صنعت برق برای زندگی مدرن ضروری است، با این وجود تقریباً یک میلیارد نفر بدون دسترسی به آن زندگی می‌کنند. چالش‌هایی مانند تغییر اقلیم، آلودگی و تخریب محیط زیست مستلزم آن است که ما روش تولید برق را تغییر دهیم. یکی از مزایای استفاده از انرژی الکتریکی سهولت در جابجایی آن است. برای جایجایی برق از سیم و کابل‌های فشار قوی استفاده می‌شود.
در طول قرن‌های گذشته، منابع اصلی انرژی مورد استفاده برای تولید برق سوخت‌های فسیلی، برق آبی و از دهه 1950 انرژی هسته‌ای بوده است. با وجود رشد شدید انرژی‌های تجدیدپذیر طی چند دهه گذشته، سوخت‌های فسیلی همچنان در جهان بیشترین میزان برق را تولید می‌کنند. استفاده از آنها برای تولید برق به دو صورت مطلق و نسبی همچنان در حال افزایش است: در سال 2017، سوخت‌های فسیلی 64.5٪ از برق جهان را تولید می‌کردند، در حالی که در سال 1990 این میزان 61.9٪ بود. دسترسی به برق قابل اطمینان برای رفاه انسان بسیار حیاتی است. در حال حاضر از هر هفت نفر در جهان یک نفر به صنعت برق دسترسی ندارد. به همین ترتیب، میزان تقاضای برق همچنان در حال افزایش است. در عین حال، اگر بخواهیم آلودگی‌های آب وهوایی را کاهش دهیم، انتشار گازهای گلخانه‌ای باید به شدت کاهش یابد و برای کاهش آلودگی هوا باید به سراغ منابع پاک‌تر انرژی برویم.
برای دستیابی به جهانی پایدار، تمام بخش‌های اقتصاد باید کربن زدایی شوند، از جمله حمل و نقل، گرما و صنایع. برق وسیله‌ای برای استفاده از منابع انرژی کم کربن فراهم می‌کند، بنابراین برق رسانی گسترده به عنوان ابزاری اساسی برای تولید کربن در بخش‌هایی که به طور سنتی از سوخت‌های فسیلی تأمین می‌شوند، دیده می‌شود.
منابع تولید برق به چند دسته تقسیم می‌شوند:
ذغال سنگ، گاز و روغن
نیروگاه‌های سوخت فسیلی برای ایجاد گرما زغال سنگ یا روغن را می‌سوزانند که برای تولید بخار برای هدایت توربین‌های تولید کننده برق استفاده می‌شود. در نیروگاه‌های گاز، گازهای گرم توربین را برای تولید برق هدایت می‌کنند، در حالی که یک توربین گازی سیکل ترکیبی (CCGT) نیز از یک مولد بخار برای افزایش میزان تولید برق استفاده می‌کند.
این نیروگاه‌ها در مدت زمان طولانی به طور قابل اعتماد تولید برق می‌کنند و به طور کلی ساخت آنها ارزان است. با این حال، سوزاندن سوخت‌های مبتنی بر کربن مقادیر زیادی دی اکسید کربن تولید می‌کند. این نیروگاه‌ها همچنین آلاینده‌های دیگری مانند اکسیدهای گوگرد و نیتروژن تولید می‌کنند که باعث باران اسیدی می‌شوند.
سوزاندن سوخت‌های فسیلی برای انرژی باعث مرگ قابل توجهی از موجودات در اثر آلودگی هوا می‌شود. به عنوان مثال، تخمین زده می‌شود که فقط در چین 670،000 نفر هر ساله به دلیل استفاده از زغال سنگ مرگ زودرس دارند.
نیروگاه‌های سوخت فسیلی در صنعت برق به مقادیر بسیار زیادی زغال سنگ، نفت یا گاز نیاز دارند. در بسیاری از موارد، این سوخت‌ها باید در مسافت‌های طولانی منتقل شوند، که می‌تواند منجر به مشکلات احتمالی شود.
نیروی برق آبی
بیشتر نیروگاه‌های بزرگ برق آبی با ذخیره آب در مخازن وسیع پشت سدها، برق تولید می‌کنند. آب مخازن از طریق توربین‌ها برای تولید برق جریان می‌یابد. سدهای برق آبی می‌توانند مقادیر زیادی برق کم کربن تولید کنند، اما تعداد مکان‌های مناسب برای سدهای بزرگ محدود است. نیروی برق آبی همچنین می‌تواند توسط نیروگاه‌های رودخانه‌ای تولید شود. بعد از تولید به وسیله سیم و کابل به مناطق مختلف انتقال داده می‌شود.
طغیان مخازن پشت سدها و کاهش سرعت جریان رودخانه در زیر سد نیز می‌تواند تأثیر جدی بر محیط زیست و جمعیت محلی داشته باشد. به عنوان مثال، در هنگام ساخت بزرگ‌ترین سد برق آبی جهان، (سد سه دره در چین) حدود 1.3 میلیون نفر آواره شدند.
قدرت هسته‌ای
راکتورهای انرژی هسته‌ای از گرمای تولید شده از اتم‌های تقسیم کننده برای تولید بخار جهت هدایت توربین استفاده می‌کنند. در فرآیند شکافت، هیچ گاز گلخانه‌ای تولید نمی‌شود و فقط مقادیر بسیار کمی در کل چرخه حیات هسته‌ای تولید می‌شود. انرژی هسته‌ای به نوعی سازگار با محیط زیست برای تولید برق است و باعث آلودگی هوا نمی‌شود. در سال 2018، انرژی هسته‌ای 10.5 درصد از برق جهان را تولید کرد.
نیروگاه‌های هسته‌ای مانند نیروگاه‌های سوخت فسیلی بسیار قابل اطمینان هستند و می‌توانند ماه‌ها بدون وقفه کار کنند و مقدار زیادی برق تمیز را صرف نظر از زمان، آب و هوا و فصل تأمین کنند.
سوخت هسته‌ای به لطف مقدار بسیار زیادی انرژی موجود در اورانیوم می‌تواند برای چندین سال در راکتور استفاده شود. انرژی حاصل از یک کیلوگرم اورانیوم تقریباً برابر با یک تن زغال سنگ است.
در نتیجه، به همین نسبت مقدار کمی زباله تولید می‌شود. به طور متوسط، راكتوري كه براي يك سال نياز برق انسان را تأمين مي‌كند، حدود 500 گرم زباله ايجاد مي‌كند و فقط 5 گرم از این مقدار سوخت هسته‌ای استفاده می‌شود. چندین استراتژی مدیریتی برای سوخت استفاده شده در دسترس است، مانند دفع مستقیم یا بازیافت در راکتورها برای تولید برق کم کربن‌تر.
باد و خورشیدی
منابع تجدیدپذیر، مانند باد، خورشید و آب‌های کوچک، 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. آنها به دلیل وابستگی ذاتی به آب و هوا، به طور پیش بینی شده یا مداوم برق تولید نمی‌کنند. تولید برق از توربین‌های بادی با سرعت باد متفاوت است و اگر باد خیلی ضعیف یا خیلی شدید باشد، هیچ انرژی الکتریکی تولید نمی‌شود. میزان خروجی صفحات خورشیدی به قدرت آفتاب بستگی دارد، که به عوامل مختلفی از جمله زمان 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 پنل لازم 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، زمین‌های بسیار قابل توجهی مورد نیاز است.
آینده برق ما چیست؟
اهمیت صنعت برق روزانه در حال افزایش است. اگر بخواهیم به تغییرات آب و هوایی بپردازیم و آلودگی هوا را کاهش دهیم، باید استفاده از همه منابع انرژی کم کربن را افزایش دهیم.
برای پاسخگویی به تقاضای روزافزون برای انرژی پایدار، انجمن جهانی هسته‌ای برنامه هارمونی را ارائه داده است که هدف آن تأمین حداقل 25٪ برق قبل از سال 2050 از انرژی هسته‌ای است. این بدان معنی است که تولید هسته‌ای تا آن زمان باید در جهان سه برابر شود. برای کاهش شدید سطح سوخت‌های فسیلی، انرژی‌های تجدید پذیر هسته‌ای باید با هم همکاری کنند تا بتوانند از یک منبع تأمین انرژی مطمئن، مقرون به صرفه و تمیز استفاده کنند.
یکی از مهم‌ترین بخش‌های صنعت برق، سیم و کابل است. بدون سیم و کابل امکان انتقال برق تولید شده وجود ندارد. تصور محض در مورد جهانی بدون برق غیرممکن به نظر می‌رسد. برق یکی از بزرگ‌ترین هدیه‌هایی است که علم به بشریت داده است. تقریباً همه چیز امروز در جهان ما به قدرت الکتریکی بستگی دارد و انتظار می‌رود که وابستگی الکتریکی با گذشت زمان بیشتر شود. برآوردها نشان می‌دهد که در سال 2018، تقاضای جهانی برق به 23000 TWh افزایش یافته است و این تعداد با گذشت هر سال افزایش می‌یابد. این تقاضای سرسام آور، نیمی از رشد نیازهای انرژی را به عهده دارد و 20٪ از کل انرژی مصرفی در جهان را به خود اختصاص داده است.
