Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с электростанции, работающей на ископаемом топливе )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Белхатовская электростанция мощностью 5400  МВт в Польше - одна из крупнейших в мире угольных электростанций.

Мировое производство электроэнергии по источникам в 2018 году. Общая выработка составила 26,7 ПВтч . [1]

  Уголь (38%)
  Природный газ (23%)
  Гидро (16%)
  Ядерная (10%)
  Ветер (5%)
  Масло (3%)
  Солнечная (2%)
  Биотопливо (2%)
  Другое (1%)

Ископаемого топлива мощность станция является тепловая электростанция , которая сжигает ископаемое топливо , например уголь или природный газ , для получения электроэнергии . Ископаемые топлива электростанции имеют механизмы для преобразования тепловой энергии из сгорания в механическую энергию , которая затем приводится в действие электрический генератор . Первичный двигатель может быть паровая турбина , A газовой турбины или, в небольших установках, поршневой газовый двигатель. Все установки используют энергию, извлеченную из расширяющегося газа, пара или дымовых газов. Несмотря на то, что существуют различные методы преобразования энергии, эффективность всех методов преобразования тепловой электростанции ограничивается КПД Карно, и поэтому они производят отходящее тепло .

Электростанции, работающие на ископаемом топливе, вырабатывают большую часть электроэнергии, используемой в мире. Некоторые электростанции, работающие на ископаемом топливе, спроектированы для непрерывной работы в качестве электростанций с базовой нагрузкой , в то время как другие используются в качестве электростанций с пиковой нагрузкой . Однако, начиная с 2010-х годов, во многих странах электростанции, рассчитанные на базовую нагрузку, эксплуатируются как диспетчерские генераторы, чтобы уравновесить рост генерации за счет переменных возобновляемых источников энергии . [2]

Побочные продукты работы электростанций, работающих на ископаемом топливе, необходимо учитывать при их проектировании и эксплуатации. Дымовой газ от сжигания ископаемого топлива содержит диоксид углерода и водяной пар, а также такие загрязнители, как оксиды азота (NO x ), оксиды серы (SO x ), а также, для угольных электростанций, ртуть , следы других металлов, и летучая зола . Обычно весь углекислый газ и некоторые другие загрязнения выбрасываются в воздух. Также необходимо удалить твердую золу от угольных котлов.

Электростанции, работающие на ископаемом топливе, являются основными источниками выбросов двуокиси углерода (CO 2 ), парникового газа, который вносит основной вклад в глобальное потепление . Результаты недавнего исследования [3] показывают, что чистая прибыль, доступная акционерам крупных компаний, может значительно сократиться за счет обязательств по выбросам парниковых газов, связанных только со стихийными бедствиями в Соединенных Штатах от единственной угольной электростанции. Однако по состоянию на 2015 год в Соединенных Штатах Америки по таким делам возмещения убытков не было. На единицу электроэнергии бурый уголь выбрасывает почти вдвое больше CO 2.как природный газ, а черный уголь выделяет несколько меньше, чем коричневый. По состоянию на 2019 год улавливание углерода и хранение выбросов экономически нецелесообразно для электростанций, работающих на ископаемом топливе. [4] По состоянию на 2019 год поддержание 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 досрочно закрыты вместе с другими мерами, такими как лесовосстановление . [5]

Основные понятия: тепло в механическую энергию [ править ]

Основная статья: ТЭЦ

В ископаемом мощности завода топлива химическая энергия , запасенная в ископаемого топлива , таких как уголь , мазут , природный газ или горючих сланцев и кислорода из воздуха преобразуется последовательно в тепловую энергию , механическую энергию и, наконец, электрическую энергию . Каждая электростанция, работающая на ископаемом топливе, представляет собой сложную, специально разработанную систему. На одной площадке можно построить несколько энергоблоков для более эффективного использования земли , природных ресурсов и рабочей силы . Большинство тепловых электростанций в мире используют ископаемое топливо, превосходя их числоматомные , геотермальные , биомассовые или концентрированные солнечные электростанции .

Второй закон термодинамики гласит , что любой цикл с замкнутым контуром может конвертировать только часть от тепла , производимого во время сгорания в механическую работу . Остальная часть тепла, называемая отходящим теплом , должна отводиться в более прохладную среду во время возвратной части цикла. Доля тепла, выделяемого в более холодную среду, должна быть равна или больше отношения абсолютных температур.системы охлаждения (окружающей среды) и источника тепла (топки). Повышение температуры печи повышает эффективность, но усложняет конструкцию, в первую очередь из-за выбора сплавов, используемых в конструкции, что делает печь более дорогой. Отработанное тепло невозможно преобразовать в механическую энергию без еще более холодной системы охлаждения. Однако его можно использовать в когенерационных установках для обогрева зданий, производства горячей воды или для нагрева материалов в промышленных масштабах, например, на некоторых нефтеперерабатывающих заводах , заводах и заводах химического синтеза .

Типичный тепловой КПД электрических генераторов для коммунальных предприятий составляет около 37% для угольных и масляных электростанций [6] и 56-60% (LEV) для газовых электростанций с комбинированным циклом . Установки, спроектированные для достижения максимальной эффективности при работе на полную мощность, будут менее эффективными при работе не по расчетным планам (т. Е. При слишком низких температурах) [7].

Практические станции, работающие на ископаемом топливе, работающие в качестве тепловых двигателей, не могут превышать предел цикла Карно для преобразования тепловой энергии в полезную работу. Топливные элементы не имеют таких же термодинамических ограничений, поскольку они не являются тепловыми двигателями.

Эффективность электростанции, работающей на ископаемом топливе, может быть выражена как тепловая мощность , выраженная в БТЕ / киловатт-час или мегаджоулях / киловатт-час.

Типы растений [ править ]

Основная статья: ТЭЦ

Steam [ править ]

В паротурбинной электростанции топливо сжигается в топке, а горячие газы проходят через котел. В котле вода превращается в пар; могут быть включены дополнительные стадии нагрева для перегрева пара. Горячий пар через регулирующие клапаны направляется 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 проходит через конденсатор, который отводит тепло от пара. Затем конденсированная вода закачивается в бойлер для повторения цикла.

Выбросы из котла включают диоксид углерода, оксиды серы и, в случае угольной золы, от негорючих веществ в топливе. Отработанное тепло от конденсатора передается либо в воздух, либо иногда в пруд-охладитель, озеро или реку.

Газовая турбина и комбинированный газ / пар [ править ]

Основная статья: Газовая электростанция
Энергетическая газовая турбина серии GE мощностью 480 мегаватт
Электростанция Смородиновый ручей недалеко от Моны, штат Юта, представляет собой электростанцию, работающую на природном газе .

В одном из типов электростанций, работающих на ископаемом топливе, используется газовая турбина в сочетании с парогенератором-утилизатором (HRSG). Ее называют электростанцией с комбинированным циклом, потому что она сочетает в себе цикл Брайтона газовой турбины с циклом Ренкина ПГРТ. Турбины работают на природном газе или мазуте.

Поршневые двигатели [ править ]

Смотрите также: Газовая электростанция

Дизель- генераторные установки часто [ необходима цитата ] используются в качестве основного источника энергии в населенных пунктах, не подключенных к широко распространенной электросети. В системах аварийного (резервного) питания 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 системой электроснабжения, чтобы снизить плату за пиковую потребляемую мощность от электросети. Дизельные двигатели могут создавать высокий крутящий момент при относительно низких скоростях вращения, что обычно желательно при работе генератора переменного тока , но при длительном хранении дизельного топлива могут возникать проблемы, связанные с накоплением воды и химическим разложением.. Редко используемые генераторные установки могут соответственно устанавливаться как на природном газе, так и на сжиженном нефтяном газе, чтобы минимизировать требования к техническому обслуживанию топливной системы.

Двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающие на бензине (бензине), пропане или сжиженном нефтяном газе , обычно используются в качестве переносных временных источников энергии для строительных работ, аварийного питания 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 энергии относительно редки.

Исторически сложилось так, что первые центральные станции использовали поршневые паровые машины для привода генераторов. Поскольку размер обслуживаемой электрической нагрузки увеличивался, поршневые агрегаты становились слишком большими и громоздкими для экономичной установки. Паровая турбина быстро вытеснила все поршневые двигатели на центральной станции.

Топливо [ править ]

Уголь [ править ]

Схема типовой угольной электростанции парового цикла (слева направо)
По состоянию на сентябрь 2017 года угольные электростанции обеспечивают около 32 процентов потребляемой электроэнергии в Соединенных Штатах. [8] Это завод Castle Gate недалеко от Хелпера, штат Юта .
Основная статья: Угольная электростанция

Уголь является наиболее распространенным ископаемым топливом на планете, широко используется в качестве источника энергии на тепловых электростанциях и является относительно дешевым топливом. Уголь является загрязненным топливом и производит больше парниковых газов и загрязняющих веществ, чем эквивалентное количество нефти или природного газа. Например, при эксплуатации угольной электростанции мощностью 1000 МВтэ доза ядерной радиации составляет 490 человеко-бэр / год по сравнению со 136 человеко-бэр / год для эквивалентной атомной электростанции, включая добычу урана, эксплуатацию реактора. и удаление отходов. [9]

Уголь доставляется автомобильным транспортом , железнодорожным транспортом , баржей , угольным судном или трубопроводом для шлама . Создание станций , прилегающих к шахте может получить уголь с помощью конвейерной ленты или массивных дизель-электрических -Драйв грузовых автомобилей . Уголь обычно готовится к использованию путем измельчения необработанного угля на куски размером менее 2 дюймов (5 см).

Природный газ [ править ]

Основная статья: Газовая электростанция

Газ - очень распространенное топливо 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 паровые электростанции, работающие на угле, переоборудованы для использования природного газа, чтобы уменьшить чистые выбросы углекислого газа. Установки, работающие на нефтяном топливе, могут быть переведены на природный газ для снижения эксплуатационных расходов.

Нефть [ править ]

Мазут когда-то был важным источником энергии для выработки электроэнергии. После повышения цен на нефть в 1970-х годах нефть была вытеснена углем, а затем и природным газом. Дистиллятное масло по-прежнему играет важную роль в качестве источника топлива для дизельных электростанций, используемых, особенно в изолированных населенных пунктах, не связанных с сетью. Жидкое топливо также может использоваться на газотурбинных электростанциях, особенно для пиковых или аварийных служб. Из трех источников ископаемого топлива нефть имеет то преимущество, что ее легче транспортировать и обрабатывать, чем твердый уголь, и легче хранить на месте, чем природный газ.

Комбинированное тепло и электроэнергия [ 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 применяется не только для отопления жилых помещений (низкая температура), но и для промышленного технологического тепла, которое часто является высокотемпературным теплом. Расчеты показывают, что комбинированное централизованное теплоснабжение и теплоэнергетика (CHPDH) является самым дешевым методом сокращения (но не устранения) выбросов углерода, если традиционные ископаемые виды топлива еще предстоит сжигать. [10] [ ненадежный источник? ]

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Электростанция Mohave , 1580 МВт угольной электростанции вблизи Лафлин, штат Невада , из сервиса с 2005 года из - за экологических ограничений [11]

Тепловые электростанции - один из основных искусственных источников образования токсичных газов и твердых частиц . Электростанции, работающие на ископаемом топливе, вызывают выбросы таких загрязнителей, как NOx, SOx, CO2, CO, PM, органических газов и полициклических ароматических углеводородов. [12] Мировые организации и международные агентства, такие как МЭА, обеспокоены воздействием на окружающую среду сжигания ископаемого топлива и угля в частности. Сжигание угля в наибольшей степени способствует кислотным дождям и загрязнению воздуха и связано с глобальным потеплением.. Из-за химического состава угля трудно удалить примеси из твердого топлива перед его сжиганием. Современные угольные электростанции загрязняют меньше, чем старые конструкции, благодаря новым « скрубберным » технологиям, которые фильтруют отработанный воздух в дымовых трубах. Однако уровни выбросов различных загрязняющих веществ все еще в среднем в несколько раз выше, чем у электростанций, работающих на природном газе, и скрубберы переносят уловленные загрязняющие вещества в сточные воды, которые по-прежнему требуют очистки, чтобы избежать загрязнения принимающих водоемов. В этих современных конструкциях загрязнение от угольных электростанций происходит из-за выбросов таких газов, как диоксид углерода, оксиды азота и диоксид серы.в воздух, а также значительные объемы сточных вод, которые могут содержать свинец , ртуть , кадмий и хром , а также соединения мышьяка , селена и азота ( нитраты и нитриты ). [13]

Кислотный дождь вызван выбросом оксидов азота и диоксида серы . Эти газы могут быть только умеренно кислыми, но когда они вступают в реакцию 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 более строгие законы о выбросах и упадок в тяжелой промышленности снизили опасность для окружающей среды, связанную 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 зависящие от топлива коэффициенты выбросов, основанные на фактических выбросах электростанций в Европейском союзе . [14]

ЗагрязнительКаменный угольБурый угольГорючееДругое маслоГаз
CO 2 (г / ГДж)94 600101 00077 40074 10056 100
SO 2 (г / ГДж)7651,3611,3502280,68
NO x (г / ГДж)29218319512993,3
CO (г / ГДж)89,189,115,715,714,5
Неметановые органические соединения (г / ГДж)4,927,783,703,241,58
Твердые частицы (г / ГДж)1 2033 254161,910,1
Общий объем дымовых газов (м 3 / ГДж)360444279276272

Углекислый газ [ править ]

Смотрите также: Углекислотная и газовая электростанция
Угольная электростанция Тайчжун на Тайване , крупнейший в мире источник выбросов углекислого газа [15]

Производство электроэнергии с использованием углеродного топлива является причиной значительной доли выбросов двуокиси углерода (CO 2 ) во всем мире и 34% антропогенных выбросов двуокиси углерода в США в 2010 году. В США 70% электроэнергии вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива. топливо. [16]

Уголь содержит больше углерода, чем ископаемое топливо или природный газ, что приводит к большим объемам выбросов углекислого газа на единицу произведенной электроэнергии. В 2010 году на уголь приходилось около 81% выбросов CO 2 от производства и около 45% электроэнергии, производимой в Соединенных Штатах. [17] В 2000 году углеродоемкость ( выбросы CO 2 ) при термическом сжигании угля в США составляла 2249 фунтов / МВт-ч (1029 кг / МВт-ч) [18], в то время как углеродоемкость термической генерации нефти в США составляла 1672 фунта / МВт-ч (758 кг. / МВтч или 211 кг / ГДж ) [19], а углеродоемкость тепловой добычи 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 парникового газа двуокиси углерода в атмосфере «очень вероятно» приведет к более высоким средним температурам в глобальном масштабе ( глобальному потеплению ). Обеспокоенность по поводу того, что такое потепление может изменить глобальный климат, вызвала рекомендации МГЭИК, 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 цена выброса CO 2 в атмосферу намного ниже, чем стоимость добавления улавливания и хранения углерода (CCS) на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, поэтому владельцы этого не сделали. [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 x коэффициент мощности x тепловая мощность x интенсивность выбросов x время

где «мощность» - это « паспортная мощность » или максимально допустимая мощность установки, « коэффициент мощности » или «коэффициент нагрузки» - это мера количества мощности, которую производит завод, по сравнению с количеством, которое она могла бы производить, если бы работала на его номинальная мощность без остановок, тепловой поток - это тепловая энергия на входе / электрическая энергия на выходе, интенсивность выбросов (также называемая коэффициентом выбросов ) - это количество CO 2, выделяемое на единицу тепла, произведенного для конкретного топлива.

Например, новая сверхкритическая электростанция мощностью 1500 МВт, работающая в среднем на половину своей мощности, может иметь годовые выбросы CO 2, оцениваемые как:

= 1500 МВт x 0,5 x 100/40 x 101000 кг / ТДж x 1 год

= 1500 МДж / сек x 0,5 x 2,5 x 0,101 кг / МДж x 365 x 24 x 60 x 60 сек

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

= 59,7 х10 3-1-1 + 7 кг

= 5,97 млн ​​т

Таким образом, примерная электростанция, по оценкам, выбрасывает около 6 мегатонн двуокиси углерода в год. Результаты аналогичных оценок наносятся на карту такими организациями, как Global Energy Monitor , Carbon Tracker и ElectricityMap.

В качестве альтернативы можно измерить выбросы CO2 (возможно, косвенно через другой газ) с помощью спутниковых наблюдений. [23]

Твердые частицы [ править ]

Еще одна проблема, связанная со сжиганием угля, - это выброс твердых частиц , которые серьезно влияют на здоровье населения. Электростанции удаляют твердые частицы из дымовых газов с помощью рукавного фильтра или электрофильтра . Несколько более новых заводов, сжигающих уголь, используют другой процесс, комбинированный цикл интегрированной газификации, в котором синтез-газ получается из реакции между углем и водой. Синтез-газ обрабатывается для удаления большинства загрязняющих веществ, а затем используется вначале 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 небольшие дыхательные пути в легких, что может привести к усилению проблем с астмой, хроническим бронхитом, обструкцией дыхательных путей и газообменом. [25]

Существуют разные типы твердых частиц в зависимости от химического состава и размера. Преобладающей формой твердых частиц от угольных электростанций является угольная летучая зола , но вторичные сульфаты и нитраты также составляют основную часть твердых частиц от угольных электростанций. [26] Зола уноса угля - это то, что остается после сжигания угля, поэтому она состоит из негорючих материалов, содержащихся в угле. [27]

Размер и химический состав этих частиц влияет на здоровье человека. [25] [26] В настоящее время регулируются крупные (диаметр более 2,5 мкм) и мелкие (диаметр от 0,1 мкм до 2,5 мкм) частицы, но сверхмелкозернистые частицы (диаметр менее 0,1 мкм) в настоящее время не регулируются, но они представляют собой множество опасностей. [25] К сожалению, многое еще неизвестно относительно того, какие виды твердых частиц наносят наибольший вред, что затрудняет разработку адекватного законодательства для регулирования твердых частиц. [26]

Существует несколько методов снижения выбросов твердых частиц от угольных электростанций. Примерно 80% золы попадает в бункер для золы, но остальная часть золы затем уносится в атмосферу и превращается в летучую золу. [27] Методы сокращения этих выбросов твердых частиц включают:

  1. рукавный
  2. электростатический осадитель (ESP)
  3. циклонный коллектор

Рукавный рукав имеет фильтр тонкой очистки, который собирает частицы золы, электростатические пылеуловители 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 гг.). [28]

Сточные воды [ править ]

Wastestreams на угольной электростанции

Электростанции, работающие на ископаемом топливе, особенно угольные, являются основным источником промышленных сточных вод. Потоки сточных вод включают обессеривание дымовых газов, летучую золу, зольный остаток и контроль ртути в дымовых газах. Установки с системами контроля загрязнения воздуха, такими как мокрые скрубберы, обычно переносят уловленные загрязнители в поток сточных вод. [13]

Золоотвалы , разновидность поверхностных водохранилищ, являются широко используемой технологией очистки на угольных электростанциях. Эти водоемы используют гравитацию для осаждения крупных твердых частиц (измеряемых как общее количество взвешенных твердых частиц ) из сточных вод электростанций. Эта технология не обрабатывает растворенные загрязнители. На электростанциях используются дополнительные технологии для контроля загрязняющих веществ, в зависимости от конкретного потока отходов на заводе. К ним относятся сухая обработка золы, рециркуляция золы с замкнутым циклом, химическое осаждение, биологическая обработка (например, процесс с активным илом), мембранные системы и системы выпаривания-кристаллизации. В 2015 году EPA опубликовало постановление в соответствии с Законом о чистой воде, которое требует от электростанций США использовать одну или несколько из этих технологий. [13]Технологические достижения в области ионообменных мембран и электродиализных систем сделали возможным высокоэффективную очистку сточных вод от сероочистки дымовых газов в соответствии с обновленными ограничениями выбросов EPA. [29]

Радиоактивные микроэлементы [ править ]

Уголь - это осадочная порода, образованная в основном из накопленного растительного вещества, и она включает в себя множество неорганических минералов и элементов, которые откладывались вместе с органическим материалом во время его образования. Как и остальная часть земной коры , уголь также содержит низкие уровни урана , тория и других естественных радиоактивных изотопов , выброс которых в окружающую среду приводит к радиоактивному загрязнению . Хотя эти вещества присутствуют в виде очень мелких следов примесей, сжигается достаточно угля, чтобы высвободить значительные количества этих веществ. На угольной электростанции мощностью 1000 МВт может происходить неконтролируемый выброс до 5,2 метрических тонн урана в год (содержащего 74 фунта (34 кг)уран-235 ) и 12,8 метрических тонн тория в год. [30] Для сравнения, атомная станция мощностью 1000 МВт будет производить около 30 метрических тонн высокоактивных твердых упакованных отходов в год. [31] По оценкам, в течение 1982 года в результате сжигания угля в США в атмосферу было выброшено в 155 раз больше неконтролируемой радиоактивности, чем в результате инцидента 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 эффективная эквивалентная доза от угольных станций в 100 раз больше, чем от атомных станций. [30]Тем не менее, нормальная работа - это обманчивый исходный показатель для сравнения: только в результате Чернобыльской ядерной катастрофы выбросы одного только йода-131 составили 1,76 ЭБк. [33] радиоактивности, что на порядок выше этого значения для общих выбросов от всего угля, сожженного в течение столетия, в то время как йод-131, основное радиоактивное вещество, выделяющееся в аварийных ситуациях, имеет период полураспада всего 8 дней.

Загрязнение воды и воздуха угольной золой [ править ]

В исследовании, опубликованном в августе 2010 года, в котором изучались данные о загрязнении штата в Соединенных Штатах, проведенные организациями Environmental Integrity Project , Sierra Club и Earthjustice, было обнаружено, что угольная зола, производимая угольными электростанциями, сброшенными на площадках в 21 штате США, загрязнила грунтовые воды токсичные элементы. Загрязняющие вещества, включая яды, мышьяк и свинец . В исследовании сделан вывод, что проблема загрязнения воды угольной золой в Соединенных Штатах даже шире, чем предполагалось. В результате исследования количество участков грунтовых вод в Соединенных Штатах, загрязненных угольной золой, произведенной электростанциями, достигло 137. [34]

Мышьяк был показан , чтобы вызвать рак кожи , рак мочевого пузыря и рак легкого , а также свинцовые повреждают нервную систему . [35] Загрязнители угольной золы также связаны с респираторными заболеваниями и другими проблемами со здоровьем и развитием, а также нарушили местную водную жизнь. [34] Угольная зола также выделяет в близлежащий воздух различные токсичные загрязнители, представляя 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 загрязнение ртутью . Согласно исследованию Министерства внутренних дел США, они обнаружили ртуть в каждой протестированной рыбе . Они обнаружили ртуть даже в рыбе изолированных сельских водоемов. Двадцать пять процентов протестированной рыбы имели уровни ртути выше уровней безопасности, определенных Агентством по охране окружающей среды США (EPA) для людей, которые регулярно едят рыбу. Самый большой источник загрязнения ртутью в Соединенных Штатах - выбросы угольных электростанций. [36]

Конверсия электростанций, работающих на ископаемом топливе [ править ]

См. Также: Свалка § Утилизация материалов

Существует несколько методов уменьшения загрязнения и сокращения или устранения выбросов углерода электростанциями, работающими на ископаемом топливе. Часто используемый и экономичный метод - это переоборудование установки для работы на другом топливе. Это включает преобразование угольных электростанций в энергетические культуры / биомассу или отходы [37] [38] [39] и преобразование электростанций, работающих на природном газе, на биогаз или водород. [40] Преобразование угольных электростанций в электростанции, работающие на отходах, имеет дополнительное преимущество в том, что они могут сократить количество захоронений на свалках . Кроме того, электростанции, работающие на отходах, могут быть оборудованы системой рекуперации материалов, что также благоприятно для окружающей среды. В некоторых случаях торрефикациябиомассы может принести пользу электростанции, если энергетические культуры / биомасса будут материалом, который будет использовать преобразованная электростанция на ископаемом топливе. [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 преобразования для работы на другом топливе, некоторые компании также предлагают возможность преобразовать существующие электростанции, работающие на ископаемом топливе, в сетевые системы хранения энергии, которые используют накопители электрической тепловой энергии (ETES) [42]

Снижение загрязнения углем [ править ]

Основная статья: Снижение загрязнения углем

Снижение загрязнения углем - это процесс, при котором уголь химически промывается от минералов и примесей, иногда газифицируется , сжигается, а образующиеся дымовые газы обрабатываются паром с целью удаления диоксида серы и повторно сжигаются, чтобы получить диоксид углерода в дымовых газах. экономически [ цитата необходима ] извлекаемая и хранимая под землей (последнее из которых называется «улавливанием и хранением углерода»). В угольной промышленности термин «чистый уголь» используется для описания технологий, направленных на повышение как эффективности, так и экологической приемлемости добычи, подготовки и использования угля [43].но не предоставил никаких конкретных количественных ограничений на какие-либо выбросы, особенно двуокиси углерода. В то время как загрязняющие вещества, такие как сера или ртуть, могут быть удалены из угля, углерод невозможно эффективно удалить, оставив при этом пригодное для использования топливо, а чистые угольные электростанции без связывания и хранения углерода существенно не сокращают выбросы углекислого газа. Джеймс Хансен в открытом письме тогдашнему президенту США Бараку Обаме выступал за «мораторий и поэтапный отказ от угольных электростанций, которые не улавливают и не хранят CO 2 ». Подобным образом в своей книге « Штормы моих внуков» Хансен обсуждает свою Декларацию о попечительстве., первый принцип которого требует «моратория на угольные электростанции, не улавливающие и не связывающие углекислый газ». [44]

Работа электростанции на водороде, преобразованном из природного газа [ править ]

Газовые электростанции также могут быть модифицированы для работы на водороде . [45] Сначала водород может быть получен из природного газа путем парового риформинга в качестве шага к экономии водорода , что в конечном итоге приведет к сокращению выбросов углерода. [46] [47]

С 2013 года процесс конверсии был улучшен учеными из лаборатории жидких металлов Карлсруэ (KALLA) с помощью процесса, называемого пиролизом метана . [48] Им удалось легко удалить сажу (сажа является побочным продуктом процесса и в прошлом повреждала рабочие детали, в первую очередь никель-железо-кобальтовый катализатор). [49] [50] Сажа (содержащая углерод) может храниться под землей и не выбрасывается в атмосферу.

Поэтапный отказ от электростанций, работающих на ископаемом топливе [ править ]

См. Также: Поэтапный отказ от ископаемого топлива

По состоянию на 2019 год все еще есть шанс удержать глобальное потепление ниже 1,5 ° C, если больше не будут строиться электростанции, работающие на ископаемом топливе, а некоторые существующие электростанции, работающие на ископаемом топливе, будут досрочно закрыты вместе с другими мерами, такими как восстановление лесов . [5] Альтернативы электростанциям, работающим на ископаемом топливе, включают ядерную энергию , солнечную энергию , геотермальную энергию , энергию ветра , гидроэнергетику , электростанции , работающие на биомассе, и другие возобновляемые источники энергии (см. Неуглеродную экономику ). Большинство из них являются проверенными технологиями в промышленных масштабах, но другие все еще находятся в форме прототипов.

Некоторые страны включают только затраты на производство электроэнергии и не принимают во внимание социальные затраты на углерод 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 по источникам генерации [ править ]

Основная статья: Стоимость электроэнергии по источникам

При сравнении затрат на электростанции обычно [ требуется пояснение ], чтобы начать с расчета стоимости электроэнергии на терминалах генератора с учетом нескольких 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.

Рассматриваются следующие исходные факторы:

  • 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 от 30% для энергии ветра или до 90% для ядерной энергии.
  • Зачетные продажи тепла, например, при централизованном теплоснабжении и комбинированном теплоснабжении (ТЭЦ / ЦО).

Эти затраты возникают в течение 30–50 лет эксплуатации [ требуется пояснение ] 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
  • Global Energy Monitor
  • Глобальное потепление
  • Парниковый газ
  • Список угольных электростанций
  • Перечень отказов ТЭЦ
  • Турбина на парах ртути
  • Натуральный газ
  • Электростанция
  • Относительная стоимость электроэнергии, произведенной из разных источников
  • Электростанция на возобновляемых источниках энергии
  • Паровой риформинг
  • Паровая турбина
  • ТЭЦ
  • Водотрубный котел

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Производство электроэнергии по источникам» . Международное энергетическое агентство .
  2. ^ "Получение ветра и солнца на сетке" (PDF) . Международное энергетическое агентство . Архивировано (PDF) из оригинала 16 декабря 2018 года . Дата обращения 9 мая 2019 .
  3. ^ Heidari, N .; Пирс, Дж. М. (2016). «Обзор обязательств по выбросам парниковых газов как ценность возобновляемых источников энергии для смягчения судебных исков за ущерб, связанный с изменением климата» . Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 55 : 899–908. DOI : 10.1016 / j.rser.2015.11.025 .
  4. ^ a b «Почему улавливание углерода может изменить правила игры, в которых нуждается мир» . Всемирный экономический форум . Архивировано 9 мая 2019 года . Дата обращения 9 мая 2019 .
  5. ^ a b «У нас слишком много электростанций, работающих на ископаемом топливе, чтобы соответствовать климатическим целям» . Окружающая среда . 1 июля 2019 года. Архивировано 3 июля 2019 года . Дата обращения 8 июля 2019 .
  6. ^ Сонал Пател (4 января 2017). «У кого самый эффективный парк угольных электростанций в мире?» . Архивировано 23 июня 2018 года . Проверено 5 сентября 2018 года .
  7. ^ «Эффективность выработки электроэнергии: рабочий документ глобального исследования нефти и газа NPC» (PDF) . Национальный нефтяной совет. 18 июля 2007 г. с. 5. Архивировано из оригинального (PDF) 4 июля 2010 года . Проверено 18 июля 2007 года .
  8. ^ Управление энергетической информации
  9. ^ Трайвелписа, Элвин (1993). "Будущее центров ядерных исследований" (PDF) . Обзор Национальной лаборатории Окриджа . 26 (3 и 4): 28. Архивировано (PDF) из оригинала 31 января 2017 года . Проверено 23 февраля 2017 года .
  10. ^ "Claverton-energy.co.uk" . Архивировано 5 октября 2011 года . Проверено 25 августа 2009 года .
  11. ↑ SEC Mohave Generation Station. Архивировано 14 сентября 2008 г. в Wayback Machine. Проверено24 июля 2008г.
  12. ^ Fouladi Fard Реза; Наддафи, К .; Юнесский, М .; Nabizadeh Nodehi, R .; и другие. (2016). «Оценка воздействия на здоровье и внешних затрат электростанции Кума, работающей на природном газе». Экология и исследования загрязнения окружающей среды . 23 (20): 20922–20936. DOI : 10.1007 / s11356-016-7258-0 . PMID 27488708 . 
  13. ^ a b c «Рекомендации по сбросам при производстве паровой электроэнергии - Окончательное правило 2015 г.» . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 4 сентября 2020.
  14. ^ Загрязнение воздуха от крупных электростанций сжигания (PDF) , Копенгаген: Европейское агентство по окружающей среде (EEA), 2008, ISBN  978-92-9167-355-1, архивировано 16 июля 2011 г.
  15. ^ «Солнце Феникс | Грязные числа | 200 самых загрязняющих электростанций в мире» . Архивировано из оригинального 26 марта 2014 года . Проверено 17 сентября 2013 года .
  16. ^ «Источники изменения климата» . EPA. 2012. Архивировано 9 сентября 2012 года . Проверено 26 августа 2012 года .
  17. ^ «Изменение климата выбросов в электроэнергетическом секторе» . EPA. 2012. Архивировано 25 сентября 2012 года . Проверено 26 августа 2012 года .
  18. ^ " Чистая энергия Агентства по охране окружающей среды США - уголь " . Архивировано 11 мая 2010 года . Проверено 21 октября 2009 года .
  19. ^ " Чистая энергия Агентства по охране окружающей среды США - нефть " . Архивировано 11 мая 2010 года . Проверено 21 октября 2009 года .
  20. ^ " Чистая энергия Агентства по охране окружающей среды США - газ " . Архивировано 3 апреля 2009 года . Проверено 21 октября 2009 года .
  21. ^ Соломон, S .; и другие. (2007). «Резюме для политиков» (PDF) . Отчет Рабочей группы I Межправительственной группы экспертов по изменению климата . МГЭИК. Архивировано 7 мая 2017 года (PDF) . Проверено 24 марта 2010 года .
  22. ^ «Оценка выбросов углекислого газа от угольных электростанций» . Global Energy Monitor . Дата обращения 8 февраля 2020 .
  23. ^ «Методология ограничения выбросов углекислого газа от угольных электростанций с использованием спутниковых наблюдений за совместно испускаемым диоксидом азота» (PDF) . Химия и физика атмосферы .
  24. ^ Комитет по выгодам НИОКР Министерства энергетики в области энергоэффективности и ископаемой энергии, NRC США (2001). Энергетические исследования в DOE: оно того стоило? Исследования энергоэффективности и ископаемых источников энергии с 1978 по 2000 годы . Национальная академия прессы. п. 174. ISBN 978-0-309-07448-3.
  25. ^ a b c d Нел, А. (6 мая 2005 г.). Заболевания, связанные с загрязнением воздуха: действие частиц. Наука, 308 (5723), 804-806.
  26. ^ a b c Grahame, T., & Schlesinger, R. (2007, 15 апреля). Влияние взвешенных в воздухе твердых частиц на здоровье: достаточно ли мы знаем, чтобы рассмотреть вопрос о регулировании конкретных типов или источников частиц ?. Ингаляционная токсикология, 19 (6–7), 457–481.
  27. ^ a b c Schobert, HH (2002). Энергия и общество. Нью-Йорк: Тейлор и Фрэнсис, 241–255.
  28. Перейти ↑ Freedman, Andrew (5 июля 2011 г.). «Новое исследование обвиняет в 10-летнем затишье в глобальном потеплении использование угля в Китае и загрязнение воздуха» . Вашингтон Пост . Архивировано 16 июля 2017 года . Проверено 29 октября 2018 года .
  29. ^ «Снижение затрат и отходов при очистке сточных вод десульфуризации дымовых газов» . Power Mag . Электроэнергия. Март 2017. Архивировано 7 апреля 2017 года . Проверено 6 апреля 2017 года .
  30. ^ a b c Сжигание угля: ядерный ресурс или опасность? Архивировано 5 февраля 2007 года в Wayback Machine Алексом Габбардом, ORNL Review, Summer / Fall 1993, Vol. 26, №№ 3 и 4.
  31. ^ Томпсон, Линда. «Остекловывание ядерных отходов» . PH240 - Осень 2010: Введение в физику энергии . Стэндфордский Университет. Архивировано 18 октября 2015 года . Проверено 10 августа 2014 .
  32. ^ Physics.ohio-state.edu архивации 27 марта 2009 в Wayback Machine
  33. ^ "Радиоактивные осадки Фукусимы приближаются к уровням Чернобыля" . Newscientist.com. Архивировано 26 марта 2011 года . Проверено 24 апреля 2011 года .
  34. ^ a b «Исследование участков угольной золы обнаруживает обширное загрязнение воды». Архивировано 29 августа 2010 г. на Wayback Machine McClatchy ; также находится в архиве: commondreams.org. Архивировано 28 августа 2010 г. в Wayback Machine.
  35. ^ a b Пресс-релиз EarthJustice, 16 сентября 2010 г., «Новый отчет - угольная зола связана с раком и другими недугами; угольные отходы отравляют сообщества в 34 штатах». Архивировано 19 сентября 2010 г. на Wayback Machine Earthjustice.org и « Врачи за социальную ответственность» , «Угольная зола: токсическая угроза для наших сообществ и окружающей среды». Архивировано 6 октября 2010 г., Wayback Machine 2010 г. 16 сентября, earthjustice.org
  36. ^ nytimes.com «Ртуть, обнаруженная в каждой протестированной рыбе, говорят ученые». Архивировано 29 декабря 2016 года в Wayback Machine New York Times , 19 августа 2009 года.
  37. ^ «Уголь для преобразования электростанции на биомассе» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 6 марта 2017 года . Проверено 31 июля 2019 года .
  38. ^ «Уголь к преобразованию биомассы Джорджией Пауэр» . Архивировано 3 декабря 2010 года . Проверено 26 апреля 2009 года .
  39. ↑ Преобразование угля в электростанцию, работающую на отходах. Архивировано 21 июля 2009 года на Wayback Machine.
  40. ^ «MHPS конвертирует голландскую ПГУ для работы на водороде» . Архивировано 3 мая 2019 года . Дата обращения 3 мая 2019 .
  41. ^ «Торрефикация биомассы иногда требуется при использовании биомассы в преобразованном FFPS» . Архивировано 29 ноября 2014 года . Проверено 24 ноября 2014 года .
  42. ^ Решение Siemens Gamesa с переключателем ETES
  43. ^ AustralianCoal.com.au Архивировано 7 декабря 2007 г. на Wayback Machine —Clean Coal Overview
  44. ^ Хансен, Джеймс (2009). Бури моих внуков . Лондон: Bloomsbury Publishing. п. 242. ISBN. 978-1-4088-0745-3.
  45. ^ «План по преобразованию Севера для работы на водороде» . Неделя коммунальных услуг . 30 ноября 2018. Архивировано 9 мая 2019 года . Дата обращения 9 мая 2019 .
  46. ^ "H-Vision: синий водород для зеленого будущего" . Газовый мир. Архивировано 9 мая 2019 года . Дата обращения 9 мая 2019 .
  47. ^ Природный газ в водород: риформинг природного газа
  48. ^ KITT / IASS - Производство водорода без CO2 из природного газа для использования в энергии
  49. ^ Реакция, которая навсегда даст нам чистое ископаемое топливо
  50. ^ Водород из метана без выбросов CO2
  51. ^ Полная стоимость электроэнергии (PDF) . Техасский университет в Остине. Апрель 2018. с. 11. Архивировано 10 мая 2019 года (PDF) . Дата обращения 10 мая 2019 .

Библиография [ править ]

  • Steam: его создание и использование (2005). 41-е издание, компания Babcock & Wilcox, ISBN 0-9634570-0-4 
  • Эксплуатация паровой установки (2011 г.). 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 электростанции с низким уровнем выбросов и высокой эффективностью (2012 г.). 2-е издание. Филип Киаме, McGraw-Hill Professional, ISBN 978-0-07-177227-3 
  • Стандартный справочник по энергетической технике (1997). 2-е издание, Томас Эллиотт, Као Чен, Роберт Суонекамп (соавторы), McGraw-Hill Professional, ISBN 0-07-019435-1 

Внешние ссылки [ править ]

  • Обычная угольная электростанция
  • Большие промышленные градирни
  • Угольная энергетика более смертоносна, чем ядерная
  • «Должны мы пострадать от дыма» , май 1949 г., научно-популярная статья о первых методах очистки выбросов угольных электростанций.
  • Новости газовой электростанции из журнала "Энергетика"