ‌ترین واحدهای شبکه تا آن زمان (هریک به ظرفیت ۲۵۰ مگاوات) و کل نیروگاه نیز با ظرفیت ۱۰۰۰ مگاوات بزرگ‌ترین نیروگاه شبکه تا آن زمان بوده است.
بیشترین سهم افزایش ظرفیت در دهه ۵۰ به نیروگاه‌های بخاری اختصاص دارد که با نصب ۲۲ واحد با ظرفیت ۳۷۲۶ مگاوات زیرساخت تامین‌کننده بار پایه شبکه را برای کشور فراهم کردند. نصب این نوع واحدها به دلیل وسعت و کثرت تجهیزات چند سال به طول می‌انجامد و بزرگ‌ترین آنها واحدهای بخاری نیروگاه نکا بودند که سه واحد از چهار واحد این نیروگاه هر یک به ظرفیت ۴۴۰ مگاوات در سال‌های ۵۸ و ۵۹ و واحد چهارم در سال ۶۰ راه‌اندازی شد و کماکان بزرگ‌ترین واحدهای بخاری شبکه سراسری با ۴۰ سال سابقه بهره‌برداری هستند. همچنین در همین دو سال یک واحد از نیروگاه‌های رامین اهواز، بندرعباس و اصفهان هریک به ظرفیت ۳۲۰ مگاوات در مدار تولید قرار گرفتند. واحدهای گازی با بیشترین تعداد یعنی ۹۷ واحد رکورددار این دهه بودند هرچند به لحاظ ظرفیت تولید (۲۹۳۰ مگاوات) کمتر از واحدهای بخاری بودند. در سال ۱۳۵۶ در ۱۰ استان کشور جمعاً به میزان ۵۲۰ مگاوات نیروگاه‌های دیزلی نیز نصب شده‌اند.
دهه ۶۰: در دهه ۶۰ با توجه به مشکلات حاصل از جنگ تحمیلی به‌رغم رشد متوسط ۷/ ۸درصدی نیاز مصرف (از ۴۱۴۳ به ۹۵۳۷ مگاوات طی ۱۰ سال)، رشد متوسط ظرفیت نصب‌شده نصف رشد نیاز مصرف یعنی ۴/ ۴ درصد (از ۹۶۲۸ به ۱۴۸۰۳ مگاوات) بوده است. نیروگاه‌های برقآبی افزایش ظرفیت ناچیزی در حد ۱۵۰ مگاوات در نیروگاه‌های کلان و لتیان و درودزن داشته‌اند (جمعاً شش واحد). سهم واحدهای بخار در این دهه جمعاً ۱۶ واحد در نیروگاه‌های رامین، نکا، بندرعباس، شهید منتظری، تبریز و طوس با ظرفیت‌های ۱۵۰ تا ۴۴۰ مگاوات و جمعاً بالغ بر ۱۴۷۱ مگاوات بوده است. سهم واحدهای گازی در این دهه مشتمل بر ۳۰ واحد عمدتاً با ظرفیت‌های ۲۰ تا ۳۰ مگاوات و جمعاً بالغ بر ۹۶۶ مگاوات بوده است اما دو واحد از این مجموعه که در آخرین سال این دهه (سال ۱۳۶۹) راه‌اندازی شده‌اند اولین واحدهای بزرگ گازی در شبکه سراسری با ظرفیت هریک ۵/ ۱۳۷ مگاوات در نیروگاه نکا هستند که بعدها به الگویی برای توسعه ظرفیت تولید شبکه سراسری تبدیل شدند، به طوری که شرکت مپنا با انتقال تکنولوژی این واحدها (از شرکت زیمنس آلمان) اقدام به ساخت داخل این نوع واحدها کرد و در حال حاضر حدود ۱۸۰ واحد از این نوع نیروگاه با ظرفیت حدود ۲۸ هزار مگاوات در شبکه سراسری وجود دارند که ۷۴ واحد از آنها تبدیل به سیکل ترکیبی شده‌اند که ظرفیت نامی بخش بخار آنها بالغ بر شش هزار مگاوات است.
دهه ۷۰: در آغاز دهه ۷۰ هرچند با پایان جنگ گشایش‌هایی در جهت توسعه فعالیت‌های سازندگی در کشور حاصل شد و در این راستا نیروگاه‌های جدیدی در نیمه اول این دهه به شبکه سراسری پیوستند اما در نیمه دوم این دهه رشد ظرفیت تولید با رشد نیاز مصرف تناسب چندانی نداشت به طوری که در ازای ۱۱ هزار مگاوات افزایش نیاز مصرف طی دهه مذکور حدود ۱۲۷۰۰ مگاوات ظرفیت نامی جدید به شبکه اضافه شده بود که با توجه به اینکه قدرت عملی تابستانه نیروگاه‌ها حدود ۲۰ درصد از قدرت نامی کمتر است عملاً تراز تولید نسبت به مصرف در این دهه همچون دهه ۶۰ منفی بوده است.
از تحولات این دهه راه‌اندازی نیروگاه شهید رجایی با چهار واحد هریک به ظرفیت ۲۵۰ مگاوات است که می‌توان از آن به عنوان اولین پروژه بزرگ نیروگاهی که با مدیریت ایرانی و استفاده از پیمانکاران و تامین‌کنندگان خارجی و داخلی به بهره‌برداری رسید یاد کرد. احداث تعداد قابل توجهی واحدهای گازی بزرگ (با ظرفیت بیش از یکصد مگاوات) از دیگر مشخصه‌های این دهه به شمار می‌رود که بخشی از این واحدها بعدها به تدریج تبدیل به سیکل ترکیبی شدند. (از مجموع ۴۰ واحد جمعاً به ظرفیت حدود ۵۲۰۰ مگاوات تعداد ۱۴ واحد تبدیل به سیکل ترکیبی شدند.)
دهه ۸۰: دهه ۸۰ را می‌توان به لحاظ تناسب نسبی ظرفیت نصب‌شده و رشد نیاز مصرف بهترین دهه بعد از انقلاب لقب داد. در این دهه به ازای حدود ۱۹ هزار مگاوات افزایش مصرف حدود ۳۴ هزار مگاوات ظرفیت نامی جدید نصب شد که البته حدود ۲۷۰۰ مگاوات مربوط به نیروگاه‌های صنایع بزرگ بوده است که بخشی از تولید آنها به شبکه سراسری تحویل می‌شود.
هرچند بیشترین سهم افزایش ظرفیت تولید در این دهه به نیروگاه‌های گازی و سیکل ترکیبی اختصاص دارد که ظرفیت آنها طی این دهه تقریباً به ۵/ ۳ برابر (از حدود ۱۰۵۰۰ به حدود ۳۶۵۰۰ مگاوات) افزایش یافت اما به لحاظ جهش ظرفیتی می‌توان این دهه را دهه نیروگاه‌های برقآبی نام گذاشت چراکه ظرفیت این نیروگاه‌ها که طی ۲۵ سال عملاً افزایشی نداشت در این دهه به بیش از چهار برابر (از ۲۰۰۰ مگاوات به تقریباً ۸۵۰۰ مگاوات) افزایش یافت و تناسب بهتری را به لحاظ ترکیب انواع نیروگاه‌ها در سطح شبکه سراسری ایجاد کرد که حدود ۱۴ درصد از کل قدرت نصب‌شده کشور بود در حالی که در ابتدای دهه ۸۰ این رقم هفت درصد بود.
دهه ۹۰: دهه ۹۰ (تا پایان سال ۹۷) افزایش ظرفیت تولید حدود ۱۹ هزار مگاوات بود و نیاز مصرف به میزان ۱۷ هزار مگاوات افزایش یافت که با توجه به اینکه قدرت عملی نیروگاه‌ها در فصل تابستان سه هزار مگاوات کمتر از ظرفیت نامی بوده و حدود دو هزار مگاوات از نیروگاه‌ها مربوط به صنایع بوده که بخشی از تولید خود را به شبکه تحویل می‌دهند، می‌توان چنین نتیجه گرفت که تراز افزایش واقعی تولید و رشد نیاز مصرف در دهه ۹۰ منفی بوده است. نیروگاه اتمی بوشهر به ظرفیت ۱۰۰۰ مگاوات (یک واحد) در سال ۹۰ به شبکه سراسری پیوست. از دیگر مشخصات این دهه احداث حدود دو هزار مگاوات ظرفیت تولید پراکنده و تجدیدپذیر بوده است. همچنین ظرفیت نیروگاه‌های سیکل ترکیبی در پایان سال ۹۷ حدود ۲۲۷۰۰ مگاوات و نیروگاه‌های گازی ۲۶۳۰۰ مگاوات بوده است (با احتساب نیروگاه‌های صنایع).
ارسال نظر