Мировое производство электроэнергии по источникам в 2021 году (общая выработка составила 28 петаватт-часов ) [1]
Газовая электростанция , иногда называемая газовой электростанцией , электростанцией на природном газе или электростанцией на метане , представляет собой теплоэлектростанцию , которая сжигает природный газ для выработки электроэнергии . Газовые электростанции производят почти четверть мировой электроэнергии и являются значительными источниками выбросов парниковых газов . [2] Тем не менее, они могут обеспечить сезонное, управляемое производство энергии, чтобы компенсировать переменный дефицит возобновляемой энергии там, где гидроэнергетика или межсетевые соединения недоступны. В начале 2020-х годов аккумуляторы стали конкурировать с газопереходными установками . [3]
Газовая электростанция — это тип электростанции, работающей на ископаемом топливе , в которой химическая энергия, запасенная в природном газе, которым в основном является метан , последовательно преобразуется в: тепловую энергию , механическую энергию и, наконец, электрическую энергию . Хотя они не могут превысить предел цикла Карно для преобразования тепловой энергии в полезную работу, избыточное тепло (т.е. разница между израсходованной химической энергией и произведенной полезной работой) может использоваться в когенерационных установках для отопления зданий, для производства горячей воды. или для нагрева материалов в промышленных масштабах.
В газовой турбине простого цикла, также известной как газовая турбина открытого цикла (OCGT), горячий газ приводит в движение газовую турбину для выработки электроэнергии. Этот тип электростанции относительно дешев в строительстве и может запускаться очень быстро, но из-за ее более низкой эффективности она работает максимум несколько часов в день в качестве пиковой электростанции . [4]
Электростанции с ПГУ состоят из газовых турбин простого цикла, использующих цикл Брайтона , за которыми следуют парогенератор-утилизатор и паровая турбина , использующая цикл Ренкина . Наиболее распространенная конфигурация — две газовые турбины, поддерживающие одну паровую турбину. [5] Они более эффективны, чем установки с простым циклом, и могут достигать эффективности до 55% и времени отправки около получаса. [6]
Поршневые двигатели внутреннего сгорания, как правило, имеют мощность менее 20 МВт (то есть намного меньше, чем другие типы генераторов электроэнергии, работающих на природном газе) и обычно используются для аварийного электроснабжения или для баланса переменных возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнечная энергия. [7]
В общей сложности газовые электростанции выбрасывают около 450 граммов (1 фунт) CO 2 на киловатт-час произведенной электроэнергии. [8] [9] Это примерно вдвое меньше, чем у угольных электростанций , но намного больше, чем у атомных электростанций и возобновляемых источников энергии . [8] На выбросы в течение жизненного цикла газовых электростанций могут влиять выбросы метана, например, в результате утечек газа . [10]
Очень немногие электростанции имеют улавливание и хранение углерода или улавливание и утилизацию углерода . [11]
Газовые электростанции могут быть модифицированы для работы на водороде [12] , и, по мнению General Electric, более экономически выгодным вариантом, чем CCS, было бы использование все большего и большего количества водорода в топливе для газовых турбин. [13] Водород можно сначала получить из природного газа посредством парового риформинга или путем нагревания для осаждения углерода, что является шагом на пути к водородной экономике , что в конечном итоге приведет к сокращению выбросов углерода. [14]
Иногда новая аккумуляторная электростанция вместе с солнечной или ветровой энергией в долгосрочной перспективе обходится дешевле, чем строительство нового газового завода, поскольку газовый завод рискует стать бесполезным активом . [15]
По состоянию на 2019 год [обновлять]несколько газовых электростанций выводятся из эксплуатации, поскольку они не могут останавливаться и запускаться достаточно быстро. [16] Однако, несмотря на снижение стоимости переменной возобновляемой энергии, большинство существующих газовых электростанций остаются прибыльными, особенно в странах, где нет цены на выбросы углерода , из-за их диспетчерского производства и потому, что цены на сланцевый газ и сжиженный природный газ упали с тех пор, как они были построен. [17] Даже в странах с ценой на выбросы углерода, таких как ЕС, существующие газовые электростанции остаются экономически жизнеспособными, отчасти из-за растущих ограничений на угольную электроэнергию из-за ее загрязнения. [18]
Даже при замене угольной энергетики решение о строительстве новой электростанции может оказаться спорным. [19]
Недавно построенная береговая ветряная турбина производит около девяти граммов CO2 на каждый киловатт-час (кВтч), который она генерирует... новая морская электростанция в море выбрасывает семь граммов CO2 на кВтч... солнечные электростанции выбрасывают в атмосферу 33 грамма CO2 на каждый произведенный кВтч... природный газ производит 442 грамма CO2 на кВтч, электроэнергия из каменного угля - 864 грамма, а электроэнергия из бурого угля - 1034 грамма... На атомную энергетику приходится около 117 граммов CO2 на кВтч, учитывая выбросы, вызванные добычей урана, а также строительством и эксплуатацией ядерных реакторов.