Электростанция, работающая на ископаемом топливе
в 2021 году Производство электроэнергии в мире по источникам. Общая выработка составила 28 петаватт-часов . [1]
Электростанция на ископаемом топливе — это тепловая электростанция , которая сжигает ископаемое топливо , такое как уголь , нефть или природный газ , для производства электроэнергии . Электростанции, работающие на ископаемом топливе, оснащены оборудованием для преобразования энергии сгорания тепловой в механическую энергию , которая затем приводит в действие электрический генератор . Первичным двигателем может быть паровая турбина , газовая турбина или, на небольших установках, поршневой газовый двигатель . Все установки используют энергию, полученную при расширении горячего газа, либо пара, либо дымовых газов. Хотя существуют различные методы преобразования энергии, все методы преобразования энергии на тепловых электростанциях имеют эффективность, ограниченную эффективностью Карно, и, следовательно, производят отходящее тепло .
Электростанции, работающие на ископаемом топливе, обеспечивают большую часть электроэнергии, используемой в мире. Некоторые электростанции, работающие на ископаемом топливе, предназначены для непрерывной работы в качестве электростанций с базовой нагрузкой , тогда как другие используются в качестве пиковых электростанций . Однако, начиная с 2010-х годов, во многих странах электростанции, предназначенные для обеспечения базовой нагрузки, используются в качестве диспетчерской генерации , чтобы сбалансировать растущую выработку за счет переменной возобновляемой энергии . [2]
Побочные продукты работы электростанций, работающих на ископаемом топливе, необходимо учитывать при их проектировании и эксплуатации. Дымовой газ от сжигания ископаемого топлива содержит углекислый газ и водяной пар, а также загрязняющие вещества, такие как оксиды азота (NO x ), оксиды серы (SO x ), а для угольных электростанций - ртуть , следы других металлов, и летучая зола . Обычно весь углекислый газ и некоторые другие загрязнения выбрасываются в воздух. Золу твердых отходов угольных котлов также необходимо удалять.
Электростанции, работающие на ископаемом топливе, являются основными источниками выбросов углекислого газа (CO 2 ), парникового газа , который вносит основной вклад в глобальное потепление . Результаты недавнего исследования [3] показывают, что чистый доход , доступный акционерам крупных компаний, может значительно сократиться по сравнению с ответственностью за выбросы парниковых газов , связанной только со стихийными бедствиями в Соединенных Штатах от одной угольной электростанции. Однако по состоянию на 2015 год ни в одном таком деле в США не было возмещено ущерба. На единицу электроэнергии бурый уголь выделяет почти в два раза больше CO 2 , чем природный газ, а черный уголь — несколько меньше, чем бурый. По состоянию на 2019 год [update], улавливание углерода и хранение выбросов экономически невыгодно для электростанций, работающих на ископаемом топливе, [4] и сохранение глобального потепления ниже 1,5 °C по-прежнему возможно, но только в том случае, если больше не будут строиться электростанции, работающие на ископаемом топливе, а некоторые существующие электростанции, работающие на ископаемом топливе, будут закрыты досрочно, а также будут приняты другие меры, такие как восстановление лесов . [5] [6]
Основные понятия: тепло в механическую энергию [ править ]
На электростанции, работающей на ископаемом топливе, химическая энергия, запасенная в ископаемом топливе, таком как уголь , мазут , природный газ или сланец , и кислороде воздуха , последовательно преобразуется в тепловую энергию , механическую энергию и, наконец, в электрическую энергию . Каждая электростанция, работающая на ископаемом топливе, представляет собой сложную, специально разработанную систему. На одном объекте может быть построено несколько энергоблоков для более эффективного использования земли , природных ресурсов и рабочей силы . Большинство тепловых электростанций в мире используют ископаемое топливо, превосходя по численности атомные , геотермальные , биомассовые или концентрированные солнечные электростанции .
Второй закон термодинамики гласит, что любой замкнутый цикл может преобразовать только часть тепла, выделяемого при сгорании, в механическую работу . Остальная часть тепла, называемая отходящим теплом , должна быть отведена в более прохладную среду во время обратной части цикла. Доля тепла, выделяемая в более холодную среду, должна быть равна или превышать соотношение абсолютных температур системы охлаждения (окружающей среды) и источника тепла (печи сжигания). Повышение температуры печи повышает ее эффективность, но усложняет конструкцию, в первую очередь за счет выбора используемых в конструкции сплавов, что удорожает печь. Отходящее тепло невозможно преобразовать в механическую энергию без более холодной системы охлаждения. Однако его можно использовать на когенерационных установках для отопления зданий, производства горячей воды или нагрева материалов в промышленных масштабах, например, на некоторых нефтеперерабатывающих заводах , заводах и заводах химического синтеза .
Типичный тепловой КПД электрогенераторов коммунального масштаба составляет около 37% для электростанций, работающих на угле и жидком топливе. [7] и 56–60% (LEV) для с комбинированным циклом газовых электростанций . Установки, спроектированные для достижения максимальной эффективности при работе на полную мощность, будут менее эффективны при работе не по проекту (т. е. при слишком низких температурах). [8]
Практические станции, работающие на ископаемом топливе, работающие как тепловые двигатели, не могут превышать предел цикла Карно для преобразования тепловой энергии в полезную работу. Топливные элементы не имеют таких термодинамических ограничений, поскольку они не являются тепловыми двигателями.
Эффективность установки, работающей на ископаемом топливе, может быть выражена как ее тепловая мощность , выраженная в БТЕ/киловатт-час или мегаджоулях/киловатт-час.
Типы растений [ править ]
Steam [ править ]
На паротурбинной электростанции топливо сжигается в печи, а горячие газы проходят через котел. В котле вода преобразуется в пар; могут быть включены дополнительные ступени нагрева для перегрева пара. Горячий пар направляется через регулирующие клапаны в турбину. Когда пар расширяется и охлаждается, его энергия передается лопаткам турбины, которые вращают генератор. Отработанный пар имеет очень низкое давление и энергоемкость; этот водяной пар подается через конденсатор, который отводит тепло от пара. Конденсированная вода затем закачивается в котел, чтобы повторить цикл.
Выбросы котла включают углекислый газ, оксиды серы, а в случае с углем золу-унос негорючих веществ в топливе. Отходящее тепло от конденсатора передается либо в воздух, либо иногда в водоем-охладитель, озеро или реку.
Газовая турбина и комбинированный газ/пар [ править ]
В одном типе электростанций, работающих на ископаемом топливе, используется газовая турбина в сочетании с парогенератором-утилизатором (HRSG). Ее называют с комбинированным циклом электростанцией , поскольку она сочетает в себе цикл Брайтона газовой турбины с циклом Ренкина котла -утилизатора. Турбины работают на природном газе или мазуте.
Поршневые двигатели [ править ]
Генераторные установки с дизельными двигателями часто [ нужна цитата ] используется для основного энергоснабжения в населенных пунктах, не подключенных к широко распространенной электросети. В аварийных (резервных) энергосистемах могут использоваться поршневые двигатели внутреннего сгорания, работающие на мазуте или природном газе. Резервные генераторы могут служить в качестве аварийного источника питания для завода или центра обработки данных, а также могут работать параллельно с местной коммунальной системой, чтобы снизить плату за пиковую мощность со стороны коммунального предприятия. Дизельные двигатели могут создавать высокий крутящий момент при относительно низких скоростях вращения, что обычно желательно при работе генератора переменного тока , но при длительном хранении дизельное топливо может подвергаться проблемам, возникающим из-за накопления воды и химического разложения . Редко используемые генераторные установки могут соответственно быть установлены на природный газ или сжиженный нефтяной газ, чтобы свести к минимуму требования к обслуживанию топливной системы.
Двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающие на бензине (бензине), пропане или сжиженном нефтяном газе, обычно используются в качестве портативных временных источников энергии для строительных работ, аварийного электроснабжения или отдыха.
Поршневые двигатели внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, могут работать на различных видах ископаемого топлива, а также на возобновляемых видах топлива или промышленных отходах тепла. Установки двигателей Стирлинга для производства электроэнергии встречаются сравнительно редко.
Исторически сложилось так, что первые центральные станции использовали поршневые паровые двигатели для привода генераторов. По мере того как размер обслуживаемой электрической нагрузки рос, поршневые агрегаты становились слишком большими и громоздкими для экономичной установки. Паровая турбина быстро вытеснила все поршневые двигатели на центральных станциях.
Топливо [ править ]
Уголь [ править ]
Уголь является наиболее распространенным ископаемым топливом на планете, широко используется в качестве источника энергии на тепловых электростанциях и является относительно дешевым топливом. Уголь является нечистым топливом и производит больше парниковых газов и загрязнений , чем эквивалентное количество нефти или природного газа. Например, эксплуатация угольной электростанции мощностью 1000 МВт приводит к дозе ядерного облучения 490 человеко-бэр/год по сравнению со 136 человеко-бэр/год для эквивалентной атомной электростанции, включая добычу урана, эксплуатацию реактора. и утилизация отходов. [9]
Уголь доставляется автомобильным транспортом , по железной дороге , на баржах , на угольных судах или по шламопроводу . Генерирующие станции, прилегающие к шахте, могут получать уголь с помощью конвейера или массивных дизель-электрических грузовиков ленточного . Уголь обычно готовят к использованию путем измельчения необработанного угля на куски размером менее 2 дюймов (5 см).
Природный газ [ править ]
Газ является очень распространенным топливом и в основном заменил уголь в странах, где газ был обнаружен в конце 20-го или начале 21-го века, таких как США и Великобритания. Иногда угольные ТЭЦ переоборудуют для использования природного газа, чтобы сократить чистые выбросы углекислого газа. Заводы, работающие на нефтяном топливе, могут быть переведены на природный газ для снижения эксплуатационных расходов.
Масло [ править ]
Тяжелый мазут когда-то был важным источником энергии для производства электроэнергии. После повышения цен на нефть в 1970-х годах нефть была вытеснена углем, а затем и природным газом. Дистиллятное масло по-прежнему важно в качестве источника топлива для дизельных электростанций, используемых, особенно в изолированных населенных пунктах, не подключенных к сети. Жидкое топливо также может использоваться на газотурбинных электростанциях, особенно в пиковых или аварийных ситуациях. Из трех источников ископаемого топлива нефть имеет преимущества, заключающиеся в более легкой транспортировке и обращении, чем твердый уголь, и более простом хранении на месте, чем природный газ.
Комбинированное производство тепла и электроэнергии [ править ]
Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), также известное как когенерация , представляет собой использование тепловой электростанции для производства как электроэнергии, так и тепла (последнее используется, например, для целей централизованного теплоснабжения ). Эта технология практикуется не только для бытового отопления (низкая температура), но и для промышленного технологического тепла, которое часто является высокотемпературным теплом. Расчеты показывают, что централизованное теплоснабжение и электроснабжение (CHPDH) является самым дешевым методом сокращения (но не устранения) выбросов углекислого газа, если остается сжигать обычное ископаемое топливо. [10] [ ненадежный источник? ]
Воздействие на окружающую среду
Тепловые электростанции являются одним из основных искусственных источников образования токсичных газов и твердых частиц . Электростанции, работающие на ископаемом топливе, вызывают выбросы таких загрязняющих веществ, как NO x , SO x , CO 2 , CO, PM, органические газы и полициклические ароматические углеводороды. [12] Мировые организации и международные агентства, такие как МЭА, обеспокоены воздействием на окружающую среду сжигания ископаемого топлива , и в частности угля. Сжигание угля в наибольшей степени способствует образованию кислотных дождей и загрязнению воздуха , а также связано с глобальным потеплением . Из-за химического состава угля возникают трудности с удалением примесей из твердого топлива перед его сжиганием. Современные угольные электростанции загрязняют окружающую среду меньше, чем старые конструкции, благодаря новым технологиям « скруббера », которые фильтруют отработанный воздух в дымовых трубах. Однако уровни выбросов различных загрязняющих веществ по-прежнему в среднем в несколько раз превышают показатели электростанций, работающих на природном газе, а скрубберы переносят уловленные загрязняющие вещества в сточные воды, которые по-прежнему требуют очистки во избежание загрязнения принимающих водных объектов. В этих современных конструкциях загрязнение от угольных электростанций происходит за счет выбросов таких газов, как диоксид углерода, оксиды азота и диоксид серы , а также значительного объема сточных вод, которые могут содержать в воздух свинец , ртуть , кадмий и хром , а также мышьяка , селена и азота соединения ( нитраты и нитриты ). [13]
Кислотные дожди вызваны выбросами оксидов азота и диоксида серы . Эти газы сами по себе могут быть лишь слегка кислыми, однако, когда они реагируют с атмосферой, они создают кислотные соединения, такие как сернистая кислота , азотная кислота и серная кислота , которые выпадают в виде дождя, отсюда и термин «кислотный дождь». В Европе и США ужесточение законов о выбросах и спад в тяжелой промышленности снизили экологические опасности, связанные с этой проблемой, что привело к снижению выбросов после их пика в 1960-х годах.
В 2008 году Европейское агентство по окружающей среде (ЕАОС) задокументировало коэффициенты выбросов, зависящие от топлива, на основе фактических выбросов электростанций в Европейском Союзе . [14]
| Загрязнитель | Каменный уголь | Бурый уголь | Горючее | Другое масло | Газ |
|---|---|---|---|---|---|
| CO 2 (г/ГДж) | 94,600 | 101,000 | 77,400 | 74,100 | 56,100 |
| SO2 ( г/ГДж) | 765 | 1,361 | 1,350 | 228 | 0.68 |
| NO x (г/ГДж) | 292 | 183 | 195 | 129 | 93.3 |
| CO (г/ГДж) | 89.1 | 89.1 | 15.7 | 15.7 | 14.5 |
| Неметановые органические соединения (г/ГДж) | 4.92 | 7.78 | 3.70 | 3.24 | 1.58 |
| Твердые частицы (г/ГДж) | 1,203 | 3,254 | 16 | 1.91 | 0.1 |
| Общий объем дымовых газов (м 3 /ГДж) | 360 | 444 | 279 | 276 | 272 |
Углекислый газ [ править ]
Производство электроэнергии с использованием углеродного топлива является причиной значительной доли выбросов углекислого газа (CO 2 ) во всем мире и 34% антропогенных выбросов углекислого газа в США в 2010 году. В США 70% электроэнергии вырабатывается путем сжигания ископаемого топлива. топлива. [16]
Уголь содержит больше углерода, чем ископаемое топливо из нефти или природного газа, что приводит к большему объему выбросов углекислого газа на единицу произведенной электроэнергии. В 2010 году на уголь пришлось около 81% выбросов CO 2 от генерации и около 45% электроэнергии, вырабатываемой в Соединенных Штатах. [17] В 2000 году углеродоемкость (выбросы CO 2 ) при термическом сжигании угля в США составляла 2249 фунтов/МВтч (1029 кг/МВтч). [18] в то время как углеродоемкость тепловой генерации нефти в США составляла 1672 фунта/МВтч (758 кг/МВтч или 211 кг/ ГДж ). [19] а углеродоемкость термического производства природного газа в США составила 1135 фунтов/МВтч (515 кг/МВтч или 143 кг/ГДж). [20]
Межправительственная группа экспертов по изменению климата ( МГЭИК ) сообщает, что увеличение количества углекислого газа, вызывающего парниковый эффект, в атмосфере «весьма вероятно» приведет к повышению средних температур в глобальном масштабе ( глобальное потепление ). Обеспокоенность по поводу возможности такого потепления изменить глобальный климат побудила МГЭИК выработать рекомендации, призывающие к значительному сокращению выбросов CO 2 во всем мире. [21]
Выбросы можно сократить за счет более высоких температур сгорания, что приведет к более эффективному производству электроэнергии в рамках цикла. По состоянию на 2019 год [update] цена выбросов CO 2 в атмосферу намного ниже, чем стоимость добавления улавливания и хранения углерода (CCS) на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, поэтому владельцы не сделали этого. [4]
Оценка выбросов углекислого газа [ править ]
Выбросы CO 2 от электростанции, работающей на ископаемом топливе, можно оценить по следующей формуле: [22]
Выбросы CO 2 = мощность х коэффициент мощности х тепловая мощность х интенсивность выбросов х время
где «мощность» — это « паспортная мощность » или максимально допустимая мощность установки, « коэффициент мощности » или «коэффициент загрузки» — это мера количества энергии, которую производит установка, по сравнению с количеством, которое она производила бы, если бы работала при его номинальная мощность без остановок, тепловая мощность — это входная/выходная тепловая энергия, интенсивность выбросов (также называемая коэффициентом выбросов ) — это CO 2 , выделяемый на единицу тепла, вырабатываемого для конкретного топлива.
Например, новая сверхкритическая электростанция мощностью 1500 МВт, работающая на буром угле, работающая в среднем на половине своей мощности, может иметь ежегодные выбросы CO 2 , оцениваемые как:
= 1500 МВт x 0,5 x 100/40 x 101 000 кг/ТДж x 1 год
= 1500 МДж/сx 0,5 x 2,5 x 0,101 кг/МДж x 365x24x60x60 с
= 1,5x10 3 х 5х10 −1 х 2,5 х 1,01 −1 х 3,1536x10 7 кг
= 59,7 х 10 3-1-1+7 кг
= 5,97 Мт
Таким образом, примерная электростанция, по оценкам, выбрасывает около 6 мегатонн углекислого газа каждый год. Результаты подобных оценок картируются такими организациями, как Global Energy Monitor , Carbon Tracker и ElectricityMap.
В качестве альтернативы можно измерить выбросы CO 2 (возможно, косвенно через другой газ) на основе спутниковых наблюдений. [23]
Твердые частицы [ править ]
Еще одной проблемой, связанной со сжиганием угля, являются выбросы твердых частиц , которые оказывают серьезное воздействие на здоровье населения. Электростанции удаляют твердые частицы из дымовых газов с помощью рукавных фильтров или электрофильтров . Несколько новых заводов, сжигающих уголь, используют другой процесс — комбинированный цикл интегрированной газификации, в котором синтез-газ производится в результате реакции угля и воды. Синтез-газ обрабатывается для удаления большинства загрязняющих веществ, а затем первоначально используется для питания газовых турбин. Затем горячие выхлопные газы газовых турбин используются для выработки пара для питания паровой турбины. Уровень загрязнения таких электростанций значительно ниже, чем у «классических» угольных электростанций. [24]
Твердые частицы от угольных электростанций могут быть вредными и иметь негативные последствия для здоровья. Исследования показали, что воздействие твердых частиц связано с увеличением респираторной и сердечной смертности. [25] Твердые частицы могут раздражать мелкие дыхательные пути в легких, что может привести к увеличению проблем с астмой, хроническим бронхитом, обструкцией дыхательных путей и нарушением газообмена. [25]
Существуют различные типы твердых частиц в зависимости от химического состава и размера. Преобладающей формой твердых частиц угольных электростанций является угольная зола , но вторичные сульфаты и нитраты также составляют основную часть твердых частиц угольных электростанций. [26] Угольная зола — это то, что остается после сгорания угля, поэтому она состоит из негорючих материалов, содержащихся в угле. [27]
Размер и химический состав этих частиц влияют на воздействие на здоровье человека. [25] [26] В настоящее время регулируются крупные (диаметром более 2,5 мкм) и мелкие (диаметром от 0,1 до 2,5 мкм) частицы, но сверхмелкие частицы (диаметром менее 0,1 мкм) в настоящее время не регулируются, однако они представляют много опасностей. [25] К сожалению, до сих пор многое неизвестно относительно того, какие виды твердых частиц приносят наибольший вред, что затрудняет разработку адекватного законодательства для регулирования твердых частиц. [26]
Существует несколько методов, помогающих снизить выбросы твердых частиц на угольных электростанциях. Примерно 80% золы попадает в бункер для золы, но остальная часть золы затем выносится в атмосферу и превращается в летучую золу. [27] Методы снижения выбросов твердых частиц включают:
- рукавный фильтр
- электростатический фильтр (ESP)
- циклонный коллектор
Рукавный фильтр оснащен фильтром тонкой очистки, который собирает частицы золы, электрофильтры используют электрическое поле для улавливания частиц золы на высоковольтных пластинах, а циклонные коллекторы используют центробежную силу для улавливания частиц на стенках. [27] Недавнее исследование показывает, что выбросы серы от электростанций, работающих на ископаемом топливе в Китае, возможно, вызвали 10-летнее затишье в глобальном потеплении (1998-2008 годы). [28]
Сточные воды [ править ]
Электростанции, работающие на ископаемом топливе, особенно угольные, являются основным источником промышленных сточных вод . Потоки сточных вод включают десульфурацию дымовых газов, летучую золу, зольный остаток и контроль ртути в дымовых газах. Установки с системами контроля загрязнения воздуха, такие как мокрые скрубберы, обычно переносят уловленные загрязняющие вещества в поток сточных вод. [13]
Золоотстойники , тип поверхностных водоемов, являются широко используемой технологией очистки на угольных электростанциях. В этих прудах используется гравитация для осаждения крупных частиц (измеряемых как общее количество взвешенных веществ ) из сточных вод электростанций. Эта технология не очищает растворенные загрязняющие вещества. Электростанции используют дополнительные технологии для контроля загрязняющих веществ, в зависимости от конкретного потока отходов на станции. К ним относятся сухая обработка золы, рециркуляция золы по замкнутому циклу, химическое осаждение, биологическая очистка (например, процесс с активным илом), мембранные системы и системы испарительной кристаллизации. В 2015 году Агентство по охране окружающей среды опубликовало постановление в соответствии с Законом о чистой воде , которое требует, чтобы электростанции США использовали одну или несколько из этих технологий. [13] Технологические достижения в области ионообменных мембран и электродиализных систем позволили высокоэффективно очищать сточные воды десульфурации дымовых газов, чтобы соответствовать обновленным ограничениям на выбросы Агентства по охране окружающей среды. [29]
Радиоактивные микроэлементы [ править ]
Уголь — это осадочная горная порода, образовавшаяся в основном из накопленного растительного вещества и включающая множество неорганических минералов и элементов, которые отложились вместе с органическим материалом во время его формирования. Как и остальная часть земной коры , уголь также содержит низкие уровни урана , тория и других встречающихся в природе радиоактивных изотопов , выброс которых в окружающую среду приводит к радиоактивному загрязнению . Хотя эти вещества присутствуют в виде очень небольших следов примесей, при сжигании угля выделяется достаточное количество этих веществ. Угольная электростанция мощностью 1000 МВт может иметь неконтролируемый выброс до 5,2 метрических тонн урана в год (содержащий 74 фунта (34 кг) урана -235 ) и 12,8 метрических тонн тория в год. [30] Для сравнения, атомная электростанция мощностью 1000 МВт будет производить около 30 метрических тонн высокорадиоактивных твердых упакованных отходов в год. [31] Подсчитано, что в 1982 году сжигание угля в США привело к выбросу в атмосферу в 155 раз больше неконтролируемой радиоактивности, чем инцидент на Три-Майл-Айленде . [32] Коллективная радиоактивность в результате сжигания всего угля во всем мире в период с 1937 по 2040 год оценивается в 2 700 000 кюри или 0,101 ЭБк. [30] При нормальной эксплуатации эффективный эквивалент дозы угольных электростанций в 100 раз превышает эквивалент дозы атомных электростанций. [30] Однако нормальная эксплуатация является обманчивой базой для сравнения: только в результате чернобыльской ядерной катастрофы в одном только йоде-131 было выделено примерно 1,76 ЭБк. [33] радиоактивности, что на порядок превышает это значение для общего объема выбросов от всего угля, сожженного в течение столетия, в то время как период полураспада йода-131, основного радиоактивного вещества, выделяющегося при авариях, составляет всего 8 дней.
воздуха угольной золой Загрязнение воды и
Исследование, опубликованное в августе 2010 года, в котором изучались данные о загрязнении штатов в Соединенных Штатах организациями « Проект экологической целостности» , « Сьерра-клуб» и «Земная справедливость» , показало, что угольная зола, образующаяся на угольных электростанциях, сбрасываемая на объекты в 21 штате США, загрязняет грунтовые воды токсичные элементы. Загрязняющие вещества, включая яды мышьяк и свинец . Исследование пришло к выводу, что проблема загрязнения воды угольной золой в Соединенных Штатах даже более масштабна, чем предполагалось. В результате исследования число участков грунтовых вод в Соединенных Штатах, загрязненных угольной золой, образующейся на электростанциях, достигло 137. [34]
Было доказано, что мышьяк вызывает рак кожи , рак мочевого пузыря и рак легких , а свинец повреждает нервную систему . [35] Загрязнения угольной золы также связаны с респираторными заболеваниями и другими проблемами со здоровьем и развитием, а также нарушают местную водную жизнь. [34] Угольная зола также выделяет в близлежащий воздух различные токсичные загрязнители, создавая угрозу для здоровья тех, кто вдыхает летучую угольную пыль. [35]
Загрязнение ртутью [ править ]
Ученые правительства США проверили рыбу в 291 ручье по всей стране на предмет загрязнения ртутью . была обнаружена , ртуть Согласно исследованию Министерства внутренних дел США в каждой протестированной рыбе . Они нашли ртуть даже в рыбе изолированных сельских водоемов. Двадцать пять процентов проверенной рыбы имели уровни ртути, превышающие уровни безопасности, определенные Агентством по охране окружающей среды США (EPA) для людей, которые регулярно едят эту рыбу. Крупнейшим источником ртутного загрязнения в США являются выбросы угольных электростанций. [36]
Конверсия электростанций, работающих топливе ископаемом на
Существует несколько методов уменьшения загрязнения и сокращения или устранения выбросов углекислого газа электростанциями, работающими на ископаемом топливе. Часто используемый и экономически эффективный метод заключается в переводе установки на работу на другом топливе. Сюда входит переоборудование угольных электростанций на энергетические культуры /биомасса или отходы. [37] [38] [39] и перевод электростанций, работающих на природном газе, на биогаз или водород. [40] Преобразование угольных электростанций в электростанции, работающие на отходах, имеет дополнительное преимущество, поскольку позволяет сократить количество захоронений мусора . Кроме того, электростанции, работающие на отходах, могут быть оснащены системой рекуперации материалов, что также полезно для окружающей среды. В некоторых случаях сжигание биомассы может принести пользу электростанции, если энергетические культуры/биомасса являются материалом, который будет использовать электростанция, переоборудованная на ископаемое топливо. [41] Кроме того, при использовании энергетических культур в качестве топлива и при внедрении производства биоугля тепловая электростанция может даже стать углеродно-отрицательной , а не просто углеродно-нейтральной. Повышение энергоэффективности угольной электростанции также может снизить выбросы.
Помимо простого перехода на другое топливо, некоторые компании также предлагают возможность преобразовать существующие электростанции, работающие на ископаемом топливе, в сетевые системы хранения энергии, в которых используется накопление электрической и тепловой энергии (ETES). [42]
загрязнения Снижение углем
Уменьшение загрязнения угля — это процесс, при котором уголь химически отмывают от минералов и примесей, иногда газифицируют , сжигают, а полученные дымовые газы обрабатывают паром с целью удаления диоксида серы и повторно сжигают, чтобы превратить диоксид углерода в дымовые газы. экономически [ нужна цитата ] извлекаемые и подлежащие хранению под землей (последнее из которых называется «улавливанием и хранением углерода»). Угольная промышленность использует термин «чистый уголь» для описания технологий, предназначенных для повышения как эффективности, так и экологической приемлемости добычи, подготовки и использования угля. [43] но не предоставил никаких конкретных количественных ограничений на любые выбросы, особенно на выбросы углекислого газа. В то время как загрязняющие вещества, такие как сера или ртуть, можно удалить из угля, углерод не может быть эффективно удален, сохраняя при этом пригодное для использования топливо, а чистые угольные электростанции без секвестрации и хранения углерода не приводят к значительному сокращению выбросов углекислого газа. Джеймс Хансен в открытом письме тогдашнему президенту США Бараку Обаме выступил за «мораторий и поэтапный отказ от угольных электростанций, которые не улавливают и не хранят CO 2 ». В своей книге «Бури моих внуков» Хансен аналогичным образом обсуждает свою Декларацию управления , первый принцип которой требует «моратория на угольные электростанции, которые не улавливают и не связывают углекислый газ». [44]
электростанции на водороде, переработанном из газа природного Работа
Газовые электростанции также могут быть модифицированы для работы на водороде . [45] Водород можно сначала получить из природного газа посредством парового риформинга , что станет шагом к водородной экономике , что в конечном итоге приведет к сокращению выбросов углерода. [46] [47]
С 2013 года процесс конверсии был усовершенствован учеными Лаборатории жидких металлов Карлсруэ (KALLA) с использованием процесса, называемого пиролизом метана . [48] Им удалось легко удалить сажу (сажа является побочным продуктом процесса и в прошлом повреждала рабочие части, особенно никель-железо-кобальтовый катализатор). [49] [50] Сажа (содержащая углерод) может храниться под землей и не выбрасываться в атмосферу.
электростанций, работающих на ископаемом топливе Поэтапный отказ от
По состоянию на 2019 год [update] все еще существует шанс удержать глобальное потепление на уровне ниже 1,5 °C, если больше не будут строиться электростанции, работающие на ископаемом топливе, а некоторые существующие электростанции, работающие на ископаемом топливе, будут закрыты досрочно, а также будут приняты другие меры, такие как восстановление лесов . [5] Альтернативы электростанциям, работающим на ископаемом топливе, включают атомную энергию , солнечную энергию , геотермальную энергию , энергию ветра , гидроэнергетику , электростанции, работающие на биомассе, и другие возобновляемые источники энергии (см. «Безуглеродную экономику »). Большинство из них — это проверенные технологии в промышленном масштабе, но другие все еще находятся в форме прототипов.
Некоторые страны включают только затраты на производство электроэнергии и не принимают во внимание социальные издержки углерода или косвенные затраты, связанные со многими загрязнителями, образующимися при сжигании угля (например, увеличение количества госпитализаций из-за респираторных заболеваний, вызванных мелкими частицами дыма). ). [51]
Относительная стоимость генерации по источникам
При сравнении затрат электростанций принято [ нужны разъяснения ] Начнем с расчета стоимости электроэнергии на клеммах генератора, учитывая несколько основных факторов. Внешние затраты, такие как затраты на подключение, влияние каждой станции на распределительную сеть, рассматриваются отдельно как дополнительные затраты к расчетной стоимости электроэнергии на терминалах.
Первоначальными учитываемыми факторами являются:
- Капитальные затраты, включая затраты на утилизацию отходов и вывод из эксплуатации атомной энергетики.
- Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.
- Затраты на топливо для источников ископаемого топлива и биомассы, которые могут быть отрицательными для отходов.
- Вероятное количество часов работы в год или коэффициент нагрузки, который может составлять всего 30% для ветровой энергии или достигать 90% для ядерной энергии.
- Компенсационная продажа тепла, например, в системах централизованного теплоснабжения и электроснабжения (ТЭЦ/ЦТ).
Эти затраты происходят в течение 30–50 лет эксплуатации. [ нужны разъяснения ] электростанций, работающих на ископаемом топливе, с использованием дисконтированных денежных потоков .
См. также [ править ]
- Биомасса
- Электростанция на биомассе
- Котел (производство электроэнергии)
- Анализатор угля
- Добыча угля
- Комбинированное тепло и электроэнергия
- Система градирни
- Воздействие угольной промышленности на окружающую среду
- Дымовые трубы
- Поэтапный отказ от ископаемого топлива
- Геотермальная энергия
- Глобальный энергетический монитор
- Глобальное потепление
- Парниковый газ
- Список угольных электростанций
- Список аварий ТЭЦ
- Паровая турбина ртути
- Натуральный газ
- Электростанция
- Относительная стоимость электроэнергии, произведенной из разных источников
- Электростанция возобновляемой энергии
- Паровой реформинг
- Паровая турбина
- ТЭЦ
- Водотрубный котел
Ссылки [ править ]
- ^ «Ежегодные данные по электроэнергии» . ember-climate.org . 6 декабря 2023 г. Проверено 23 декабря 2023 г.
- ^ «Подключение ветра и солнца к сети» (PDF) . Международное энергетическое агентство . Архивировано (PDF) из оригинала 16 декабря 2018 года . Проверено 9 мая 2019 г.
- ^ Хейдари, Н.; Пирс, Дж. М. (2016). «Обзор обязательств по выбросам парниковых газов как ценности возобновляемых источников энергии для смягчения судебных исков за ущерб, связанный с изменением климата» . Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 55 : 899–908. дои : 10.1016/j.rser.2015.11.025 . S2CID 111165822 .
- ^ Перейти обратно: а б «Почему улавливание углерода может изменить правила игры, в которых нуждается мир» . Всемирный Экономический Форум . Архивировано из оригинала 9 мая 2019 года . Проверено 9 мая 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б «У нас слишком много электростанций, работающих на ископаемом топливе, чтобы достичь климатических целей» . Среда . 1 июля 2019 года. Архивировано из оригинала 3 июля 2019 года . Проверено 8 июля 2019 г.
- ^ «Ядерная ошибка Запада» . МСН . Проверено 8 декабря 2021 г.
- ^ Сонал Патель (4 января 2017 г.). «У кого самый эффективный в мире парк угольных электростанций?» . Архивировано из оригинала 23 июня 2018 года . Проверено 5 сентября 2018 г.
- ^ «Эффективность производства электроэнергии: рабочий документ глобального исследования нефти и газа NPC» (PDF) . Национальный нефтяной совет. 18 июля 2007 г. с. 5. Архивировано из оригинала (PDF) 4 июля 2010 года . Проверено 18 июля 2007 г.
- ^ Тривелпис, Элвин (1993). «Будущее центров ядерных исследований» (PDF) . Обзор Национальной лаборатории Ок-Ридж . 26 (3 и 4): 28. Архивировано (PDF) из оригинала 31 января 2017 года . Проверено 23 февраля 2017 г.
- ^ «Клавертон-энергия.ко.ук» . Архивировано из оригинала 5 октября 2011 года . Проверено 25 августа 2009 г.
- ↑ Генераторная станция SEC Mohave. Архивировано 14 сентября 2008 г. на Wayback Machine. Проверено 24 июля 2008 г.
- ^ Фулади Фард, Реза; Наддафи, К.; Юнесян, М.; Набизаде Нодехи, Р.; и другие. (2016). «Оценка воздействия на здоровье и внешних затрат газовой электростанции в Куме». Наука об окружающей среде и исследования загрязнения . 23 (20): 20922–20936. Бибкод : 2016ESPR...2320922F . дои : 10.1007/s11356-016-7258-0 . ПМИД 27488708 . S2CID 25937869 .
- ^ Перейти обратно: а б с «Правила по сбросам паровых электростанций – Окончательное правило 2015 г.» . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 4 сентября 2020 г.
- ^ Загрязнение воздуха крупными установками для сжигания электроэнергии , Копенгаген: Европейское агентство по окружающей среде (ЕАОС), 2008, ISBN. 978-92-9167-355-1 , заархивировано из оригинала 16 июля 2011 г.
- ^ «Сан Феникс | Грязные цифры | 200 самых загрязняющих электростанций в мире» . Архивировано из оригинала 26 марта 2014 года . Проверено 17 сентября 2013 г.
- ^ «Источники изменения климата» . Агентство по охране окружающей среды. 2012. Архивировано из оригинала 9 сентября 2012 года . Проверено 26 августа 2012 г.
- ^ «Выбросы в электроэнергетическом секторе, изменение климата» . Агентство по охране окружающей среды. 2012. Архивировано из оригинала 25 сентября 2012 года . Проверено 26 августа 2012 г.
- ^ «Чистая энергия Агентства по охране окружающей среды США — уголь» . Архивировано из оригинала 11 мая 2010 года . Проверено 21 октября 2009 г.
- ^ «Чистая энергия Агентства по охране окружающей среды США — нефть» . Архивировано из оригинала 11 мая 2010 года . Проверено 21 октября 2009 г.
- ^ «Чистая энергия Агентства по охране окружающей среды США — газ» . Архивировано из оригинала 3 апреля 2009 года . Проверено 21 октября 2009 г.
- ^ Соломон, С.; и другие. (2007). «Краткое содержание для политиков» (PDF) . Отчет Рабочей группы I Межправительственной группы экспертов по изменению климата . МГЭИК. Архивировано (PDF) из оригинала 7 мая 2017 года . Проверено 24 марта 2010 г.
- ^ «Оценка выбросов углекислого газа на угольных электростанциях» . Глобальный энергетический монитор . Проверено 8 февраля 2020 г.
- ^ «Методология ограничения выбросов углекислого газа на угольных электростанциях с использованием спутниковых наблюдений за сопутствующими выбросами диоксида азота» (PDF) . Химия и физика атмосферы .
- ^ Комитет по преимуществам исследований и разработок Министерства энергетики США в области энергоэффективности и ископаемой энергии, NRC США (2001). Энергетические исследования в Министерстве энергетики: стоило ли оно того? Исследования в области энергоэффективности и ископаемой энергетики, 1978–2000 гг . Пресса национальных академий. п. 174. ИСБН 978-0-309-07448-3 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Нел, А. (6 мая 2005 г.). Заболевания, связанные с загрязнением воздуха: воздействие частиц. Наука , 308(5723), 804-806.
- ^ Перейти обратно: а б с Грэм Т. и Шлезингер Р. (15 апреля 2007 г.). Воздействие переносимых по воздуху твердых частиц на здоровье: знаем ли мы достаточно, чтобы рассмотреть возможность регулирования конкретных типов или источников частиц? Ингаляционная токсикология, 19 (6–7), 457–481.
- ^ Перейти обратно: а б с Шоберт, Х.Х. (2002). Энергия и общество . Нью-Йорк: Тейлор и Фрэнсис, 241–255.
- ^ Фридман, Эндрю (5 июля 2011 г.). «Новое исследование связывает 10-летнее затишье в глобальном потеплении с использованием угля в Китае и загрязнением воздуха» . Вашингтон Пост . Архивировано из оригинала 16 июля 2017 года . Проверено 29 октября 2018 г.
- ^ «Снижение затрат и отходов при очистке сточных вод при десульфурации дымовых газов» . Силовой маг . Электроэнергия. Март 2017. Архивировано из оригинала 7 апреля 2017 года . Проверено 6 апреля 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Сжигание угля: ядерный ресурс или опасность? Архивировано 5 февраля 2007 года в Wayback Machine Алексом Габбардом, ORNL Review, лето/осень 1993, Vol. 26, № 3 и 4.
- ^ Томпсон, Линда. «Остекловывание ядерных отходов» . PH240 – Осень 2010 г.: Введение в физику энергии . Стэндфордский Университет. Архивировано из оригинала 18 октября 2015 года . Проверено 10 августа 2014 г.
- ↑ Physics.ohio-state.edu. Архивировано 27 марта 2009 г. на Wayback Machine.
- ^ «Радиоактивные осадки на Фукусиме приблизились к чернобыльскому уровню» . Новый учёный . Архивировано из оригинала 26 марта 2011 года . Проверено 24 апреля 2011 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Исследование участков угольной золы выявило обширное загрязнение воды». Архивировано 29 августа 2010 г. в Wayback Machine McClatchy ; Также архивировано по адресу: commondreams.org. Архивировано 28 августа 2010 г. на Wayback Machine.
- ^ Перейти обратно: а б Пресс-релиз EarthJustice, 16 сентября 2010 г., «Новый отчет: угольная зола связана с раком и другими заболеваниями; угольные отходы отравляют сообщества в 34 штатах». Архивировано 19 сентября 2010 г. на сайте Wayback Machine Earthjustice.org и « Врачи за социальную ответственность » , «Уголь» . Эш: Токсичная угроза нашим сообществам и нашей окружающей среде». Архивировано 6 октября 2010 г. в Wayback Machine, 16 сентября 2010 г., Earthjustice.org.
- ^ nytimes.com «Ртуть обнаружена в каждой протестированной рыбе, говорят ученые». Архивировано 29 декабря 2016 г. в Wayback Machine. The New York Times , 19 августа 2009 г.
- ^ «Переход электростанции на биомассу из угля» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 6 марта 2017 года . Проверено 31 июля 2019 г.
- ^ «Переход угля в биомассу компанией Georgia Power» . Архивировано из оригинала 3 декабря 2010 года . Проверено 26 апреля 2009 г.
- ↑ Преобразование угля в электростанцию, работающую на отходах. Архивировано 21 июля 2009 г. в Wayback Machine.
- ^ «MHPS переведет голландскую ПГУ на работу на водороде» . Май 2018. Архивировано из оригинала 3 мая 2019 года . Проверено 3 мая 2019 г.
- ^ «Торрефикация биомассы иногда необходима при использовании биомассы в переработанных FFPS» . Архивировано из оригинала 29 ноября 2014 года . Проверено 24 ноября 2014 г.
- ^ Решение Siemens Gamesa ETES-переключатель
- ^ AustralianCoal.com.au. Архивировано 7 декабря 2007 г. на Wayback Machine - Обзор чистого угля.
- ^ Хансен, Джеймс (2009). Бури моих внуков . Лондон: Издательство Блумсбери. п. 242. ИСБН 978-1-4088-0745-3 .
- ^ «План перевода Севера на водород» . Неделя коммунальных услуг . 30 ноября 2018 года. Архивировано из оригинала 9 мая 2019 года . Проверено 9 мая 2019 г.
- ^ «H-vision: синий водород для зеленого будущего» . Газовый мир. Архивировано из оригинала 9 мая 2019 года . Проверено 9 мая 2019 г.
- ^ Природный газ в водород: риформинг природного газа
- ^ KITT/IASS – Производство водорода без CO2 из природного газа для использования в энергии
- ^ Реакция, которая навсегда даст нам чистое ископаемое топливо.
- ^ Водород из метана без выбросов CO2
- ^ Полная стоимость электроэнергии (PDF) . Техасский университет в Остине. Апрель 2018. с. 11. Архивировано (PDF) из оригинала 10 мая 2019 г. . Проверено 10 мая 2019 г.
Библиография [ править ]
- Steam: его создание и использование (2005). 41-е издание, Компания Бэбкок и Уилкокс, ISBN 0-9634570-0-4
- Эксплуатация паровой установки (2011). 9-е издание, Эверетт Б. Вудрафф, Герберт Б. Ламмерс, Томас Ф. Ламмерс (соавторы), McGraw-Hill Professional, ISBN 978-0-07-166796-8
- Справочник по производству электроэнергии: Основы эксплуатации высокоэффективных электростанций с низким уровнем выбросов (2012 г.). 2-е издание. Филип Киаме, McGraw-Hill Professional, ISBN 978-0-07-177227-3
- Стандартный справочник по силовой технике (1997). 2-е издание, Томас С. Эллиотт, Као Чен, Роберт Сванекамп (соавторы), McGraw-Hill Professional, ISBN 0-07-019435-1
Внешние ссылки [ править ]
- Обычная угольная электростанция
- Большие промышленные градирни
- Угольная энергетика более смертоносна, чем атомная
- «Должны ли мы страдать от дыма» , май 1949 г., научно-популярная статья о ранних методах очистки выбросов угольных электростанций.
- Новости газовой электростанции из журнала Power Engineering. Архивировано 10 июля 2015 г. на Wayback Machine.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
