โรงไฟฟ้าหรือที่บางครั้งเรียกว่าสถานีผลิตไฟฟ้าหรือโรงไฟฟ้าคือโรงงานอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยทั่วไปแล้วโรงไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าโรงไฟฟ้าหลายแห่งมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หนึ่งเครื่องหรือมากกว่านั้น ซึ่งเป็นเครื่องจักรหมุนที่แปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าสามเฟสการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและตัวนำทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

แหล่งพลังงานที่ใช้ในการหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีความหลากหลายมาก โรงไฟฟ้าส่วนใหญ่ในโลกใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นถ่านหินน้ำมันและก๊าซธรรมชาติเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าแหล่งพลังงานคาร์บอนต่ำ ได้แก่ พลังงานนิวเคลียร์และการใช้พลังงานหมุนเวียนเช่นพลังงานแสงอาทิตย์พลังงานลมพลังงาน ความ ร้อนใต้พิภพและพลังงานน้ำ^{[ 1 ]}

ในช่วงต้นปี ค.ศ. 1871 นักประดิษฐ์ชาวเบลเยียมZénobe Grammeได้ประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีกำลังมากพอที่จะผลิตพลังงานในระดับเชิงพาณิชย์สำหรับอุตสาหกรรม^{[ 2 ]}

ในปี พ.ศ. 2321 วิลเลียม ลอร์ด อาร์มสตรอง ได้ออกแบบและสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำขึ้นที่แครกไซด์ประเทศอังกฤษโดยใช้น้ำจากทะเลสาบในที่ดินของเขาเพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซีเมนส์ กระแส ไฟฟ้าที่ได้นั้นใช้สำหรับให้แสงสว่าง ทำความร้อน ผลิตน้ำร้อน ใช้งานลิฟต์ รวมถึงอุปกรณ์ประหยัดแรงงานและอาคารฟาร์ม^{[ 3 ]}

ในเดือนมกราคม ค.ศ. 1882 โรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหินสาธารณะแห่งแรกของโลกสถานีไฟฟ้าเอดิสัน (Edison Electric Light Station ) ถูกสร้างขึ้นในลอนดอน ซึ่งเป็นโครงการของโทมัส เอดิสันที่จัดโดยเอ็ดเวิร์ด จอห์นสัน หม้อไอน้ำ ของBabcock & Wilcoxขับเคลื่อน เครื่องยนต์ไอน้ำ ขนาด 93 กิโลวัตต์ (125 แรงม้า)ซึ่งขับเคลื่อน เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ขนาด 27 ตัน (27 ลองตัน) โรง ไฟฟ้าแห่งนี้จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับสถานที่ต่างๆ ในบริเวณที่สามารถเข้าถึงได้ผ่านทางท่อระบายน้ำของสะพานลอยโดยไม่ต้องขุดถนน ซึ่งเป็นการผูกขาดของบริษัทก๊าซ ลูกค้าได้แก่City TempleและOld Baileyลูกค้าสำคัญอีกรายคือสำนักงานโทรเลขของสำนักงานไปรษณีย์กลาง แต่ไม่สามารถเข้าถึงได้ผ่านทางท่อระบาย น้ำจอห์นสันจึงจัดให้มีการเดินสายเคเบิลเหนือศีรษะ ผ่าน Holborn Tavern และNewgate ^{[ 4 ]} 

ในเดือนกันยายน ค.ศ. 1882 ที่นิวยอร์กสถานีเพิร์ลสตรีทถูกสร้างขึ้นโดยเอดิสันเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับพื้นที่ตอนล่างของเกาะแมนฮัตตัน สถานีแห่งนี้ดำเนินการจนกระทั่งถูกทำลายด้วยไฟไหม้ในปี ค.ศ. 1890 สถานีนี้ใช้เครื่องยนต์ไอน้ำ แบบลูกสูบ เพื่อหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เนื่องจากเป็นการจ่ายกระแสไฟฟ้ากระแสตรง พื้นที่ให้บริการจึงมีขนาดเล็ก ถูกจำกัดด้วยแรงดันตกในสายป้อน ในปี ค.ศ. 1886 จอร์จ เวสติงเฮาส์เริ่มสร้างระบบไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้หม้อแปลงเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสำหรับการส่งระยะไกล แล้วลดแรงดันไฟฟ้าลงสำหรับการให้แสงสว่างภายในอาคาร ซึ่งเป็นระบบที่มีประสิทธิภาพและราคาถูกกว่า คล้ายกับระบบในปัจจุบัน สงครามกระแสไฟฟ้าในที่สุดก็ยุติลงด้วยการสนับสนุนการจ่ายและการใช้กระแสไฟฟ้ากระแสสลับ แม้ว่าระบบไฟฟ้ากระแสตรงบางระบบจะยังคงใช้งานอยู่จนถึงปลายศตวรรษที่ 20 ระบบไฟฟ้ากระแสตรงที่มีรัศมีให้บริการประมาณหนึ่งไมล์ (กิโลเมตร) นั้นมีขนาดเล็กกว่า ประหยัดเชื้อเพลิงน้อยกว่า และต้องใช้แรงงานในการดำเนินการมากกว่าสถานีผลิตไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่ส่วนกลาง

ระบบไฟฟ้ากระแสสลับใช้ ความถี่ที่หลากหลายขึ้นอยู่กับประเภทของโหลด โดยโหลดแสงสว่างใช้ความถี่สูงกว่า ในขณะที่ระบบขับเคลื่อนและระบบมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดใหญ่จะใช้ความถี่ต่ำกว่า เศรษฐศาสตร์ของการผลิตไฟฟ้าจากสถานีกลางดีขึ้นอย่างมากเมื่อมีการพัฒนาระบบแสงสว่างและไฟฟ้าแบบรวมศูนย์ที่ทำงานที่ความถี่เดียวกัน โรงไฟฟ้าเดียวกันที่จ่ายไฟให้กับโหลดอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ในเวลากลางวัน สามารถจ่ายไฟให้กับระบบรถไฟโดยสารในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน และจ่ายไฟให้กับโหลดแสงสว่างในตอนเย็นได้ ซึ่งช่วยปรับปรุงปัจจัยการใช้โหลด ของระบบ และลดต้นทุนพลังงานไฟฟ้าโดยรวม อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้นอยู่หลายประการ สถานีผลิตไฟฟ้าบางแห่งถูกกำหนดให้ใช้สำหรับผลิตไฟฟ้าหรือแสงสว่างโดยเฉพาะตามความถี่ที่เลือกใช้ และเครื่องเปลี่ยนความถี่แบบ หมุน และตัวแปลงแบบหมุนเป็นที่นิยมใช้กันมากในการจ่ายไฟให้กับระบบรถไฟไฟฟ้าจากเครือข่ายแสงสว่างและไฟฟ้าทั่วไป

ตลอดช่วงไม่กี่ทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 20 สถานีกลางมีขนาดใหญ่ขึ้น โดยใช้แรงดันไอน้ำที่สูงขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ และอาศัยการเชื่อมต่อระหว่างสถานีผลิตไฟฟ้าหลายแห่งเพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและลดต้นทุน การส่งกระแสไฟฟ้าแรงสูงแบบ AC ช่วยให้สามารถส่งพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ จากน้ำตกที่อยู่ห่างไกลไปยังตลาดในเมืองได้อย่างสะดวก การเกิดขึ้นของ กังหันไอน้ำในสถานีกลางราวปี 1906 ทำให้สามารถขยายกำลังการผลิตได้อย่างมาก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่ถูกจำกัดด้วยการส่งกำลังด้วยสายพานหรือความเร็วที่ค่อนข้างช้าของเครื่องยนต์ลูกสูบอีกต่อไป และสามารถขยายขนาดได้ใหญ่โตมโหฬาร ตัวอย่างเช่นเซบาสเตียน ซิอานี เดอ เฟอร์รันติวางแผนที่จะสร้างเครื่องยนต์ไอน้ำลูกสูบที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยสร้างมาสำหรับสถานีกลางแห่งใหม่ที่เสนอ แต่ได้ยกเลิกแผนเมื่อมีกังหันไอน้ำในขนาดที่ต้องการ การสร้างระบบพลังงานจากสถานีกลางต้องอาศัยทักษะทางวิศวกรรมและความเฉลียวฉลาดทางการเงินในสัดส่วนที่เท่ากัน ผู้บุกเบิกการผลิตไฟฟ้าจากสถานีกลาง ได้แก่จอร์จ เวสติงเฮาส์และซามูเอล อินซัลล์ในสหรัฐอเมริกา เฟอร์รันติ และชาร์ลส์ เฮสเตอร์แมน เมอร์ซในสหราชอาณาจักร และอีกหลายคน^{[ 6 ]}

ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน พลังงานกลถูกผลิตขึ้นโดยเครื่องยนต์ความร้อนที่แปลงพลังงานความร้อนซึ่งมักเกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงให้เป็นพลังงานการหมุน โรงไฟฟ้าพลังความร้อนส่วนใหญ่ผลิตไอน้ำ ดังนั้นบางครั้งจึงเรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ พลังงาน ความร้อนทั้งหมดไม่สามารถแปลงเป็นพลังงานกลได้ ดังนั้นจึงมีการสูญเสียความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมเสมอ หากนำความร้อนที่สูญเสียไปนี้มาใช้ให้เกิดประโยชน์ เช่น ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมหรือระบบทำความร้อนส่วนกลางโรงไฟฟ้าดังกล่าวจะเรียกว่า โรงไฟฟ้าพลังงาน ร่วมหรือโรงไฟฟ้า CHP (combined heat-and-power) ในประเทศที่ระบบทำความร้อนส่วนกลางเป็นเรื่องปกติ จะมีโรงไฟฟ้าเฉพาะที่เรียกว่าโรงไฟฟ้าหม้อไอน้ำผลิตความร้อนอย่างเดียวโรงไฟฟ้าประเภทสำคัญในตะวันออกกลางใช้ความร้อนที่เป็นผลพลอยได้สำหรับการผลิต น้ำจืด จากน้ำทะเล

ประสิทธิภาพของวงจรพลังงานความร้อนถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิสูงสุดของสารทำงานที่ผลิตได้ ประสิทธิภาพไม่ได้ขึ้นอยู่กับเชื้อเพลิงที่ใช้โดยตรง สำหรับสภาวะไอน้ำเดียวกัน โรงไฟฟ้าถ่านหิน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และโรงไฟฟ้าก๊าซ ล้วนมีประสิทธิภาพทางทฤษฎีเท่ากัน โดยรวมแล้ว หากระบบทำงานอย่างต่อเนื่อง (โหลดพื้นฐาน) จะมีประสิทธิภาพมากกว่าระบบที่ใช้งานเป็นช่วงๆ (โหลดสูงสุด) โดยทั่วไปแล้ว กังหันไอน้ำจะทำงานได้มีประสิทธิภาพสูงกว่าเมื่อทำงานเต็มกำลังการผลิต

นอกจากการนำความร้อนเหลือทิ้งไปใช้ในกระบวนการผลิตหรือระบบทำความร้อนส่วนกลางแล้ว วิธีหนึ่งที่จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของโรงไฟฟ้าคือการรวมวงจรทางเทอร์โมไดนามิกสองแบบเข้าด้วยกันใน โรงไฟฟ้า แบบวงจรผสมโดยทั่วไปแล้วก๊าซไอเสียจากกังหันก๊าซจะถูกนำมาใช้ผลิตไอน้ำสำหรับหม้อไอน้ำและกังหันไอน้ำ การรวมกันของวงจร "บน" และวงจร "ล่าง" จะให้ประสิทธิภาพโดยรวมสูงกว่าที่วงจรใดวงจรหนึ่งจะทำได้เพียงลำพัง

ในปี 2018 Inter RAO UESและState Grid ^{[ 8 ]}วางแผนที่จะสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนขนาด 8 GW ^{[ 9 ]}ซึ่งเป็น โครงการก่อสร้าง โรงไฟฟ้าพลังถ่านหิน ที่ใหญ่ ที่สุดในรัสเซีย^{[ 10 ]}

การจำแนกประเภท

โดยแหล่งความร้อน

• โรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลอาจใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันไอน้ำ หรือในกรณีของโรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซ ธรรมชาติ อาจใช้กังหันเผาไหม้โรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหินผลิตความร้อนโดยการเผาถ่านหินในหม้อไอน้ำ ไอน้ำจะไปขับเคลื่อนกังหันไอน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งจะผลิตกระแสไฟฟ้าออกมา ของเสียที่เกิดจากการเผาไหม้ ได้แก่ เถ้าซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไนโตรเจนออกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์ก๊าซบางชนิดสามารถกำจัดออกจากของเสียเพื่อลดมลพิษได้
• โรงไฟฟ้านิวเคลียร์^{[ 11 ]}ใช้ความร้อนที่เกิดขึ้นในแกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (โดยกระบวนการ ฟิชชัน ) เพื่อสร้างไอน้ำซึ่งจะไปขับเคลื่อนกังหันไอน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ประมาณร้อยละ 20 ของการผลิตไฟฟ้าในสหรัฐอเมริกามาจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
• โรง ไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพใช้ไอน้ำที่สกัดจากหินร้อนใต้ดิน หินเหล่านี้ได้รับความร้อนจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีในแกนโลก^{[ 12 ]}
• โรงไฟฟ้าพลังงานชีวมวลอาจใช้เชื้อเพลิงจากของเสียจากอ้อย ขยะมูลฝอยขยะมีเทน จากหลุม ฝังกลบหรือชีวมวลรูปแบบอื่นๆ
• ในโรงงานเหล็กครบ วงจร ก๊าซไอเสียจากเตาหลอมเหล็กเป็นเชื้อเพลิงราคาถูก แม้ว่าจะมีพลังงานความหนาแน่นต่ำก็ตาม
• ความร้อนเหลือทิ้งจากกระบวนการทางอุตสาหกรรมบางครั้งจะถูกสะสมจนมีความเข้มข้นมากพอที่จะนำไปใช้ในการผลิตไฟฟ้าได้ โดยปกติแล้วจะใช้ในหม้อไอน้ำและกังหันไอน้ำ
• โรงไฟฟ้า พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ใช้แสงแดดในการต้มน้ำและผลิตไอน้ำ ซึ่งจะไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• โรงไฟฟ้าไฮโดรเจนสามารถใช้ไฮโดรเจนสีเขียวจากการแยกด้วยไฟฟ้าเพื่อช่วยปรับสมดุลอุปทานและอุปสงค์จากแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ผันแปรได้^{[ 13 ]}

โดยผู้ขับเคลื่อนหลัก

เครื่องต้นกำลัง คือเครื่องจักรที่แปลงพลังงานในรูปแบบต่างๆ ให้เป็นพลังงานในการเคลื่อนที่

• โรง ไฟฟ้าพลังไอน้ำใช้แรงดันไดนามิกที่เกิดจากการขยายตัวของไอน้ำเพื่อหมุนใบพัดของกังหัน โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่เกือบทั้งหมดใช้ระบบนี้ ประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่ผลิตในโลกมาจากการใช้กังหันไอน้ำ^{[ 14 ]}
• โรงไฟฟ้า กังหันก๊าซใช้แรงดันไดนามิกจากก๊าซที่ไหล (อากาศและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้) เพื่อขับเคลื่อนกังหันโดยตรง โรงไฟฟ้ากังหันเผาไหม้ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติ (และน้ำมัน) เป็นเชื้อเพลิงสามารถเริ่มทำงานได้อย่างรวดเร็ว จึงใช้ในการจ่ายพลังงาน "สูงสุด" ในช่วงที่มีความต้องการสูง แม้ว่าจะมีต้นทุนสูงกว่าโรงไฟฟ้าแบบฐานโหลดก็ตาม โรงไฟฟ้าประเภทนี้อาจมีขนาดค่อนข้างเล็ก และบางครั้งก็ไม่มีคนควบคุมเลย โดยควบคุมจากระยะไกล โรงไฟฟ้าประเภทนี้ได้รับการบุกเบิกโดยสหราชอาณาจักร โดยPrincetown ^{[ 15 ]}เป็นโรงไฟฟ้าแห่งแรกของโลกที่เปิดใช้งานในปี 1959
• โรงไฟฟ้า แบบวงจรผสมมีทั้งกังหันก๊าซที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง และหม้อไอน้ำกับกังหันไอน้ำซึ่งใช้ก๊าซไอเสียร้อนจากกังหันก๊าซในการผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของโรงไฟฟ้าได้อย่างมาก และโรงไฟฟ้าฐานกำลังหลายแห่งในปัจจุบันเป็นโรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง
• เครื่องยนต์สันดาปภายใน แบบลูกสูบ ใช้ในการผลิตพลังงานสำหรับชุมชนที่อยู่ห่างไกล และมักใช้ในโรงไฟฟ้าพลังงานร่วมขนาดเล็ก โรงพยาบาล อาคารสำนักงาน โรงงานอุตสาหกรรม และสิ่งอำนวยความสะดวกที่สำคัญอื่นๆ ก็ใช้เครื่องยนต์เหล่านี้เพื่อเป็นแหล่งพลังงานสำรองในกรณีไฟฟ้าดับ โดยทั่วไปแล้วเชื้อเพลิงที่ใช้ได้แก่ น้ำมันดีเซล น้ำมันหนักก๊าซธรรมชาติและก๊าซจากหลุมฝังกลบขยะ
• ไมโครเทอร์ไบน์เครื่องยนต์สเตอร์ลิงและเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ เป็นทางเลือกต้นทุนต่ำสำหรับการใช้เชื้อเพลิงเหลือใช้ เช่นก๊าซจากหลุมฝังกลบก๊าซจากกระบวนการย่อยสลายของโรงบำบัดน้ำเสีย และก๊าซเสียจากการผลิตน้ำมัน

ตามหน้าที่

โรงไฟฟ้าที่สามารถสั่งการให้ทำงาน (ตามตารางเวลา) เพื่อจ่ายพลังงานให้กับระบบได้ ได้แก่:

• โรงไฟฟ้าฐานผลิตไฟฟ้าจะทำงานเกือบตลอดเวลาเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นส่วนประกอบของโหลดระบบที่ไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างวันหรือสัปดาห์ โรงไฟฟ้าฐานผลิตไฟฟ้าสามารถปรับให้เหมาะสมที่สุดเพื่อลดต้นทุนเชื้อเพลิง แต่Hอาจไม่สามารถเริ่มหรือหยุดการทำงานได้อย่างรวดเร็วเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงโหลดของระบบ ตัวอย่างของโรงไฟฟ้าฐานผลิตไฟฟ้า ได้แก่ โรงไฟฟ้าถ่านหินและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่ที่ทันสมัย ​​หรือโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีปริมาณน้ำที่คาดการณ์ได้
• โรงไฟฟ้าเสริมกำลังผลิตไฟฟ้าเพื่อรองรับปริมาณการใช้ไฟฟ้าสูงสุดในแต่ละวัน ซึ่งอาจเกิดขึ้นเพียงหนึ่งหรือสองชั่วโมงต่อวันเท่านั้น แม้ว่าต้นทุนการดำเนินงานส่วนเพิ่มจะสูงกว่าโรงไฟฟ้าพื้นฐานเสมอ แต่ก็มีความจำเป็นเพื่อให้มั่นใจในความมั่นคงของระบบในช่วงที่มีปริมาณการใช้ไฟฟ้าสูงสุด โรงไฟฟ้าเสริมกำลังผลิตไฟฟ้าเหล่านี้ ได้แก่ กังหันก๊าซแบบวงจรเดี่ยวและเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ ซึ่งสามารถสตาร์ทได้อย่างรวดเร็วเมื่อคาดการณ์ว่าระบบจะมีปริมาณการใช้ไฟฟ้าสูงสุด นอกจากนี้ โรงไฟฟ้าพลังน้ำก็อาจได้รับการออกแบบเพื่อใช้เสริมกำลังผลิตไฟฟ้าด้วยเช่นกัน
• โรงไฟฟ้าแบบปรับตามโหลดสามารถปรับตามความผันผวนของโหลดรายวันและรายสัปดาห์ได้อย่างประหยัด ด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่าโรงไฟฟ้าแบบปรับตามช่วงเวลา และมีความยืดหยุ่นมากกว่าโรงไฟฟ้าแบบปรับตามโหลดพื้นฐาน

แหล่งพลังงานที่ไม่สามารถควบคุมการจ่ายไฟได้ ได้แก่ พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ แม้ว่าในระยะยาวจะสามารถคาดการณ์ปริมาณพลังงานที่ส่งเข้าสู่ระบบได้ แต่ในระยะสั้น (รายวันหรือรายชั่วโมง) พลังงานจากแหล่งเหล่านี้จะต้องถูกนำมาใช้ทันทีที่พร้อมใช้งาน เนื่องจากไม่สามารถเลื่อนการผลิตได้ ข้อตกลงตามสัญญา ("รับหรือไม่รับก็ต้องจ่าย") กับผู้ผลิตไฟฟ้าอิสระ หรือการเชื่อมต่อระบบกับเครือข่ายอื่น ๆ อาจมีผลในทางปฏิบัติเป็นการควบคุมการจ่ายไฟไม่ได้

หอระบายความร้อน

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนทุกแห่งผลิต พลังงาน ความร้อนเหลือทิ้งเป็นผลพลอยได้จากการผลิตพลังงานไฟฟ้าที่มีประโยชน์ ปริมาณพลังงานความร้อนเหลือทิ้งอาจเท่ากับหรือมากกว่าปริมาณพลังงานที่แปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าที่มีประโยชน์โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซสามารถบรรลุประสิทธิภาพการแปลงพลังงานได้สูงถึง 65% ในขณะที่โรงไฟฟ้าถ่านหินและน้ำมันมีประสิทธิภาพประมาณ 30-49% ความร้อนเหลือทิ้งทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศ ซึ่งน้อยมากเมื่อเทียบกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่เกิดจาก การปล่อย ก๊าซเรือนกระจกจากโรงไฟฟ้าเดียวกัน หอระบายความ ร้อน แบบเปียกที่ใช้การไหลเวียนของอากาศตามธรรมชาติ ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และโรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลขนาดใหญ่หลายแห่งใช้ โครงสร้างคล้าย ปล่องไฟทรงไฮเปอร์ โบโลอิดขนาดใหญ่ (ดังที่เห็นในภาพด้านขวา) ซึ่งระบายความร้อนเหลือทิ้งสู่ชั้นบรรยากาศโดยรอบโดยการระเหยของน้ำ

อย่างไรก็ตาม หอระบายความร้อนแบบเปียกชนิดใช้พัดลมดูดอากาศหรือพัดลมบังคับในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนขนาดใหญ่หลายแห่ง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลโรงกลั่นปิโตรเลียมโรงงานปิโตรเคมี โรงไฟฟ้าพลังงานความ ร้อนใต้พิภพ โรง ไฟฟ้าชีวมวลและโรงไฟฟ้าพลังงานจากของเสียใช้พัดลมเพื่อสร้างการเคลื่อนที่ของอากาศขึ้นด้านบนผ่านน้ำที่ไหลลงมา และไม่ใช่โครงสร้างแบบปล่องไฟรูปทรงไฮเปอร์โบโลอิด หอระบายความร้อนแบบใช้พัดลมดูดอากาศหรือพัดลมบังคับโดยทั่วไปจะมีโครงสร้างเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าคล้ายกล่อง ซึ่งบรรจุด้วยวัสดุที่ช่วยเพิ่มการผสมของอากาศที่ไหลขึ้นและน้ำที่ไหลลง^{[ 16 ] [ 17 ]}

ในพื้นที่ที่มีข้อจำกัดในการใช้น้ำ อาจจำเป็นต้องใช้หอระบายความร้อนแบบแห้งหรือหม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศโดยตรง เนื่องจากต้นทุนหรือผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการจัดหาน้ำเพิ่มเติมสำหรับการระบายความร้อนด้วยการระเหยนั้นสูงเกินไป เครื่องทำความเย็นเหล่านี้มีประสิทธิภาพต่ำกว่าและใช้พลังงานในการขับเคลื่อนพัดลมสูงกว่า เมื่อเทียบกับหอระบายความร้อนแบบเปียกทั่วไป

โรงไฟฟ้าสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน ได้

สถานีไฟฟ้าพลังน้ำ

ในโรงไฟฟ้าพลังน้ำ น้ำจะไหลผ่านกังหันเพื่อใช้พลังงานน้ำในการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ พลังงานได้มาจากแรงโน้มถ่วงของน้ำที่ไหลลงมาจากท่อ ส่งน้ำ ไปยังกังหันน้ำที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าปริมาณพลังงานที่มีอยู่ขึ้นอยู่กับความสูงและการไหลของน้ำเขื่อน หลายแห่ง อาจถูกสร้างขึ้นเพื่อเพิ่มระดับน้ำและสร้างทะเลสาบเพื่อกักเก็บน้ำพลังงานน้ำถูกผลิตใน 150 ประเทศ โดยภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกผลิตพลังงานน้ำได้ 32 เปอร์เซ็นต์ของโลกในปี 2010 จีนเป็นผู้ผลิตไฟฟ้าพลังน้ำรายใหญ่ที่สุด โดยผลิตได้ 721 เทราวัตต์ชั่วโมงในปี 2010 ซึ่งคิดเป็นประมาณ 17 เปอร์เซ็นต์ของการใช้ไฟฟ้าภายในประเทศ

แสงอาทิตย์

พลังงานแสงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าได้โดยตรงในเซลล์แสงอาทิตย์หรือใน โรง ไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสงโดยการโฟกัสแสงเพื่อขับเคลื่อนเครื่องยนต์ความร้อน^{[ 22 ]}

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบโฟโตโวลตา อิกแปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้ากระแสตรงโดยใช้ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกอินเวอร์เตอร์จะเปลี่ยนกระแสตรงเป็นกระแสสลับเพื่อเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า โรงไฟฟ้าประเภทนี้ไม่ใช้เครื่องจักรหมุนในการแปลงพลังงาน^{[ 23 ]}

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ใช้รางโค้งพาราโบลาหรือเฮลิโอสแตทเพื่อส่งแสงแดดไปยังท่อที่มีของเหลวถ่ายเทความร้อน เช่น น้ำมัน น้ำมันที่ร้อนขึ้นจะถูกนำไปใช้ต้มน้ำให้กลายเป็นไอน้ำ ซึ่งจะไปหมุนกังหันที่ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ส่วนโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์แบบหอคอยกลางนั้น ใช้กระจกหลายร้อยหรือหลายพันบาน ขึ้นอยู่กับขนาด เพื่อส่งแสงแดดไปยังตัวรับความร้อนที่อยู่ด้านบนของหอคอย ความร้อนที่ได้จะถูกนำไปใช้ผลิตไอน้ำเพื่อหมุนกังหันที่ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ลม

กังหันลมสามารถใช้ผลิตไฟฟ้าในพื้นที่ที่มีลมแรงและคงที่ บางครั้งอาจอยู่กลางทะเลในอดีตมีการออกแบบที่แตกต่างกันมากมาย แต่กังหันลมสมัยใหม่เกือบทั้งหมดที่ผลิตในปัจจุบันใช้การออกแบบแบบสามใบพัดที่หันเข้าหาลม^{[ 24 ]}กังหันลมที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าที่กำลังสร้างอยู่ในปัจจุบันมีขนาดใหญ่กว่าหน่วยที่ติดตั้งในช่วงทศวรรษ 1970 มาก ดังนั้นจึงผลิตพลังงานได้ถูกกว่าและเชื่อถือได้มากกว่ารุ่นก่อนๆ^{[ 25 ]}ด้วยกังหันลมขนาดใหญ่ (ประมาณหนึ่งเมกะวัตต์) ใบพัดจะหมุนช้ากว่าหน่วยขนาดเล็กแบบเก่า ทำให้รบกวนสายตาน้อยลงและปลอดภัยสำหรับนกมากขึ้น^{[ 26 ]}

ออสโมซิส

พลังงานจากความแตกต่างของความเค็มเรียกว่าออสโมซิสแบบหน่วงความดัน ในวิธีนี้ น้ำทะเลจะถูกสูบเข้าไปในห้องความดันที่มีความดันต่ำกว่าความแตกต่างของความดันระหว่างน้ำเค็มและน้ำจืด น้ำจืดจะถูกสูบเข้าไปในห้องความดันผ่านเยื่อกั้น ซึ่งจะเพิ่มทั้งปริมาตรและความดันของห้อง เมื่อความแตกต่างของความดันได้รับการชดเชย กังหันจะหมุนเพื่อสร้างพลังงาน วิธีนี้กำลังได้รับการศึกษาโดยเฉพาะโดยบริษัทสาธารณูปโภค Statkraft ของนอร์เวย์ ซึ่งคำนวณว่า จะมีพลังงานมากถึง 25 TWh/ปี จากกระบวนการนี้ในนอร์เวย์ Statkraft ได้สร้างโรงไฟฟ้าออสโมซิสต้นแบบแห่งแรกของโลกบนออสโลฟยอร์ด ซึ่งเปิดทำการเมื่อวันที่ 24  พฤศจิกายน 2009 อย่างไรก็ตาม ในเดือนมกราคม 2014 Statkraft ได้ประกาศว่าจะไม่ดำเนินการโครงการนำร่องนี้ต่อไป^{[ 28 ]}

ชีวมวล

พลังงาน ชีวมวลสามารถผลิตได้จากการเผาไหม้เศษวัสดุสีเขียวเพื่อให้ความร้อนแก่น้ำจนกลายเป็นไอน้ำและขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ นอกจากนี้ พลังงานชีวมวลยังสามารถแปรรูปได้ที่อุณหภูมิและความดันต่างๆ ใน ปฏิกิริยาการทำให้ เป็นแก๊ส การไพโรไลซิสหรือการเผาไหม้แบบไม่สมบูรณ์ ขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ต้องการ ปฏิกิริยาเหล่านี้จะสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า ( ก๊าซสังเคราะห์เม็ดไม้ถ่านชีวภาพ ) ซึ่งสามารถป้อนเข้าสู่เครื่องยนต์ที่เกี่ยวข้องเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้ในอัตราการปล่อยมลพิษที่ต่ำกว่ามากเมื่อเทียบกับการเผาไหม้แบบเปิด

เป็นไปได้ที่จะกักเก็บพลังงานและผลิตกระแสไฟฟ้าในภายหลัง เช่น ในระบบผลิตไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับระบบกักเก็บพลังงานความร้อนระบบกักเก็บพลังงานแบบล้อหมุน โรงไฟฟ้า พลังงานแบตเตอรี่และอื่นๆ

กำลังไฟฟ้าที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้าจะวัดเป็นหน่วยวัตต์โดยทั่วไปคือเมกะวัตต์ (10⁶ ^{วัตต์} ) หรือกิกะวัตต์ (10⁹ ^{วัตต์} ) กำลังการผลิตของโรงไฟฟ้ามีความแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับประเภทของโรงไฟฟ้า และปัจจัยทางประวัติศาสตร์ ภูมิศาสตร์ และเศรษฐกิจ

ฟาร์มกังหันลมบนบกขนาดใหญ่ที่ใช้งานอยู่หลายแห่งตั้งอยู่ในประเทศจีน ณ ปี 2022 ฟาร์มกังหันลมกานซูเป็นฟาร์มกังหันลมบนบกที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดยผลิตพลังงานได้ 10.45 กิกะวัตต์ รองลงมาคือฟาร์มกังหันลมจางเจียโข่ว (3000 เมกะวัตต์) ส่วน ณ เดือนมกราคม 2022 ฟาร์มกังหันลมฮอร์นซีในสหราชอาณาจักรเป็นฟาร์มกังหันลมกลางทะเลที่ใหญ่ที่สุดในโลก ด้วยกำลังการผลิต 1218  เมกะวัตต์ รองลงมาคือฟาร์มกังหันลมวอลนีย์ในสหราชอาณาจักรด้วยกำลังการผลิต 1026  เมกะวัตต์

ในปี 2021 กำลังการผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้าทั่วโลกเพิ่มขึ้น 347 GW กำลังการผลิตโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมเพิ่มขึ้น 80% ในหนึ่งปี^{[ 29 ]} ณ ปี 2022โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (PV) ที่ใหญ่ที่สุดในโลกนั้น นำโดยโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ Bhadlaในประเทศอินเดีย ซึ่งมีกำลังการผลิต 2245  เมกะวัตต์

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดในสหรัฐอเมริกา ( โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์อีวานปาห์ ) มีกำลังการผลิต 392  เมกะวัตต์

โรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหิน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้หลายร้อยเมกะวัตต์ไปจนถึงหลายกิกะวัตต์ ตัวอย่างเช่น:

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โคเบิร์กในแอฟริกาใต้มีกำลังการผลิต 1,860 เมกะวัตต์

โรงไฟฟ้าพลังงาน ถ่านหินRatcliffe-on-Soarในสหราชอาณาจักรมีกำลังการผลิต 2 กิกะวัตต์

โรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนอัสวาน ในประเทศอียิปต์มีกำลังการผลิต 2.1 กิกะวัตต์

โรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนสามหุบเขาในประเทศจีนมีกำลังการผลิต 22.5 กิกะวัตต์

โรงไฟฟ้าพลังงานกังหันก๊าซสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้หลายสิบถึงหลายร้อยเมกะวัตต์ ตัวอย่างเช่น:

โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซแบบวงจรเดี่ยวหรือวงจรเปิด (OCGT) ชื่อ Indian Queensในคอร์นวอลล์ สหราชอาณาจักร มีกำลังการผลิต 140 เมกะวัตต์

โรงไฟฟ้าเมดเวย์ซึ่งเป็นโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซแบบวงจรผสม (CCGT) ในเคนต์ สหราชอาณาจักร มีกังหันก๊าซ 2 ตัวและกังหันไอน้ำ 1 ตัว มีกำลังการผลิต 700 เมกะวัตต์^{[ 30 ]}

กำลังการผลิตที่ระบุไว้ของโรงไฟฟ้าเกือบจะเป็นกำลังไฟฟ้าสูงสุดที่โรงไฟฟ้าสามารถผลิตได้ โรงไฟฟ้าบางแห่งทำงานที่กำลังการผลิตที่ระบุไว้เกือบตลอดเวลา ในฐานะโรงไฟฟ้าฐาน ที่ไม่ปรับเปลี่ยนตามความต้องการของโหลด ยกเว้นในช่วงเวลาที่มีการบำรุงรักษาตามกำหนดหรือนอกกำหนด

อย่างไรก็ตาม โรงไฟฟ้าหลายแห่งมักผลิตกระแสไฟฟ้าได้น้อยกว่ากำลังการผลิตที่ระบุไว้มาก

ในบางกรณี โรงไฟฟ้าผลิตกระแสไฟฟ้าได้น้อยกว่ากำลังการผลิตที่กำหนดไว้มาก เนื่องจากใช้แหล่งพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องผู้ปฏิบัติงานพยายามดึงพลังงานให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จากโรงไฟฟ้าเหล่านี้ เพราะต้นทุนส่วนเพิ่มแทบจะเป็นศูนย์ แต่พลังงานที่ใช้ได้นั้นผันผวนอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อาจเป็นศูนย์ในช่วงพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงในเวลากลางคืน

ในบางกรณี ผู้ประกอบการจงใจผลิตกระแสไฟฟ้าน้อยลงด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจ ต้นทุนเชื้อเพลิงในการเดินเครื่องโรงไฟฟ้าแบบปรับตามความต้องการอาจค่อนข้างสูง และต้นทุนเชื้อเพลิงในการเดินเครื่องโรงไฟฟ้าแบบปรับตามความต้องการยิ่งสูงกว่านั้นอีก เนื่องจากมีต้นทุนส่วนเพิ่มค่อนข้างสูง ผู้ประกอบการจึงมักปิดโรงไฟฟ้า ("กำลังสำรองในการปฏิบัติงาน") หรือเดินเครื่องโดยใช้เชื้อเพลิงน้อยที่สุด("กำลังสำรองหมุนเวียน") ตลอดเวลา ผู้ประกอบการจะเพิ่มเชื้อเพลิงให้กับโรงไฟฟ้าแบบปรับตามความต้องการก็ต่อเมื่อความต้องการเพิ่มสูงกว่าระดับการผลิตของโรงไฟฟ้าต้นทุนต่ำกว่า (เช่น โรงไฟฟ้าแบบไม่ต่อเนื่องและโรงไฟฟ้าพื้นฐาน) และจะเพิ่มเชื้อเพลิงให้กับโรงไฟฟ้าแบบปรับตามความต้องการก็ต่อเมื่อความต้องการเพิ่มสูงขึ้นเร็วกว่าที่โรงไฟฟ้าแบบปรับตามความต้องการจะตามทัน

พนักงานฝ่ายปฏิบัติการที่โรงไฟฟ้ามีหน้าที่หลายอย่าง พนักงานฝ่ายปฏิบัติการมีหน้าที่รับผิดชอบความปลอดภัยของทีมงานที่มักทำการซ่อมแซมอุปกรณ์ทางกลและไฟฟ้า พวกเขาดูแลรักษาอุปกรณ์ด้วยการตรวจสอบ เป็นระยะ และบันทึกอุณหภูมิ ความดัน และข้อมูลสำคัญอื่นๆ เป็นระยะๆ พนักงานฝ่ายปฏิบัติการมีหน้าที่รับผิดชอบในการเริ่มและหยุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามความจำเป็น พวกเขาสามารถซิงโครไนซ์และปรับแรงดันไฟฟ้าขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เพิ่มเข้ามาให้เข้ากับระบบไฟฟ้าที่กำลังทำงานอยู่โดยไม่ทำให้ระบบขัดข้อง พวกเขาต้องมีความรู้เกี่ยวกับระบบไฟฟ้าและเครื่องกลเพื่อแก้ไขปัญหาในโรงงานและเพิ่มความน่าเชื่อถือของโรงงาน พนักงานฝ่ายปฏิบัติการต้องสามารถตอบสนองต่อเหตุฉุกเฉินและรู้ขั้นตอนในการจัดการกับเหตุฉุกเฉินนั้น^{[ 35 ]}

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับโรงไฟฟ้า

• ระบบระบุตัวตนสำหรับโรงไฟฟ้า (KKS)
• โรงไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดในโลก
• ฐานข้อมูลการปล่อยก๊าซคาร์บอนของโรงไฟฟ้าทั่วโลก (Carbon Monitoring For Action: CARMA)
• การวัดผลผลิตสุทธิเทียบกับผลผลิตรวม เก็บถาวรจากต้นฉบับ (pdf) เมื่อวันที่ 21 ตุลาคม 2555
• การวัดการผลิตพลังงานเก็บถาวรจากต้นฉบับ (pdf) เมื่อวันที่ 2 ตุลาคม 2555