1-   تاريخچه

در سال 1882 اديسون اولين نيروگاه مرکزی را در ايالات متحده آمریکا داير كرد. بار اين نيروگاه 400 لامپ بود كه هر كدام 83 وات توان الکتریکی مصرف مي­كردند.در حدود همان زمان اولين نيروگاه مرکزی برق در لندن در کشور بريتانيا تاسیس گردید. اين نيروگاه شامل يك ژنراتور kW60 بود که محرك آن يك ماشين بخار با محور افقي بود. ولتاژ برق توليدشده در این نيروگاه 100 ولت با جريان مستقيم بود.اولين نيروگاه اصلي جريان متناوب در بريتانياي كبير در Deptford تاسیس گردید كه توان آن توسط ماشين­هاي 10000 اسب بخار توليد مي­شد وتوان الکتریکی باولتاژ kV10 برای مصرف كننده­هاي لندن انتقال داده مي­شد.در طول اين زمان پيكار بين طرفداران جريان متناوب و جريان مستقيم در شديدترين شرايط وبیشترین سطح قرار داشت. در طول همين زمان پیشرفتهای مشابه در آمریکا و ديگر کشورها در حال وقوع بود. در نهایت به علت اختراع ترانسفورماتور استفاده از جريان متناوب غالب گشت و يك توسعه روز افزون در ظرفیت نيروگاههاي توليد برق آغاز شد. هر شهر بزرگ يا مركز بار مسئول بهره برداري از نيروگاه مربوط به خود گشت.

2-   مشخصه های تأثيرگذار بر توليد و انتقال

سه شاخص اصلي در تغذيه برق وجود دارد كه اگر چه واضح است،اثر قابل توجهي در مهندسي تغذيه برق دارد. آنها عبارتند از:

 الف- برق، برخلاف آب و گاز قابل ذخيره سازي نيست و توليد كننده در هر زمان كنترل كمي روي بار دارد. مهندسان كنترل ملزم هستند تا توان خروجي ژنراتورها را برابر با بار متصل شده با ولتاژ و فركانس معين تنظیم کنند. سختي اين كار با مطالعه نمودارهاي تغييرات روزانه بار مشخص مي­شود. مي­توان ملاحظه نمود كه بار از يك مولفه پايدار بنام "بارپايه"، بعلاوة قله هايي بسته به اوقات مختلف روز و تغییرات بار روزانه و عوامل­ ديگر تشكيل شده است.

ب- يك افزايش پيوسته در تقاضا براي برق سالانه وجود دارد. اگر چه در بسياري از كشورهاي صنعتي نرخ افزايش مصرف برق در سالهاي اخير كاهش يافته است، ولي حتي در كشورهاي با كمترين رشد مصرف، برق مصرفي به مقدار قابل توجهي در حال افزايش است. بنابراين يك روند افزاینده و پيوسته در مقدار تجهیزات تولید برق وجود دارد.

ج- مسئله توزيع برق و طبيعت سوخت موجود از اهميت بالايي برخوردار است.از آنجائيكه زغال سنگ در نواحي­ استخراج مي­شود كه لزوماً در مركز باراصلي نيست و برق هيدروالكتريك توليدي از سدها معمولاً از نواحي مراكز بارهاي بزرگ دور است، شركتهای برق با مشكل برپا كردن پستهاي برق روبرو شده و مجبور به انتقال توان در فواصل طولاني و مشكلات اقتصادي مربوط به آن را خواهند داشت. استفاده بيشتر از انرژي اتمي باعث تغيير الگوی موجود توليد مي­شود.

د- در سالهاي اخير ملاحظات زيست­ محيطي تأثير قابل توجهي در جايابي محل پستهاي برق، هزينه ساخت، و بهره برداري از واحدهاي توليد برق داشته است. طراحي شبكه برق از تأثيرهاي حاصل از طي مراحل قانوني قبل از شروع پروژه نيز تأثير پذيرفته است. مخصوصاً امروزه سئوال اينكه اثر زيست محيطي واحدهاي اتمي مخصوصاً با راكتورهاي سري Fast Breeding))چقدر اهميت دارد، مطرح شده است.

3-   تبديل انرژي الکتریکی

انرژی از حالتهای مختلف به انرژی الکتریکی قابل تبدیل است

3-1 تبديل انرژي بوسيله بخار (نیروگاه های بخاری)

احتراق سوخهای فسیلی نظیر زغال سنگ يا نفت در مولد بخار باعث ايجاد بخار با درجه حرارت و فشار بالا شده كه به توربين بخار هدايت مي­شود. نفت داراي مزيت­هاي اقتصادي است چرا كه مي­توانداز محل تصفيه از طريق خط لوله به طرف ديگ­هاي بخار در ايستگاه توليد برق تلمبه زده شود.نيروگاههاي بخاري براساس سيكل رانكين كار مي­كنند. براي بالا بردن راندمان اين نيروگاهها بخشهاي مختلفي نظير قسمت هاي پیش  گرم­كن­، گرم­كننده­هاي درجه بالا،و بازگرمكن­های بخار به آن افزوده شده است.افزايش بازده حرارتي در اثر استفاده از بخار در بالاترين فشار و دماي ممكن به وجود مي­آيد. همچنين، براي ساختن اقتصادي توربين­ها، از توربينهاي با اندازه هر چه بزرگتر و در نتيجه هزينه سرمايه گذاری اوليه بیشتر و هزینه بهره برداری كمتر استفاده شود. در نتيجه واحدهاي توربين با ژنراتور بااندازه MW500 و بيشتر در حال حاضر مورد استفاه قرار مي­گيرند. راندمان توربين­هاي بخار با ظرفيت MW100 و بيشتر بااستفاده از حرارت دادن دوباره بخاري كه تا حدودي منبسط شده است توسط يك واحد باز گرمکن افزايش مي­يابد.بخار دوباره حرارت داده شده سپس به سمت توربين بازگردانده مي­شود و وارد قسمت ديگر توربين با فشار كمترشده در آنجامنبسط و انرژی آن تبدیل به انرژی مکانیکی مي­شود. جريان انرژي در يك نيروگاه مدرن بخار نشان داده شده است. باوجود توسعه­هاي مداوم در طراحي کوره مولد بخار و گسترش استفاده از مواد با كيفيت بهتر در نيروگاهها ، طبيعت سيكل بخار بگونه­اي است كه در مقايسه بازده آن كم(محدود به راندمان سیکل رانکلین) و مقدار زيادي از حرارت در کاندنسور از بين مي­روند. به هرحال، پيشرفتهاي مهم در طراحي و مواد مورد استفاده در نيروگاهها درسالهاي اخير باعث افزايش بازده حرارتي نيروگاههاي بخاری در حدود %40 شده­اند.روند بهبود بازده در نيروگاه با افزايش فشار و درجه حرارت بخار افزایش می یابد. بااستفاده از واحدهاي بزرگ توربين-ژنراتور، بازده نيروگاههاي بخاري بهبود يافته و هزينه سرمايه­گذاري كاهش يافته است.در نيروگاههاي با سوخت زغال سنگ، زغال سنگ خرد شده سپس آسياب مي­شود و بصورت پودر كاملا ريز مي شود. سوخت آسياب شده به داخل ديگ بخار، جايي كه با هوا براي سوختن مخلوط مي شود، ريخته مي­شود. بخار خروجي از قسمت فشار ضعیف توربين ((LP به وسيله عبور از کاندنسور،توسط مقدار زياد آب دريا يا رودخانه، منبسط و سرد شود. در حالتي كه اين امر امكان پذير نباشد برج­هاي خنک کننده كننده مورد استفاده قرار مي­گيرند.

3-2- تبديل انرژي به وسيله آب (نیروگاه های آبی)

احتمالاً قديمي­ترين روش تبديل انرژي استفاده از قدرت آب است. در ايستگاه هيدرو-الكتريك انرژي آب بصورت رايگان در دسترس است. اين ويژگي جذاب هميشه به گونه­اي توسط هزينه های بالاي سرمايه گذاری اولیه جهت ساخت نیروگاه، بخصوص هزینه های ساختمانی نیروگاه، تحت تاثیر قرار گرفته است. به هر حال امروزه هزينه سرمايه گذاری اولیه به ازاي هر كيلووات نیروگاه هيدروالكتريك با همان مقدار از نیروگاه بخاری قابل مقايسه شده است. متاسفانه شرايط جغرافيايي لازم براي نیروگاه هيدروالكتريك بطور معمول پيدا نمي­شوند. در بيشتر كشورهاي توسعه يافته، از منابع هيدروالكتريك نهايت استفاده مي­شود. هنوز پتانسيل زيادي از توليد هيدروالكتريك در كشورهاي توسعه نيافته وجود دارد و اين به هرحال با توسعه آن کشور ها بدون شك در آینده مورد استفاده قرار خواهد گرفت.يك راه معمول استفاده از انرژي آب،سیستم تلمبه ذخيره­اي است كه استفاده ازانرژی آب در شرايط غیر معمول را قادر مي­سازد.استفاده از انرژي موج در كانال­ها از ديرباز مطرح بوده است. مشكلات تكنيكی و اقتصادي وجغرافیایی بسيار زيادی در استفاده ازاین انرژي وجود دارند. يك واحد استفاده از انرژي موج در La Rance  در شمال فرانسه جايي كه ارتفاع موج به 2/9 متر و جريان آن 18000 مترمکعب در ثانیه تقريب زده شده، ساخته شده است.قبل از بحث در باره انواع توربينهاي مورداستفاده، توضیحات مختصري در باره کلیات روند كار در نیروگاههای هيدروالكتريك داده مي­شود.فاصله عمودي بين منبع ذخيره كننده بالايي و سطح توربين­ها،هد(Head) ناميده مي­شود. آبي كه از اين ارتفاع به سمت پايين مي­ريزد يك انرژي جنبشي پيدا مي­كند كه به پره­هاي توربين منتقل مي­شود. در این رابطه سه نوع طرح نیروگاه آبی با توجه به سایز و ارتفاع مخزن با تجهیزات متفاوت بصورت زير وجود دارد:

الف) مخزن با ارتفاع بالا یا ذخیره ای: محل ذخيره­سازي معمولاً درمدت زمان بیش از 400 ساعت پر مي­شود.

ب) مخزن با ارتفاع متوسط: که محل ذخيره­سازي معمولاً درمدت زمان بین 200-400 ساعت پر مي­شود.

ج) حركت رودخانه ای: که محل ذخيره سازي كمتر از 2ساعت پر مي­شود ودارای ارتفاع3-15 متر است. 

لیست مطالب اصلی این پروژه:

   تاريخچه سیستمهای قدرت

  مشخصه های تأثيرگذار بر توليد و انتقال 

  تبديل انرژي الکتریکی

 تبديل انرژي به وسيله آب (نیروگاه های آبی)

 توربين­هاي گازي (نیروگاه های گازی) 

 نیروگاه سیکل ترکیبی

 نیروگاه اتمي 

 تولید انرژی اتمی بروش شكست هسته(Fission)

جوش هسته(Fusion)

 منابع انرژي غير معمول 

انرژي خورشيدي- تبادل حرارتي

آسياب بادي 

امواج دريا 

 ذخيره­سازي انرژي 

نیروگاه تلمبه ذخيره­اي 

سيستم­هاي انرژي هيدروژن 

 ملاحظات زیست محيطي

 بارها 

 نمايش سيستم­هاي توان 

 طبيعت سيستم­هاي انتقال و توزيع 

 آمار سيستم­ها 

 سيستم­هاي توزيع 

 كاربرد (استفاده) كامپيوترهاي ديجيتال