Fossilt drivstoff kraftverk - Fossil fuel power station

Et fossilt kraftstasjon er et termisk kraftverk som brenner et fossilt brensel , for eksempel kull eller naturgass , for å produsere elektrisitet . Varmekraftverk har maskineri for å omdanne varmeenergi fra forbrenningen til mekanisk energi , som deretter driver en elektrisk generator . Den kraftkilden kan være en dampturbin , en gassturbin eller, i små planter, en frem- og tilbakegående gassmotor . Alle anlegg bruker energien som utvinnes fra ekspanderende gass, enten damp eller forbrenningsgasser. Selv om det finnes forskjellige energiomdanningsmetoder, har alle konverteringsmetoder for termisk kraftstasjon effektivitet begrenset av Carnot -effektiviteten og produserer derfor spillvarme .

Fossile drivstoffkraftverk gir det meste av elektrisk energi som brukes i verden. Noen fossilfyrte kraftstasjoner er designet for kontinuerlig drift som grunnlastkraftverk , mens andre brukes som høyttaleranlegg . Fra 2010 -tallet blir imidlertid anlegg designet for grunnlastforsyning i mange land drevet som en forsendelsesgenerasjon for å balansere økende produksjon med variabel fornybar energi .

Biprodukter fra driften av fossilt brenselkraftverk må tas i betraktning i utformingen og driften. Røykgass fra forbrenning av de fossile brenslene inneholder karbondioksid og vanndamp, samt forurensende stoffer som nitrogenoksider (NO _x ), svoveloksider (SO _x ), og, for kullfyrte anlegg, kvikksølv , spor av andre metaller, og flyveaske . Vanligvis slippes alt karbondioksid og noe av den andre forurensningen ut i luften. Fast aske fra kullkjeler må også fjernes.

Fossiltdrevne kraftstasjoner er store utslipp av karbondioksid (CO ₂ ), en klimagass som er en viktig bidragsyter til global oppvarming . Resultatene av en nylig studie viser at nettoinntekten tilgjengelig for aksjonærer i store selskaper kan se en betydelig reduksjon fra drivhusgasutslippsansvaret knyttet til bare naturkatastrofer i USA fra et enkelt kullkraftverk. Fra 2015 har imidlertid ingen slike saker tilkjent erstatning i USA. Per enhet elektrisk energi avgir brunkull nesten dobbelt så mye CO ₂ som naturgass, og svart kull avgir noe mindre enn brunt. Fra og med 2019 er karbonfangst og lagring av utslipp ikke økonomisk levedyktig for fossile kraftstasjoner. Fra og med 2019 er det fortsatt mulig å holde global oppvarming under 1,5 ° C, men bare hvis det ikke bygges flere fossile kraftverk og noen eksisterende fossile kraftverk blir stengt tidlig, sammen med andre tiltak som skogplanting .

Grunnleggende begreper: varme til mekanisk energi

I et fossilt kraftverk blir den kjemiske energien lagret i fossilt brensel som kull , fyringsolje , naturgass eller oljeskifer og oksygen i luften suksessivt omdannet til termisk energi , mekanisk energi og til slutt elektrisk energi . Hvert fossilt kraftverk er et komplekst, spesialdesignet system. Flere generasjonsenheter kan bygges på ett sted for mer effektiv bruk av land , naturressurser og arbeidskraft . De fleste termiske kraftstasjoner i verden bruker fossilt brensel, flere enn atom- , geotermiske , biomasse- eller konsentrerte solenergianlegg .

Den andre loven for termodynamikk sier at en lukket syklus bare kan omdanne en brøkdel av varmen som produseres under forbrenning til mekanisk arbeid . Resten av varmen, kalt spillvarme , må slippes ut i et kjøligere miljø under returdelen av syklusen. Fraksjonen av varme som slippes ut i et kjøligere medium må være lik eller større enn forholdet mellom absolutte temperaturer i kjølesystemet (miljø) og varmekilden (forbrenningsovn). Å heve ovntemperaturen forbedrer effektiviteten, men kompliserer designet, først og fremst ved valg av legeringer som brukes til konstruksjon, noe som gjør ovnen dyrere. Spillvarmen kan ikke omdannes til mekanisk energi uten et enda kjøligere kjølesystem. Imidlertid kan den brukes i kraftvarmeanlegg for å varme bygninger, produsere varmt vann eller for å varme materialer i industriell skala, for eksempel i noen oljeraffinerier , anlegg og kjemiske synteseanlegg .

Typisk termisk effektivitet for elektriske generatorer i verktøyskala er rundt 37% for kull- og oljefyrte anlegg, og 56-60% (LEV) for gasskraftverk i kombinert syklus . Anlegg designet for å oppnå maksimal effektivitet mens de opererer med kapasitet, vil være mindre effektive når de drives off-design (dvs. temperaturer for lave.)

Praktiske fossile drivstoffstasjoner som fungerer som varmemotorer kan ikke overskride Carnot -syklusgrensen for omdannelse av varmeenergi til nyttig arbeid. Drivstoffceller har ikke de samme termodynamiske grensene som de ikke er varmemotorer.

Effektiviteten til et anlegg for fossilt brensel kan uttrykkes som dets varmefrekvens , uttrykt i BTU/kilowatthour eller megajoules/kilowatthour.

Plantetyper

Damp

I et dampturbinkraftverk brennes drivstoff i en ovn og de varme gassene strømmer gjennom en kjele. Vann omdannes til damp i kjelen; Ytterligere oppvarmingstrinn kan inkluderes for overoppheting av dampen. Den varme dampen sendes gjennom kontrollventiler til en turbin. Når dampen ekspanderer og avkjøles, overføres energien til turbinbladene som snur en generator. Den brukte dampen har svært lavt trykk og energiinnhold; denne vanndampen ledes gjennom en kondensator, som fjerner varme fra dampen. Det kondenserte vannet pumpes deretter inn i kjelen for å gjenta syklusen.

Utslipp fra kjelen inkluderer karbondioksid, svoveloksider og for kullflyveaske fra ikke-brennbare stoffer i drivstoffet. Spillvarme fra kondensatoren overføres enten til luften, eller noen ganger til en kjøledam, innsjø eller elv.

Gasturbin og kombinert gass/damp

En type fossilt kraftverk bruker en gassturbin i forbindelse med en varmegjenvinningsdampgenerator (HRSG). Det blir referert til som et kraftverk i kombinert syklus fordi det kombinerer Brayton -syklusen til gasturbinen med Rankinesyklusen til HRSG. Turbinene drives enten med naturgass eller fyringsolje.

Stempelmotorer

Dieselmotorsgeneratorsett brukes ofte til drivkraft i lokalsamfunn som ikke er koblet til et utbredt strømnett. Nødstrømsystemer (standby) kan bruke frem- og tilbakegående forbrenningsmotorer som drives av fyringsolje eller naturgass. Standby -generatorer kan tjene som nødstrøm for en fabrikk eller et datasenter, eller kan også drives parallelt med det lokale forsyningssystemet for å redusere maksimal strømforbruk fra strømforsyningen. Dieselmotorer kan produsere et sterkt dreiemoment ved relativt lave rotasjonshastigheter, noe som generelt er ønskelig når du kjører en generator , men diesel på langtidslagring kan være gjenstand for problemer som følge av vannakkumulering og kjemisk nedbrytning . Sjelden brukte generatorer kan tilsvarende installeres som naturgass eller LPG for å minimere kravene til vedlikehold av drivstoffsystemet.

Forbrenningsmotorer med gnisttenning som opererer på bensin (bensin), propan eller LPG brukes ofte som bærbare midlertidige strømkilder for anleggsarbeid, nødstrøm eller fritidsbruk.

Gjensidige forbrenningsmotorer som Stirling -motoren kan kjøres på en rekke fossile brensler, samt fornybart drivstoff eller industriell spillvarme. Installasjoner av Stirling -motorer for kraftproduksjon er relativt uvanlige.

Historisk sett brukte de første sentralstasjonene stempelmotorer for å drive generatorer. Etter hvert som størrelsen på den elektriske lasten som skulle betjenes vokste, ble stempelene for store og tungvint for å installere økonomisk. Dampturbinen fortrengte raskt alle stempelmotorer i sentralstasjonstjenesten.

Drivstoff

Kull

Kull er det mest fossile drivstoffet på planeten, og brukes mye som energikilde i termiske kraftstasjoner og er et relativt billig drivstoff. Kull er et urent drivstoff og produserer mer klimagass og forurensning enn en tilsvarende mengde petroleum eller naturgass. For eksempel resulterer driften av et kullkraftverk på 1000 MWe i en atomstråledose på 490 person-rem/år, sammenlignet med 136 person-rem/år, for et tilsvarende kjernekraftverk inkludert urangruvedrift, reaktordrift og avfallshåndtering.

Kull er levert av motorveien lastebil , jernbane , lekter , Collier skip eller kulloppslemming rørledning . Generering av stasjoner i tilknytning til en gruve kan motta kull ved transportbåndet eller massive dieselelektriske -stasjonen lastebiler . Kull tilberedes vanligvis for bruk ved å knuse grovkullet i stykker som er mindre enn 5 cm i størrelse.

Naturgass

Gass er et veldig vanlig drivstoff og har stort sett erstattet kull i land der det ble funnet gass på slutten av 1900 -tallet eller begynnelsen av det 21. århundre, for eksempel USA og Storbritannia. Noen ganger blir kullfyrte dampanlegg utstyrt med naturgass for å redusere netto karbondioksidutslipp. Oljedrevne anlegg kan konverteres til naturgass til lavere driftskostnader.

Olje

Tung fyringsolje var en gang en betydelig energikilde for elektrisk kraftproduksjon. Etter oljeprisøkningene på 1970 -tallet ble oljen fortrengt av kull og senere naturgass. Destillatolje er fortsatt viktig som drivstoffkilde for dieselmotorkraftverk som brukes spesielt i isolerte lokalsamfunn som ikke er koblet til et nett. Flytende drivstoff kan også brukes av gassturbinekraftverk, spesielt for topp- eller nødetater. Av de tre fossile drivstoffkildene har olje fordelene med lettere transport og håndtering enn fast kull, og lettere lagring på stedet enn naturgass.

Kombinert varme og kraft

Kombinert varme og kraft (CHP), også kjent som kraftvarme , er bruk av et termisk kraftverk for å levere både elektrisk kraft og varme (sistnevnte brukes for eksempel til fjernvarme ). Denne teknologien praktiseres ikke bare for husholdningsoppvarming (lav temperatur), men også for industriell prosessvarme, som ofte er varme med høy temperatur. Beregninger viser at kombinert varme og kraft fjernvarme (CHPDH) er den billigste metoden for å redusere (men ikke eliminere) karbonutslipp hvis konvensjonelle fossile brensler gjenstår å brennes.

Miljøpåvirkning

Termiske kraftverk er en av de viktigste kunstige kildene til produksjon av giftige gasser og partikler . Fossile drivstoffkraftverk forårsaker utslipp av forurensende stoffer som NO
x , SO _x , CO
2, CO, PM, organiske gasser og polysykliske aromatiske hydrokarboner. Verdensorganisasjoner og internasjonale byråer, som IEA, er bekymret for miljøpåvirkningen av forbrenning av fossilt brensel , og spesielt kull. Forbrenningen av kull bidrar mest til surt regn og luftforurensning , og har vært forbundet med global oppvarming . På grunn av den kjemiske sammensetningen av kull er det vanskeligheter med å fjerne urenheter fra det faste drivstoffet før det brennes. Moderne kullkraftverk forurenser mindre enn eldre design på grunn av nye " skrubber " -teknologier som filtrerer avtrekksluften i røykstabler. Imidlertid er utslippsnivåene til forskjellige forurensninger fortsatt i gjennomsnitt flere ganger større enn naturgasskraftverk, og skrubberne overfører de fangede forurensningene til avløpsvann, noe som fortsatt krever behandling for å unngå forurensning av mottakende vannforekomster. I disse moderne designene kommer forurensning fra kullkraftverk fra utslipp av gasser som karbondioksid, nitrogenoksider og svoveldioksid i luften, samt et betydelig volum av avløpsvann som kan inneholde bly , kvikksølv , kadmium og krom , samt arsen , selen og nitrogenforbindelser ( nitrater og nitritter ).

Surt regn er forårsaket av utslipp av nitrogenoksider og svoveldioksid . Disse gassene kan bare være mildt sure selv, men når de reagerer med atmosfæren, danner de sure forbindelser som svovelsyre , salpetersyre og svovelsyre som faller som regn, derav begrepet surt regn. I Europa og USA har strengere utslippslover og nedgang i tungindustrien redusert miljøfaren forbundet med dette problemet, noe som har ført til lavere utslipp etter toppen på 1960 -tallet.

I 2008 dokumenterte European Environment Agency (EEA) drivstoffavhengige utslippsfaktorer basert på faktiske utslipp fra kraftverk i EU .

Forurensende	Hardkull	Brunkull	Drivolje	Annen olje	Gass
CO 2 (g/GJ)	94 600	101 000	77 400	74 100	56 100
SO 2 (g/GJ)	765	1.361	1350	228	0,68
NO x (g/GJ)	292	183	195	129	93.3
CO (g/GJ)	89,1	89,1	15.7	15.7	14.5
Ikke metan organiske forbindelser (g/GJ)	4,92	7,78	3,70	3,24	1,58
Partikler (g/GJ)	1.203	3.254	16	1,91	0,1
Røykgassvolum totalt (m 3 /GJ)	360	444	279	276	272

Karbondioksid

Elektrisitetsproduksjon ved bruk av karbonbaserte drivstoff er ansvarlig for en stor brøkdel av karbondioksidutslipp (CO ₂ ) over hele verden og for 34% av amerikanske menneskeskapte karbondioksidutslipp i 2010. I USA genereres 70% av elektrisitet ved forbrenning av fossilt drivstoff.

Kull inneholder mer karbon enn olje eller naturgass fossilt brensel, noe som resulterer i større mengder karbondioksidutslipp per enhet elektrisitet. I 2010 bidro kull med omtrent 81% av CO ₂ -utslippene fra generasjon og bidro med omtrent 45% av elektrisiteten som genereres i USA. I 2000 var karbonintensiteten (CO ₂ -utslipp) ved termisk forbrenning av kull i USA 2249 lbs/MWh (1029 kg/MWh) mens karbonintensiteten til den amerikanske termiske oljeproduksjonen var 1672 lb/MWh (758 kg/MWh eller 211 kg/ GJ ) og karbonintensiteten for den amerikanske naturgassproduksjonen var 1135 lb/MWh (515 kg/MWh eller 143 kg/GJ).

Intergovernmental Panel on Climate Change ( IPCC ) rapporterer at økte mengder av klimagasser karbondioksid i atmosfæren "meget sannsynlig" vil føre til høyere gjennomsnittstemperaturer på global skala ( global oppvarming ). Bekymringer angående potensialet for slik oppvarming for å endre det globale klimaet førte til IPCC -anbefalinger som krever store kutt i CO ₂ -utslippene over hele verden.

Utslippene kan reduseres med høyere forbrenningstemperaturer, noe som gir mer effektiv produksjon av elektrisitet i syklusen. Fra og med 2019 er prisen på utslipp av CO ₂ til atmosfæren mye lavere enn kostnaden ved å legge karbonfangst og lagring (CCS) til kraftstasjoner for fossilt brensel, så eierne har ikke gjort det.

Estimering av karbondioksidutslipp

CO ₂ -utslippene fra et fossilt kraftstasjon kan estimeres med følgende formel:

CO ₂ -utslipp = kapasitet x kapasitetsfaktor x varmefrekvens x utslippsintensitet x tid

hvor "kapasitet" er " typeskiltkapasitet " eller maksimal tillatt effekt fra anlegget, er " kapasitetsfaktor " eller "lastfaktor" et mål på mengden kraft som et anlegg produserer sammenlignet med mengden det ville produsere hvis det drives ved dens nominelle kapasitet nonstop, varmefrekvens er termisk energi inn/elektrisk energi ut, utslippsintensitet (også kalt utslippsfaktor ) er CO _{2 som} slippes ut per varmeenhet generert for et bestemt drivstoff.

Som et eksempel kan et nytt 1500 MW superkritisk brunkulldrevet kraftverk som kjører i gjennomsnitt på halvparten av kapasiteten ha årlige CO ₂ -utslipp estimert til:

= 1500MW x 0,5 x 100/40 x 101000 kg/TJ x 1 år

= 1500MJ/sx 0,5 x 2,5 x 0,101 kg/MJ x 365x24x60x60s

= 1,5x10 ³ x 5x10 ⁻¹ x 2,5 x 1,01 ⁻¹ x 3,1536x10 ⁷ kg

= 59,7 x10 ^3-1-1+7 kg

= 5,97 Mt

Dermed anslås det at eksempelkraftstasjonen slipper ut omtrent 6 megatonn karbondioksid hvert år. Resultatene av lignende estimater er kartlagt av organisasjoner som Global Energy Monitor , Carbon Tracker og ElectricityMap.

Alternativt kan det være mulig å måle CO
2 utslipp (kanskje indirekte via en annen gass) fra satellittobservasjoner.

Partikler

Et annet problem knyttet til kullforbrenning er utslipp av partikler som har en alvorlig innvirkning på folkehelsen. Kraftverk fjerner partikler fra røykgassen ved bruk av et posehus eller en elektrostatisk nedbør . Flere nyere anlegg som brenner kull bruker en annen prosess, Integrated Gasification Combined Cycle hvor syntesegass er laget av en reaksjon mellom kull og vann. Syntesegassen behandles for å fjerne de fleste forurensninger og brukes deretter først til å drive gasturbiner. Deretter brukes de varme avgassene fra gasturbinene til å generere damp for å drive en dampturbin. Forurensningsnivået til slike anlegg er drastisk lavere enn for "klassiske" kullkraftverk.

Partikler fra kullfyrte anlegg kan være skadelige og ha negative helseeffekter. Studier har vist at eksponering for partikler er relatert til en økning i respirasjons- og hjertedødelighet. Partikler kan irritere små luftveier i lungene, noe som kan føre til økte problemer med astma, kronisk bronkitt, luftveisobstruksjon og gassutveksling.

Det er forskjellige typer partikler, avhengig av kjemisk sammensetning og størrelse. Den dominerende formen for partikler fra kullfyrte anlegg er kullflyveaske , men sekundærsulfat og nitrat utgjør også en stor del av partiklene fra kullfyrte anlegg. Kullflyveaske er det som gjenstår etter at kullet er brent, så det består av de brennbare materialene som finnes i kullet.

Størrelsen og den kjemiske sammensetningen av disse partiklene påvirker påvirkningen på menneskers helse. For tiden er grove (diameter større enn 2,5 μm) og fine (diameter mellom 0,1 μm og 2,5 μm) partikler regulert, men ultrafine partikler (diameter mindre enn 0,1 μm) er foreløpig uregulerte, men de utgjør mange farer. Dessverre er det fremdeles ukjent hvilke typer partikler som utgjør størst skade, noe som gjør det vanskelig å komme med tilstrekkelig lovgivning for regulering av partikler.

Det er flere metoder for å redusere utslipp av partikler fra kullfyrte anlegg. Omtrent 80% av asken faller ned i en askebeholder, men resten av asken blir deretter ført ut i atmosfæren for å bli kullflyveaske. Metoder for å redusere disse utslippene av partikler inkluderer:

1. et posehus
2. en elektrostatisk utfeller (ESP)
3. syklonsamler

Posehuset har et fint filter som samler askepartiklene, elektrostatiske utfellere bruker et elektrisk felt for å fange askepartikler på høyspenningsplater, og syklonsamlere bruker sentrifugalkraft for å fange partikler til veggene. En fersk studie indikerer at svovelutslipp fra fossile kraftstasjoner i Kina kan ha forårsaket en 10-års pause i global oppvarming (1998-2008).

Avløpsvann

Fossilt kraftverk, spesielt kullfyrte anlegg, er en viktig kilde til industrielt avløpsvann. Avløpsstrømmer inkluderer røykgassavsvovling, flyveaske, bunnaske og kvikksølvkontroll av røykgass. Planter med luftforurensningskontroll, for eksempel våte skrubber, overfører vanligvis de fangede forurensningene til avløpsvannstrømmen.

Askedammer , en type overflatebehandling, er en mye brukt behandlingsteknologi ved kullfyrte anlegg. Disse tjernene bruker tyngdekraften til å avgjøre store partikler (målt som totalt suspenderte faste stoffer ) fra avløpsvann fra kraftverk. Denne teknologien behandler ikke oppløste forurensninger. Kraftstasjoner bruker tilleggsteknologi for å kontrollere forurensninger, avhengig av den spesielle avfallsstrømmen på anlegget. Disse inkluderer håndtering av tørr aske, resirkulering av lukket sløyfe, kjemisk nedbør, biologisk behandling (for eksempel en aktiv slamprosess), membransystemer og fordampningskrystalliseringssystemer. I 2015 publiserte EPA en forskrift i henhold til Clean Water Act som krever at amerikanske kraftverk bruker en eller flere av disse teknologiene. Teknologiske fremskritt innen ionebyttermembraner og elektrodialysesystemer har muliggjort høyeffektiv behandling av avløpsvann for røykgassavsvovling for å oppfylle de oppdaterte EPA-utslippsgrensene.

Radioaktive sporstoffer

Kull er en sedimentær stein som hovedsakelig er dannet av akkumulert plantemateriale, og den inneholder mange uorganiske mineraler og elementer som ble avsatt sammen med organisk materiale under dannelsen. Som resten av jordskorpen inneholder kull også lave nivåer av uran , thorium og andre naturlig forekommende radioaktive isotoper hvis utslipp til miljøet fører til radioaktiv forurensning . Selv om disse stoffene er tilstede som svært små sporforurensninger, brennes det nok kull til at betydelige mengder av disse stoffene frigjøres. Et kullbrennende kraftverk på 1000 MW kan ha en ukontrollert utslipp på hele 5,2 tonn uran per år (inneholdende 34 kg uran-235 ) og 12,8 tonn per år thorium. Til sammenligning vil et atomkraftverk på 1000 MW generere om lag 30 tonn radioaktivt fast pakket avfall per år. Det anslås at i 1982 frigjorde amerikansk kullforbrenning 155 ganger så mye ukontrollert radioaktivitet i atmosfæren som Three Mile Island -hendelsen . Den kollektive radioaktiviteten som følge av all kullforbrenning på verdensbasis mellom 1937 og 2040 anslås å være 2.700.000 kurier eller 0.101 EBq. Under normal drift er den effektive doseekvivalenten fra kullanlegg 100 ganger den fra atomkraftverk. Normal drift er imidlertid en villedende grunnlinje for sammenligning: bare atomkatastrofen i Tsjernobyl frigitt, i jod-131 alene, anslagsvis 1,76 EBq. av radioaktivitet, en verdi på én størrelsesorden over denne verdien for totale utslipp fra alt kull brent i løpet av et århundre, mens jod-131, det viktigste radioaktive stoffet som kommer ut i ulykkessituasjoner, har en halveringstid på bare 8 dager.

Vann og luftforurensning av kullaske

En studie utgitt i august 2010 som undersøkte statlige forurensningsdata i USA av organisasjonene Environmental Integrity Project , Sierra Club og Earthjustice fant at kullaske produsert av kullkraftverk dumpet på steder i 21 amerikanske stater har forurenset grunnvann med giftige elementer. Forurensningene inkludert giftstoffene arsen og bly . Studien konkluderte med at problemet med forurensning av vann forårsaket av kullaske er enda mer omfattende i USA enn det er anslått. Studien brakte 137 antall grunnvannssteder over hele USA som er forurenset av kraftverk-produsert kullaske.

Arsen har vist seg å forårsake hudkreft , blærekreft og lungekreft , og bly skader nervesystemet . Kullaskeforurensninger er også knyttet til luftveissykdommer og andre helse- og utviklingsproblemer, og har forstyrret det lokale vannlivet. Kullaske frigjør også en rekke giftige forurensninger i luften i nærheten, og utgjør en helsetrussel for de som puster inn flyktig kullstøv.

Kvikksølvforurensning

Amerikanske regjeringsforskere testet fisk i 291 bekker rundt om i landet for kvikksølvforurensning . De fant kvikksølv i hver fisk som ble testet, ifølge studien fra det amerikanske innenriksdepartementet . De fant kvikksølv selv i fisk i isolerte landlige vannveier. Tjuefem prosent av fisken som ble testet hadde kvikksølvnivåer over sikkerhetsnivåene bestemt av US Environmental Protection Agency (EPA) for folk som spiser fisken regelmessig. Den største kilden til kvikksølvforurensning i USA er utslipp av kullkraftverk.

Konvertering av fossile brenselkraftverk

Det finnes flere metoder for å redusere forurensning og redusere eller eliminere karbonutslipp fra fossile kraftverk. En ofte brukt og kostnadseffektiv metode er å konvertere et anlegg til å kjøre på et annet drivstoff. Dette inkluderer konvertering av kullkraftverk til energiavlinger /biomasse eller avfall og konvertering av naturgaskraftverk til biogass eller hydrogen. Konverteringer av kulldrevne kraftverk til avfallsfyrte kraftverk har en ekstra fordel ved at de kan redusere deponering . I tillegg kan avfallsfyrte kraftverk utstyres med materialgjenvinning, noe som også er gunstig for miljøet. I noen tilfeller kan torrefaksjon av biomasse komme kraftverket til gode hvis energiavlinger/biomasse er materialet det konverterte fossile brenselkraftverket vil bruke. Når du bruker energiavlinger som drivstoff, og ved implementering av biokullproduksjon , kan det termiske kraftverket til og med bli karbon negativt i stedet for bare karbon nøytralt. Forbedring av energieffektiviteten til et kullkraftverk kan også redusere utslipp.

I tillegg til å bare konvertere til å kjøre på et annet drivstoff, tilbyr noen selskaper også muligheten til å konvertere eksisterende fossile kraftstasjoner til energilagringssystemer som bruker elektrisk termisk energilagring (ETES)

Kullforurensning

Kullforurensningsreduksjon er en prosess der kull vaskes kjemisk av mineraler og urenheter, noen ganger gasses , brennes og de resulterende røykgassene behandles med damp, med det formål å fjerne svoveldioksid og brennes på nytt for å lage karbondioksid i røykgassen økonomisk gjenvinnbart og lagringsbart under jorden (sistnevnte kalles "karbonfangst og lagring"). Kullindustrien bruker begrepet "rent kull" for å beskrive teknologier designet for å forbedre både effektiviteten og miljømessig akseptabel for kullutvinning, forberedelse og bruk, men har ikke gitt noen spesifikke kvantitative grenser for utslipp, spesielt karbondioksid. Mens forurensninger som svovel eller kvikksølv kan fjernes fra kull, kan karbon ikke fjernes effektivt mens det fortsatt er et brukbart drivstoff, og rene kullanlegg uten karbonbinding og lagring reduserer ikke karbondioksidutslippene vesentlig. James Hansen i et åpent brev til daværende USAs president Barack Obama tok til orde for et "moratorium og utfasing av kullverk som ikke fanger opp og lagrer CO ₂ ". I sin bok Storms of My Barnebarn diskuterer Hansen på samme måte sin erklæring om styring , hvis første prinsipp krever "et moratorium for kullkraftverk som ikke fanger opp og fjerner karbondioksid".

Å drive kraftstasjonen på hydrogen konvertert fra naturgass

Gassfyrte kraftverk kan også modifiseres for å kjøre på hydrogen . Hydrogen kan først skapes fra naturgass gjennom dampreform , som et skritt mot en hydrogenøkonomi , og dermed til slutt redusere karbonutslipp.

Siden 2013 er konverteringsprosessen blitt forbedret av forskere ved Karlsruhe Flytende metall Laboratory (Kalla), ved hjelp av en prosess som kalles metanpyrolyse . De lyktes i å la sot lett fjernes (sot er et biprodukt av prosessen og skadet arbeidsdelene tidligere-spesielt nikkel-jern-koboltkatalysator-). Soten (som inneholder karbonet) kan deretter lagres under jorden og slippes ikke ut i atmosfæren.

Fase ut av fossile brenselkraftverk

Fra og med 2019 er det fortsatt en sjanse til å holde den globale oppvarmingen under 1,5 ° C hvis det ikke bygges flere fossile kraftverk og noen eksisterende fossile kraftverk blir stengt tidlig, sammen med andre tiltak som skogplanting . Alternativer til fossile kraftverk inkluderer atomkraft , solenergi , geotermisk kraft , vindkraft , vannkraft , biomassekraftverk og andre fornybare energier (se ikke-karbonøkonomi ). De fleste av disse er velprøvde teknologier i industriell skala, men andre er fremdeles i prototypeform.

Noen land inkluderer bare kostnadene for å produsere elektrisk energi, og tar ikke hensyn til de sosiale kostnadene ved karbon eller de indirekte kostnadene forbundet med de mange forurensningene som oppstår ved forbrenning av kull (f.eks. Økt sykehusinnleggelse på grunn av luftveissykdommer forårsaket av fine røykpartikler ).

Relativ kostnad etter generasjonskilde

Når man sammenligner kraftverkskostnader, er det vanlig å begynne med å beregne strømkostnadene ved generatorterminalene ved å vurdere flere hovedfaktorer. Eksterne kostnader som for eksempel tilkoblingskostnader, effekten av hvert anlegg på distribusjonsnettet betraktes separat som en merkostnad for den beregnede strømkostnaden ved terminalene.

De første faktorene som vurderes er:

• Kapitalkostnader, inkludert avfallshåndtering og avviklingskostnader for atomkraft.
• Drifts- og vedlikeholdskostnader.
• Drivstoffkostnader for fossilt brensel og biomassekilder, og som kan være negative for avfall.
• Sannsynligvis årlige løpstimer eller belastningsfaktorer per år, som kan være så lave som 30% for vindenergi, eller så høye som 90% for kjernekraft.
• Oppveie salg av varme, for eksempel i fjernvarme for kraftvarme og kraft (CHP/DH).

Disse kostnadene oppstår i løpet av 30–50 års levetid for fossile kraftverk, ved bruk av rabatterte kontantstrømmer .

Se også

Referanser

Bibliografi

• Steam: Its Generation and Use (2005). 41. utgave, Babcock & Wilcox Company, ISBN  0-9634570-0-4
• Steam Plant Operation (2011). 9. utgave, Everett B. Woodruff, Herbert B. Lammers, Thomas F. Lammers (medforfattere), McGraw-Hill Professional, ISBN  978-0-07-166796-8
• Power Generation Handbook: Fundamentals of Low-Emission, High-Efficiency Power Plant Operation (2012). 2. utgave. Philip Kiameh, McGraw-Hill Professional, ISBN  978-0-07-177227-3
• Standard Handbook of Powerplant Engineering (1997). 2. utgave, Thomas C. Elliott, Kao Chen, Robert Swanekamp (medforfattere), McGraw-Hill Professional, ISBN  0-07-019435-1

Eksterne linker

• Konvensjonelt kullkraftverk
• Store industrielle kjøletårn
• Kullkraft mer dødelig enn kjernefysisk
• "Må vi lide røyk" , mai 1949, populærvitenskapelig artikkel om tidlige metoder for å skrubbe utslipp fra kullkraftverk
• Gass kraftverk nyheter fra Power Engineering Magazine