کلیات

نیروگاه حرارتی (به انگلیسی: Thermal power station) گونه‌ای از نیروگاه است که معمولاً از بخار به عنوان سیال و عامل محرک استفاده می‌کند. آب پس از گرم شدن به سمت توربین بخار که به یک ژنراتور متصل شده می‌رود و با استفاده از انرژی جنبشی خود آن را به حرکت درمی‌آورد. پس از عبور بخار از توربین، بخار در کندانسور فشرده می‌شود. بزرگترین اختلاف در طراحی نیروگاه‌های گرمایی نیز به نوع سوخت مصرفی در نیروگاه مربوط است.

تقریباً تمامی نیروگاه‌هایی که با استفاده از زغال سنگ، انرژی هسته‌ای، انرژی زمین‌گرمایی یا انرژی گرمایی خورشید کار می‌کنند نیروگاه حرارتی محسوب می‌شوند. گاز طبیعی نیز برخی اوقات در بویلرها یا توربین‌های گازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از مشکلات نیروگاه‌های حرارتی می‌توان به تولید دی‌اکسید کربن اشاره کرد.

این نیروگاه‌ها معمولاً در اندازه‌های بزرگ و برای استفاده مداوم ساخته می‌شوند.

تاریخچه

تا سده ۱۹ میلادی از موتورهای بخار که توسط توماس ادیسون اختراع شده بود برای کاربردهای صنعتی استفاده می‌شد. اولین نیروگاه‌های بزرگ تولید برق در نیویورک و لندن نیز از موتورهای بخار استفاده می‌کردند. زمانی که اندازهٔ ژنراتورها رفته‌رفته بزرگ شد، استفاده از توربین‌های بخار به دلیل بهره‌وری بالا و قیمت ساخت پایین‌ترشان گسترش یافت. پس از دههٔ ۱۹۲۰ تمامی نیروگاه‌های نسبتاً بزرگ با توان تولیدی حدود چند کیلووات نیز از توربین‌های بخار استفاده می‌کردند.

بهره‌وری

بهره‌وری الکتریکی یک نیروگاه حرارتی مرسوم با استفاده از نسبت برق تحویلی به شین‌های اصلی و حرارت تولیدی در کوره به دست می‌آید و معمولاً بین ۳۳ تا ۴۸ درصد است. میزان بهره‌وری نیروگاه‌های حرارتی نیز مانند تمامی موتورهای گرمایی محدود به قانون ترمودینامیک (چرخه کارنو) است و بنابراین بقیهٔ انرژی به صورت گرما از نیروگاه خارج می‌شود. این گرمای اضافی را معمولاً با استفاده از آب یا برج‌های خنک‌کننده از نیروگاه خارج می‌کنند. اگر از این گرما برای کاربردهای دیگر مانند گرمایش محیط یا… استفاده شود به این چرخه، «چرخه ترکیبی» می‌گویند. یکی از کاربردهای اصلی این گرما در تأسیسات نمک‌زدایی است که بیشتر در کشورهای کویری که دارای منابع گاز طبیعی هستند مورد استفاده قرار می‌گیرد و به این ترتیب آب شیرین و الکتریسیته با هم در چرخه‌هایی وابسته ایجاد می‌شوند.

با این که بهره‌وری این نیروگاه‌ها از نظر قوانین ترمودینامیک محدود است اما با افزایش حرارت و به مثابه آن افزایش فشار بخار می‌توان کارایی این نیروگاه‌ها را افزایش داد. در گذشته‌استفاده از جیوه به عنوان سیال در تحقیقات آزمایشگاهی نشان داده که این فلز می‌تواند فشار بیشتری را در حرارتی کمتر نسبت به آب ایجاد کند اما خطر غیرقابل چشم‌پوشی سمی بودن این فلز و امکان نشت آن استفاده از این عنصر را به عنوان سیال منتفی کرد.

هزینه‌ها

هزینه تولید انرژی الکتریکی در یک نیروگاه حرارتی مستقیم به هزینه سوخت آن بر می‌گردد. هم چنین عواملی مانند اپراتور کار، نگهداری، دسترسی و مکان نیروگاه ، می‌توانند بر هزینه نیروگاه تأثیر بگذارند.