روش‌‌های مختلف تولید و توزیع برق در دنیا

در
دسته بندی ها: تازه‌ها, انرژی

برق ما از کجا تأمین می شود؟ در این مقاله به روش‌‌های مختلف تولید و توزیع برق در دنیا میپردازیم و به بررسی سهم هر کدام در تولید انرژی میپردازیم….

برق برای زندگی مدرن ضروری است، با این وجود تقریباً یک میلیارد نفر بدون دسترسی به آن زندگی می‌کنند. چالش هایی مانند تغییر اقلیم، آلودگی و تخریب محیط زیست ایجاب می کند که روش‌های تولید برق را تغییر دهیم. در طول قرن گذشته، منابع اصلی انرژی مورد استفاده برای تولید برق، سوخت های فسیلی، برق آبی و از دهه 1950 انرژی هسته ای بوده است. با وجود رشد شدید انرژی های تجدیدپذیر طی چند دهه گذشته، سوخت های فسیلی همچنان در جهان حکمفرما هستند.

استفاده از آنها برای تولید برق به دو صورت مطلق و نسبی همچنان در حال افزایش است: در سال 2017، سوخت های فسیلی 64.5٪ از برق جهان را تولید کردند، در حالی که در سال 1990 این عدد 61.9٪ بود. دسترسی به برق قابل اطمینان برای رفاه انسان مدرن حیاتی است. اما در حال حاضر از هر هفت نفر در جهان یک نفر به برق دسترسی ندارد. به همین ترتیب، تقاضای برق همچنان در حال افزایش است. در عین حال، اگر بخواهیم تغییرات آب و هوایی را کاهش دهیم، انتشار گازهای گلخانه ای باید به شدت کاهش یابد و برای کاهش آلودگی هوا ناگزیر باید به سراغ منابع پاک‌تر انرژی برویم.
این امر نیاز به افزایش زیادی در استفاده از تمام منابع انرژی کم کربن دارد که انرژی هسته‌ای مهمترین آن است. برای دستیابی به جهانی پایدار، تمامی بخش های اقتصاد باید از عاری از کربن شوند، از جمله حمل و نقل، تولید انرژی و صنایع. برق موجبات استفاده از منابع انرژی کم کربن را فراهم می‌کند، بنابراین برق رسانی گسترده به عنوان ابزاری اساسی برای کربن‌زدایی از بخشهایی که به طور سنتی با سوختهای فسیلی تأمین می شوند، دیده می شود. همانطور که مصرف‌کنندگان برق رشد می‌کند و با گسترش مزایای برق برای همه، تقاضا نیز به طور چشمگیری رشد می کند.

ذغال سنگ، نفت و گاز

نیروگاه های سوخت فسیلی، زغال سنگ یا نفت را می سوزانند تا گرما ایجاد کنند که این گرما برای تولید بخار جهت هدایت توربین‌هایی که برق تولید می کنند، استفاده می شود. در نیروگاه های گازی، گازهای گرم، توربین را برای تولید برق هدایت می کنند، درحالی که یک توربین گازی سیکل ترکیبی (CCGT) همچنین از یک مولد بخار برای افزایش میزان تولید برق نیز استفاده می کند. در سال 2017، سوخت های فسیلی 64.5٪ برق در سراسر جهان را تولید کردند.

این نیروگاه ها در مدت زمان طولانی به طور قابل اطمینانی تولید برق می کنند و به طور کلی ساخت آنها ارزان است. با این حال، سوزاندن سوخت های مبتنی بر کربن مقادیر زیادی دی اکسید کربن تولید می کند که تغییرات اقلیمی را موجب می‌شود. این نیروگاه‌ها همچنین آلاینده های دیگری مانند اکسیدهای گوگرد و نیتروژن تولید می کنند که باعث باران اسیدی می‌شوند.


نیروگاه Cottam در انگلیس، که هم از زغال سنگ و هم از گاز برای تولید برق استفاده می کند.

سوزاندن سوخت های فسیلی برای انرژی باعث مرگ قابل توجهی از موجودات زنده در اثر آلودگی هوا می شود. به عنوان مثال، تخمین زده شده که فقط در چین، هر ساله به دلیل استفاده از زغال سنگ،  670،000 نفر دچار مرگ زودرس می شوند.  نیروگاه های سوخت فسیلی به مقادیر بسیار زیادی زغال سنگ، نفت یا گاز نیاز دارند. در بسیاری از موارد، این سوخت ها باید در مسافت های طولانی منتقل شوند، که می تواند منجر به ایجاد مشکلات احتمالی در زنجیره‌ی تأمین شود.
قیمت سوخت در طول تاریخ همواره بی ثبات بوده و می تواند در مواقع کمبود یا بی ثباتی جعرافیایی و سیاسی ( که خود می‌تواند منجر به هزینه های تولید ناپایدار و افزایش قیمت مصرف کننده شود)، به شدت افزایش یابد.

نیروی برق آبی

بیشتر نیروگاه های بزرگ برق آبی با ذخیره آب در مخازن وسیع پشت سدها، برق تولید می کنند. آب مخازن در توربین ها برای تولید برق جریان می یابد. سدهای برق آبی می توانند مقادیر زیادی برق کم کربن تولید کنند، اما تعداد سایت های مناسب برای ایجاد سدهای جدید و بزرگ محدود است. نیروی برق آبی همچنین می تواند توسط نیروگاه های رودخانه ای تولید شود اما بیشتر رودخانه‌هایی که برای این کار مناسب هستند قبلاً توسعه یافته اند.


سد  three Gorgesدر چین بزرگترین سد برق آبی و بزرگترین نیروگاه برق جهان است

در سال 2017، انرژی آبی 16٪ از تولید برق در سراسر جهان را تشکیل می داد. طغیان مخازن پشت سدها و کند کردن جریان سیستم رودخانه زیر سد همچنین می تواند تأثیر جدی بر محیط زیست و جمعیت محلی داشته باشد. به عنوان مثال، در هنگام ساخت بزرگترین سد برق
آبی جهان – سد Three gorges در چین – حدود 1.3 میلیون نفر آواره شدند. از نظر تعداد مرگ و میر ناشی از حوادث، نیروی برق آبی کشنده‌ترین منبع انرژی است. مثال این حادثه،‌ سقوط سد بانکیاو در استان هنان چین در سال 1975 با بیشترین تعداد کشته شدگان بود که طبق برآوردهای رسمی منجر به 171000 کشته مستقیم و غیرمستقیم شد.

قدرت هسته ای

راکتورهای انرژی هسته ای از گرمای تولید شده از شکافتن اتم‌ها برای تولید بخار جهت هدایت توربین استفاده می کنند. در فرآیند شکافت هیچ گاز گلخانه ای تولید نمی شود و فقط مقادیر بسیار کمی از آن در کل چرخه حیات هسته ای تولید می شود. انرژی هسته ای نوعی انرژی سازگار با محیط زیست برای تولید برق است که به آلودگی هوا کمک نمی کند. در سال 2018، انرژی هسته ای 10.5 درصد از برق جهان را تولید کرد.


نیروگاه هسته ای Paluel در شمال فرانسه، یکی از بزرگترین نیروگاه های هسته ای جهان

نیروگاه‌های هسته ای، مانند نیروگاه‌های سوخت فسیلی، بسیار قابل اعتماد هستند و می‌توانند ماه‌ها بدون وقفه کار کنند و بدون توجه به زمان، روز، آب و هوا و فصل، مقدار زیادی برق پاک ارائه ‌دهند. از سوخت هسته‌ای موجود در یک راکتور، می توان به لطف مقدار بسیار زیاد انرژی موجود در اورانیوم، برای چندین سال استفاده کرد. انرژی حاصل از یک کیلوگرم اورانیوم تقریباً برابر با یک تن زغال سنگ است. در نتیجه، به همین نسبت مقدار کمی زباله تولید می شود. به طور متوسط، راكتوري كه برق مورد نياز یک شخص را براي يك سال تأمين مي كند، حدود 500 گرم زباله ايجاد مي كند – اين ماده در داخل قوطي نوشابه قرار مي گيرد. فقط 5 گرم از این مقدار، سوخت هسته‌ای استفاده شده است – معادل یک ورق کاغذ. چندین استراتژی مدیریتی برای سوخت استفاده شده در دسترس است، مانند دفع مستقیم یا بازیافت در راکتورها برای تولید برق کم کربن‌تر.

نیروی باد و خورشیدی

انرژی‌های تجدیدپذیر، مانند باد، خورشید و Small-scale Hydro، در کل چرخه زندگی خود با مقادیر کم انتشار گازهای گلخانه‌ای برق تولید می‌کنند. در سال 2017، باد و خورشید به ترتیب 4.4 و 1.3 درصد از برق جهان را تولید کردند. این دو انرژی، به دلیل
وابستگی ذاتی به آب و هوا، به طور پیش بینی شده یا مداوم برق تولید نمی‌کنند. تولید برق از توربین های بادی با سرعت باد متفاوت است و اگر باد خیلی ضعیف یا خیلی شدید باشد، هیچ برقی تولید نمی شود. میزان خروجی صفحات خورشیدی به قدرت آفتاب بستگی دارد، که به عوامل مختلفی از جمله ساعت روز و میزان پوشش ابر (و همچنین میزان گرد و غبار صفحات) بستگی دارد. مشکل دیگر این است که ممکن است فضای کافی یا تمایل عمومی برای قرار دادن تعداد زیادی توربین یا پانل مورد نیاز برای تولید برق کافی، وجود نداشته باشد. این امر به این دلیل است که انرژی ناشی از باد یا خورشید پراکنده است، به این معنی که برای تولید مقدار قابل توجهی از برق، زمین های بسیار قابل توجهی مورد نیاز است.

از آنجا که برق تولیدی به راحتی قابل ذخیره نیست، انرژی های تجدیدپذیر باید توسط سایر اشکال تولید برق پشتیبانی شوند. بزرگترین باتری‌ها نمی‌توانند روزها کار کنند، چه رسد به هفته‌هایی که جهت پشتیبانی انرژی‌های تجدیدپذیر برای تأمین برق شبانه‌روزی مورد نیاز است. به منظور اطمینان از تأمین ثابت برق، نیروگاه‌های گازی به طور فزاینده‌ای خدمات پشتیبانی را به برق تجدیدپذیر ارائه می دهند. نیروگاه‌های گاز طبیعی در حین کار مقادیر زیادی دی اکسید کربن از خود ساطع می کنند و غالباً مقدار قابل توجهی متان در هنگام استخراج و انتقال گاز آزاد می شود که هر دو، موجب تغییرات آب و هوایی می‌شوند.

انرژی زیست توده

یک نیروگاه زیست توده به روشی کاملاً مشابه نیروگاه های دارای گاز و زغال سنگ کار می‌کند. نیروگاه به جای سوزاندن گاز یا زغال سنگ، با اشکال مختلف زیست توده (مانند درختانی که با این هدف کاشته شده‌اند ، تراشه‌های چوب ، زباله‌های خانگی یا “بیوگاز”) تأمین می‌شود. در سال 2017، زیست توده 2.3٪ از برق جهان را تولید کرد.


نیروگاه Drax در انگلیس زیست توده وارداتی را به عنوان بخشی از سوخت تولید برق جایگزین کرده است.

تولید زیست توده چه از نظر تولید منابع آن و چه از نظر حمل و نقل می‌تواند به انرژی زیادی نیاز داشته باشد. به همین دلیل، انرژی مصرفی بیشتر از مقدار انرژی تولیدی در سوخت نهایی شده و انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌تواند به همان اندازه یا حتی بیشتر از سوخت‌های فسیلی معادل باشد. علاوه بر این، ممکن است بیش از 100 سال طول بکشد تا دی اکسید کربن ساطع شده، جذب شود، که منجر به افزایش انتشارات کوتاه مدت می‌شود. سایر تأثیرات زیست محیطی مربوط به کاربری زمین و پایداری اکولوژیکی نیز می‌تواند قابل توجه باشد. بعلاوه، همانند ذغال سنگ، استفاده از زیست توده می تواند در آلودگی هوا نقش داشته باشد و از این رو برای جمعیت‌های محلی نیروگاه‌ها، انرژی زیست توده تأثیرات منفی بر سلامتی دارد.

آینده برق ما چیست؟

اهمیت برق در حال افزایش است. اگر بخواهیم به تغییرات آب و هوایی بپردازیم و آلودگی هوا را کاهش دهیم، باید از همه منابع انرژی کم کربن بالاخص انرژی هسته‌ای استفاده کنیم. برای پاسخگویی به تقاضای روزافزون برای انرژی پایدار، انجمن جهانی هسته ای برنامه‌ای معرفی نموده، که هدف آن تأمین حداقل 25٪ برق از انرژی هسته ای قبل از سال 2050 است. این بدان معنی است که تولید هسته ای تا آن زمان باید در جهان سه برابر شود. به منظور کاهش شدید سطح سوخت‌های فسیلی، انرژی‌های هسته‌ای و تجدیدپذیر باید به کمک یکدیگر تأمین انرژی قابل اطمینان، مقرون به صرفه و تمیز در آینده را انجام دهند.