Газовая электростанция , иногда называемая газовой электростанцией , электростанцией на природном газе или электростанцией на метановом газе , представляет собой тепловую электростанцию , сжигающую природный газ для выработки электроэнергии . Газовые электростанции вырабатывают почти четверть мировой электроэнергии и являются значительными источниками выбросов парниковых газов . [1] Однако они могут обеспечивать сезонную, диспетчерскую генерацию энергии для компенсации переменного дефицита возобновляемой энергии , когда гидроэнергетика или соединительные линии недоступны. В начале 2020-х годов аккумуляторные батареи стали конкурентоспособными с газовыми пиковыми установками . [2]
Газовая электростанция — это тип электростанции, работающей на ископаемом топливе , в которой химическая энергия, хранящаяся в природном газе, который в основном является метаном , 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 использованной химической энергией и произведенной полезной работой, может быть использовано в когенерационных установках для отопления зданий, для производства горячей воды или для нагрева материалов в промышленных масштабах.
В простом цикле газовой турбины, также известной как газовая турбина открытого цикла (OCGT), горячий газ приводит в действие газовую турбину для выработки электроэнергии. Этот тип установки относительно дешев в строительстве и может быть запущен очень быстро, но из-за своей низкой эффективности работает максимум несколько часов в день в качестве пиковой электростанции . [3]
Электростанции CCGT состоят из газовых турбин простого цикла, которые используют цикл Брайтона , за которыми следует парогенератор с рекуперацией тепла и паровая турбина , которые используют цикл Ренкина . Наиболее распространенная конфигурация — две газовые турбины, поддерживающие одну паровую турбину. [4] Они более эффективны, чем установки простого цикла, и могут достигать эффективности до 55% и времени отправки около получаса. [5]
Поршневые двигатели внутреннего сгорания, как правило, имеют мощность менее 20 МВт, что намного меньше, чем у других типов генераторов электроэнергии, работающих на природном газе, и обычно используются для аварийного питания или для балансировки переменной возобновляемой энергии, такой как ветер и солнце. [6]
В общей сложности газовые электростанции выбрасывают около 450 граммов (1 фунт) CO2 на киловатт-час вырабатываемой электроэнергии. [ 7] [8] Это примерно вдвое меньше, чем у угольных электростанций , но намного больше, чем у атомных электростанций и возобновляемых источников энергии . [7] На выбросы в течение жизненного цикла газовых электростанций могут влиять выбросы метана , например, из-за утечек газа . [9]
Очень немногие электростанции имеют системы улавливания и хранения углерода . [10]
Газовые электростанции можно модифицировать для работы на водороде , [11] и, по данным General Electric, более экономически выгодным вариантом, чем CCS, было бы использование все большего количества водорода в топливе для газовых турбин. [12] Водород можно сначала получить из природного газа путем паровой конверсии или путем нагревания для осаждения углерода, как шаг к водородной экономике , таким образом, в конечном итоге сокращая выбросы углерода. [13] Однако другие считают, что низкоуглеродистый водород (такой как природный водород ) следует использовать для вещей, которые сложнее декарбонизировать , например, для производства удобрений , поэтому его может быть недостаточно для выработки электроэнергии. [14]
Иногда новая электростанция с аккумуляторными батареями 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] Несмотря на падающую стоимость переменной возобновляемой энергии, большинство существующих газовых электростанций остаются прибыльными, особенно в странах без цены на углерод , из-за их диспетчерской генерации и потому, что цены на сланцевый газ и сжиженный природный газ упали с момента их строительства. [17] Даже в местах с ценой на углерод, таких как ЕС, существующие газовые электростанции остаются экономически жизнеспособными, отчасти из-за растущих ограничений на угольную электростанцию из-за ее загрязнения. [18]
Даже при замене угольной энергетики решение о строительстве новой электростанции может оказаться спорным. [19]
построенная наземная ветровая турбина производит около девяти граммов CO2 на каждый киловатт-час (кВт·ч), который она вырабатывает... новая морская электростанция в море выбрасывает семь граммов CO2 на кВт·ч... солнечные электростанции выбрасывают 33 грамма CO2 на каждый вырабатываемый кВт·ч... природный газ производит 442 грамма CO2 на кВт·ч, электроэнергия из каменного угля — 864 грамма, а электроэнергия из лигнита или бурого угля — 1034 грамма... на ядерную энергетику приходится около 117 граммов CO2 на кВт·ч, учитывая выбросы, вызванные добычей урана, а также строительством и эксплуатацией ядерных реакторов.