ژنراتور الکتریکی وسیله ای است که نوعی انرژی را به الکتریسیته تبدیل می کند. انواع مختلفی از ژنراتورهای برق وجود دارد. بیشتر تولید برق جهان از ژنراتورهایی است که بر اساس کشف دانشمند مایکل فارادی در سال 1831 مبنی بر حرکت آهنربا در داخل یک سیم پیچ، جریان الکتریکی را در سیم ایجاد می کند (القاء می کند). او اولین ژنراتور الکتریسیته به نام دیسک فارادی را ساخت که بر اساس این رابطه بین مغناطیس و الکتریسیته کار می کند و منجر به طراحی ژنراتورهای الکترومغناطیسی شد که امروزه استفاده می کنیم.
ژنراتورهای الکترومغناطیسی از آهنربای الکترومغناطیسی استفاده می کنند – آهنربایی که توسط الکتریسیته تولید می شود – نه یک آهنربای سنتی. یک ژنراتور الکترومغناطیسی پایه دارای یک سری سیم پیچ عایق سیم است که یک استوانه ثابت – به نام استاتور – که یک شفت الکترومغناطیسی را احاطه کرده است – به نام روتور تشکیل می دهد. چرخاندن روتور باعث می شود جریان الکتریکی در هر بخش سیم پیچ جریان یابد که به یک هادی الکتریکی جداگانه تبدیل می شود. جریان ها در بخش های جداگانه ترکیب می شوند و یک جریان بزرگ را تشکیل می دهند. این جریان برقی است که از ژنراتورها از طریق خطوط برق به سمت مصرف کنندگان حرکت می کند. ژنراتورهای الکترومغناطیسی که توسط محرک‌های اصلی جنبشی (مکانیکی) هدایت می‌شوند ، تقریباً تمام روال تولید برق را تشکیل می‌دهند.
ژنراتورهای توربین محور
بیشتر تولید برق در جهان از نیروگاه های برقی است که از یک توربین برای به حرکت درآوردن ژنراتورهای برق استفاده می کنند. در یک توربین ژنراتور، یک سیال متحرک – آب، بخار، گازهای احتراق یا هوا- یک سری پره‌های نصب شده روی محور روتور را فشار می‌دهد. نیروی سیال روی تیغه ها شفت روتور یک ژنراتور را می چرخاند. ژنراتور به نوبه خود انرژی مکانیکی (سینتیکی) روتور را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. انواع مختلف توربین ها عبارتند از: توربین های بخار، توربین های احتراق (گاز)، توربین های برق آبی و توربین های بادی.
توربین های بخار برای تولید اکثر برق جهان استفاده می شوند. بیشتر توربین های بخار دارای دیگ بخار هستند که در آن سوخت برای تولید آب گرم و بخار در مبدل حرارتی سوزانده می شود بخار توربین را نیرو می دهد که یک ژنراتور را به حرکت در می آورد. راکتورهای انرژی هسته ای از میله های سوخت هسته ای برای تولید بخار استفاده می کنند. نیروگاه های حرارتی خورشیدی و بیشتر نیروگاه های زمین گرمایی از توربین های بخار استفاده می کنند.
توربین‌های گاز احتراقی که شبیه موتورهای جت هستند، سوخت‌های گازی یا مایع را برای تولید گازهای داغ برای چرخاندن پره‌های توربین می‌سوزانند.
توربین های بخار و احتراق را می توان به عنوان ژنراتورهای مستقل در یک چرخه یا ترکیب در یک سیکل ترکیبی متوالی استفاده کرد. سیستم های سیکل ترکیبی از گازهای احتراق یک توربین برای تولید برق بیشتر در توربین دیگر استفاده می کنند. اکثر سیستم های سیکل ترکیبی برای هر توربین ژنراتورهای جداگانه دارند. در سیستم های سیکل ترکیبی تک شفت، هر دو توربین ممکن است یک ژنراتور واحد را هدایت کنند. درباره انواع نیروگاه های سیکل ترکیبی بیشتر بدانید .
نیروگاه های ترکیبی حرارت و برق (CHP) که ممکن است به عنوان ژنراتور همزمان نامیده شوند ، از گرمایی که مستقیماً به الکتریسیته در یک توربین بخار، توربین احتراق یا ژنراتور موتور احتراق داخلی برای گرمای فرآیند صنعتی یا برای گرمایش فضا و آب اکثر بزرگترین کارخانه های CHP در ایالات متحده در تأسیسات صنعتی مانند کارخانه های خمیر کاغذ و کاغذ هستند، اما در بسیاری از کالج ها، دانشگاه ها و تأسیسات دولتی نیز استفاده می شوند. نیروگاههای CHP و سیکل ترکیبی یکی از کارآمدترین راهها برای تبدیل سوخت قابل احتراق به انرژی مفید هستند.
توربین های هیدروالکتریک از نیروی حرکت آب برای چرخاندن پره های توربین برای تغذیه ژنراتور استفاده می کنند. اکثر نیروگاه های برق آبی از آب ذخیره شده در یک مخزن یا منحرف شده از رودخانه یا نهر استفاده می کنند. نیروگاههای برق آبی ذخیره‌سازی پمپی از همان نوع توربین‌های آبی استفاده می‌کنند که نیروگاههای برق آبی معمولی استفاده می‌کنند، اما آنها سیستم‌های ذخیره‌سازی برق در نظر گرفته می‌شوند. انواع دیگر توربین های برق آبی به نام توربین های هیدروکینتیک در سیستم های قدرت جزر و مدی و قدرت موجی استفاده می شود.
توربین‌های بادی از نیروی باد برای حرکت دادن پره‌های روتور برای تامین انرژی ژنراتور استفاده می‌کنند. دو نوع کلی توربین بادی وجود دارد : محور افقی (متداول ترین) و توربین های محور عمودی.
سیستم‌های تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس (OTEC) از اختلاف دمایی بین آب اقیانوس در اعماق مختلف برای تامین انرژی یک توربین برای تولید برق استفاده می‌کنند.
انواع دیگر ژنراتورها
انواع مختلفی از ژنراتورهای برق وجود دارد که از توربین برای تولید برق استفاده نمی کنند. رایج ترین سیستم های فتوولتائیک خورشیدی (PV) و موتورهای احتراق داخلی هستند.
سلول های فتوولتائیک خورشیدی نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می کنند. آنها برای برق رسانی به دستگاه هایی به کوچکی ساعت های مچی استفاده می شوند و می توان آنها را در پانل هایی که به صورت آرایه ای به یکدیگر متصل شده اند تا برق خانه های فردی یا نیروگاه های بزرگ را تشکیل دهند به هم متصل شوند. نیروگاه های فتوولتائیک (PV) اکنون یکی از سریع ترین منابع تولید برق در سراسر جهان هستند.
موتورهای احتراق داخلی ، مانند موتورهای دیزل، در سراسر جهان برای تولید برق از جمله در بسیاری از روستاهای دورافتاده آلاسکا استفاده می‌شوند. آنها همچنین به طور گسترده برای منبع تغذیه سیار در سایت های ساخت و ساز و برای تامین برق اضطراری یا پشتیبان برای ساختمان ها و نیروگاه ها استفاده می شوند. ژنراتورهای موتور دیزلی می توانند از انواع سوخت از جمله گازوئیل نفتی، سوخت های مایع مبتنی بر زیست توده و بیوگاز، گاز طبیعی و پروپان استفاده کنند. ژنراتورهای موتور احتراق داخلی کوچک با سوخت بنزین، گاز طبیعی یا پروپان معمولاً توسط خدمه ساختمانی و تجار و برای تامین برق اضطراری منازل استفاده می شود.
انواع دیگر ژنراتورهای برق عبارتند از سلولهای سوختی ، موتورهای استرلینگ (که در ژنراتورهای پارابولیکی حرارتی خورشیدی استفاده می شود) و ژنراتورهای ترموالکتریک .
سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی برای تولید برق شامل ذخیره‌سازی هیدروپمپ، ذخیره‌سازی هوای فشرده، خمیرهای الکتروشیمیایی و فلایویل‌ها است. این سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی از برق برای شارژ یک انبار یا دستگاه استفاده می‌کنند و مقدار برقی که می‌توانند تامین کنند کمتر از مقداری است که برای شارژ استفاده می‌کنند. بنابراین، خالص تولید برق از سیستم‌های ذخیره‌سازی منفی محسوب می‌شود تا از محاسبه مضاعف مصرف برق برای شارژ سیستم ذخیره‌سازی جلوگیری شود.