Мировая выработка электроэнергии по источникам в 2021 году . 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 на ископаемом топливе имеют оборудование для преобразования тепловой энергии сгорания в механическую энергию , которая затем приводит в действие электрический генератор . Первичным двигателем может быть паровая турбина , газовая турбина или, на небольших заводах, поршневой газовый двигатель . Все заводы используют энергию, извлеченную из расширения горячего газа, либо пара, либо дымовых газов. Хотя существуют различные методы преобразования энергии, все методы преобразования тепловой электростанции имеют свою эффективность, ограниченную эффективностью Карно , и поэтому производят отработанное тепло .
Электростанции на ископаемом топливе обеспечивают большую часть электроэнергии , используемой в мире. Некоторые электростанции на ископаемом топливе предназначены для непрерывной работы в качестве базовых электростанций , в то время как другие используются в качестве пиковых . Однако, начиная с 2010-х годов, во многих странах электростанции, предназначенные для базовых поставок, эксплуатируются как диспетчерская генерация , чтобы сбалансировать растущую генерацию переменной возобновляемой энергии . [2]
Побочные продукты работы электростанций на ископаемом топливе должны учитываться 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 летучую золу . Обычно весь углекислый газ и некоторые другие загрязняющие вещества выбрасываются в воздух. Твердые отходы золы из угольных котлов также должны удаляться.
Электростанции, работающие на ископаемом топливе, являются основными источниками выбросов углекислого газа (CO2 ) , парникового газа , который вносит основной вклад в глобальное потепление . Результаты недавнего исследования [3] показывают, что чистый доход , доступный акционерам крупных компаний, может значительно сократиться за счет ответственности за выбросы парниковых газов , связанной только со стихийными бедствиями в Соединенных Штатах от одной угольной электростанции. Однако по состоянию на 2015 год в Соединенных Штатах не было ни одного такого дела, по которому были присуждены компенсации за ущерб. На единицу электроэнергии бурый уголь выделяет почти в два раза больше CO2 , чем природный газ, а черный уголь выделяет несколько меньше, чем бурый. По состоянию на 2019 год [обновлять]улавливание и хранение выбросов углерода экономически невыгодно для электростанций, работающих на ископаемом топливе, [4] и удержание глобального потепления ниже 1,5 °C все еще возможно, но только если больше не будут строиться электростанции, работающие на ископаемом топливе, а некоторые существующие электростанции, работающие на ископаемом топливе, будут закрыты раньше, вместе с другими мерами, такими как лесовосстановление . [5] [6]
На электростанции, работающей на ископаемом топливе, химическая энергия, хранящаяся в ископаемом топливе, таком как уголь, мазут, природный газ или горючий 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, индивидуально спроектированную систему. Несколько генерирующих блоков могут быть построены на одной площадке для более эффективного использования земли , природных ресурсов и рабочей силы . Большинство тепловых электростанций в мире используют ископаемое топливо, превосходя по численности ядерные , геотермальные , биомассовые или концентрированные солнечные электростанции .
Второй закон термодинамики гласит, что любой замкнутый цикл может преобразовать только часть тепла, произведенного во время сгорания, в механическую работу . Остальная часть тепла, называемая отработанным теплом , должна быть сброшена в более холодную среду во время возвратной части цикла. Доля тепла, сброшенная в более холодную среду, должна быть равна или больше отношения абсолютных температур системы охлаждения (окружающей среды) и источника тепла (печи сгорания). Повышение температуры печи повышает эффективность, но усложняет конструкцию, в первую очередь за счет выбора сплавов, используемых для строительства, что делает печь более дорогой. Отработанное тепло не может быть преобразовано 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 .
Типичная тепловая эффективность для электрогенераторов коммунального масштаба составляет около 37% для угольных и нефтяных установок [7] и 56–60% (LEV) для газовых установок с комбинированным циклом . Установки, разработанные для достижения пиковой эффективности при работе на полной мощности, будут менее эффективными при работе вне проектных значений (т. е. при слишком низких температурах.) [8]
Практические станции на ископаемом топливе, работающие как тепловые двигатели, не могут превысить предел цикла Карно для преобразования тепловой энергии в полезную работу. Топливные элементы не имеют тех же термодинамических пределов, поскольку они не являются тепловыми двигателями.
Эффективность электростанции, работающей на ископаемом топливе, можно выразить как ее тепловую мощность , выраженную в БТЕ/киловатт-час или мегаджоулях/киловатт-час.
В паротурбинной электростанции топливо сжигается в печи, а горячие газы проходят через котел. Вода преобразуется в пар в котле; для перегрева пара могут быть включены дополнительные ступени нагрева. Горячий пар направляется через регулирующие клапаны в турбину. По мере того, как пар расширяется и охлаждается, его энергия передается лопаткам турбины, которые вращают генератор. Отработанный пар имеет очень низкое давление и энергосодержание; этот водяной пар подается через конденсатор, который отводит тепло от пара. Затем сконденсированная вода закачивается в котел для повторения цикла.
Выбросы от котла включают углекислый газ, оксиды серы, а в случае угля — летучую золу из негорючих веществ в топливе. Отработанное тепло от конденсатора передается либо в воздух, либо иногда в охлаждающий пруд, озеро или реку.
Один из типов электростанций на ископаемом топливе использует газовую турбину в сочетании с парогенератором-утилизатором (HRSG). Это называется электростанцией комбинированного цикла , поскольку она сочетает цикл Брайтона газовой турбины с циклом Ренкина HRSG. Турбины работают либо на природном газе, либо на мазуте.
Дизельные генераторные установки часто [ требуется ссылка ] используются для основного питания в сообществах, не подключенных к широко распространенной электросети. Аварийные (резервные) системы питания могут использовать поршневые двигатели внутреннего сгорания, работающие на мазуте или природном газе. Резервные генераторы могут служить в качестве аварийного питания для завода или центра обработки данных, или также могут работать параллельно с местной коммунальной системой для снижения пиковой нагрузки на электроэнергию от коммунальной системы. Дизельные двигатели могут создавать высокий крутящий момент при относительно низких скоростях вращения, что обычно желательно при работе генератора , но дизельное топливо при длительном хранении может быть подвержено проблемам, вызванным накоплением воды и химическим разложением . Редко используемые генераторные установки могут соответственно устанавливаться на природном газе или сжиженном нефтяном газе, чтобы минимизировать требования к техническому обслуживанию топливной системы.
Двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающие на 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 возобновляемом топливе или промышленном отходящем тепле. Установки двигателей Стирлинга для производства электроэнергии относительно редки.
Исторически 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 в обслуживании центральных станций.
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, работа угольной электростанции мощностью 1000 МВт приводит к дозе ядерного облучения 490 человеко-бэр/год по сравнению с 136 человеко-бэр/год для эквивалентной атомной электростанции, включая добычу урана, работу реактора и утилизацию отходов. [9]
Уголь доставляется автодорожным транспортом , железной дорогой , баржами , угольными судами или угольным пульпопроводом . Электростанции, расположенные рядом с шахтой, могут получать уголь по конвейерной ленте или с помощью огромных дизель-электрических грузовиков . Уголь обычно подготавливается к использованию путем дробления необработанного угля на куски размером менее 2 дюймов (5 см).
Газ является очень распространенным видом топлива и в основном заменил уголь в странах, где газ был обнаружен в конце 20-го века или начале 21-го века, таких как США и Великобритания. Иногда угольные паровые электростанции переоборудуются для использования природного газа, чтобы сократить чистые выбросы углекислого газа. Нефтяные электростанции могут быть переведены на природный газ, чтобы снизить эксплуатационные расходы.
Тяжелое топливо когда-то было важным источником энергии для выработки электроэнергии. После повышения цен на нефть в 1970-х годах нефть была вытеснена углем, а позднее природным газом. Дистиллятное масло по-прежнему важно как источник топлива для дизельных электростанций, используемых, особенно в изолированных населенных пунктах, не подключенных к сети. Жидкое топливо также может использоваться газотурбинными электростанциями, особенно для пиковых нагрузок или аварийного обслуживания. Из трех источников ископаемого топлива нефть имеет преимущества в виде более легкой транспортировки и обработки, чем твердый уголь, и более легкого хранения на месте, чем природный газ.
Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), также известное как когенерация , представляет собой использование тепловой электростанции для обеспечения как электроэнергии, так и тепла (последнее используется, например, для целей централизованного теплоснабжения ). Эта технология применяется не только для бытового отопления (низкотемпературного), но и для промышленного технологического тепла, которое часто является высокотемпературным теплом. Расчеты показывают, что комбинированное производство тепла и электроэнергии в централизованном теплоснабжении (CHPDH) является самым дешевым методом сокращения (но не устранения) выбросов углерода, если обычные ископаемые виды топлива по-прежнему сжигаются. [10] [ ненадежный источник? ]
Тепловые электростанции являются одним из основных искусственных источников производства токсичных газов и твердых частиц . Электростанции на ископаемом топливе вызывают выбросы загрязняющих веществ, таких как NO x , SO x , CO 2 , CO, PM, органические газы и полициклические ароматические углеводороды. [12] Всемирные организации и международные агентства, такие как МЭА, обеспокоены воздействием на окружающую среду сжигания ископаемого топлива , и угля в частности. Сжигание угля вносит наибольший вклад в кислотные дожди и загрязнение воздуха , и было связано с глобальным потеплением . Из-за химического состава угля возникают трудности с удалением примесей из твердого топлива до его сжигания. Современные угольные электростанции загрязняют окружающую среду меньше, чем старые конструкции, благодаря новым технологиям « скрубберов », которые фильтруют отработанный воздух в дымовых трубах. Однако уровни выбросов различных загрязняющих веществ по-прежнему 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 в воздух таких газов, как углекислый газ, оксиды азота и диоксид серы , а также значительного объема сточных вод, которые могут содержать свинец , ртуть , кадмий и хром , а также мышьяк , селен и соединения азота ( нитраты и нитриты ). [13]
Кислотные дожди вызываются выбросами оксидов азота и диоксида серы . Эти газы сами по себе могут быть лишь слегка кислотными, 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 более строгие законы о выбросах и спад в тяжелой промышленности снизили экологическую опасность, 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]
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. [16]
Уголь содержит больше углерода, чем нефть или ископаемое топливо природного газа, что приводит к большим объемам выбросов углекислого газа на единицу вырабатываемой электроэнергии. В 2010 году уголь обеспечил около 81% выбросов CO2 от генерации и обеспечил около 45% электроэнергии, вырабатываемой в Соединенных Штатах. [17] В 2000 году интенсивность выбросов углерода (выбросы CO2 ) при сжигании угля в США составляла 2249 фунтов/МВт·ч (1029 кг/МВт·ч) [18] , в то время как интенсивность выбросов углерода при выработке нефти в США составляла 1672 фунта/МВт·ч (758 кг/МВт·ч или 211 кг/ ГДж ) [19] , а интенсивность выбросов углерода при выработке природного газа в США составляла 1135 фунтов/МВт·ч (515 кг/МВт·ч или 143 кг/ГДж). [20]
Межправительственная группа экспертов по изменению климата ( МГЭИК ) сообщает, что увеличение количества парникового газа диоксида углерода в атмосфере «весьма вероятно» приведет к повышению средней температуры в глобальном масштабе ( глобальное потепление ). Опасения относительно возможности такого потепления изменить глобальный климат побудили МГЭИК дать рекомендации, призывающие к значительному сокращению выбросов CO2 во всем мире. [21]
Выбросы можно сократить за счет более высоких температур сгорания, что обеспечивает более эффективное производство электроэнергии в цикле. По состоянию на 2019 год [обновлять]стоимость выбросов CO2 в атмосферу намного ниже стоимости добавления улавливания и хранения углерода (CCS) на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, поэтому владельцы этого не сделали. [4]
Выбросы CO 2 от электростанции, работающей на ископаемом топливе, можно оценить по следующей формуле: [22]
Выбросы CO 2 = мощность x коэффициент мощности x мощность тепла x интенсивность выбросов x время
где «мощность» — это « заводская мощность » или максимально допустимая мощность установки, « коэффициент мощности » или «коэффициент нагрузки» — это мера количества энергии, которую производит установка, по сравнению с количеством, которое она производила бы при непрерывной работе на номинальной мощности, удельный расход тепла — это отношение потребляемой тепловой энергии к потребляемой электрической энергии, интенсивность выбросов (также называемая коэффициентом выбросов ) — это количество CO2 , выбрасываемое на единицу вырабатываемого тепла для определенного топлива.
Например, годовые выбросы CO2 новой сверхкритической электростанции мощностью 1500 МВт, работающей на буром угле и работающей в среднем на половину своей мощности, могут оцениваться следующим образом:
= 1500 МВт x 0,5 x 100/40 x 101000 кг/ТДж x 1год
= 1500 МДж/с x 0,5 x 2,5 x 0,101 кг/МДж x 365x24x60x60с
= 1,5x10 3 x 5x10 −1 x 2,5 x 1,01 −1 x 3,1536x10 7 кг
= 59,7 x10 3-1-1+7 кг
= 5,97 Мт
Таким образом, электростанция, о которой идет речь, оценивается в 6 мегатонн выбросов углекислого газа в год. Результаты подобных оценок картируются 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]
Другая проблема, связанная со сжиганием угля, — это выбросы твердых частиц , которые оказывают серьезное влияние на здоровье населения. Электростанции удаляют твердые частицы из дымового газа с помощью рукавного фильтра или электростатического осадителя . Несколько новых электростанций, сжигающих уголь, используют другой процесс — комбинированный цикл комплексной газификации , в котором синтез-газ производится из реакции между углем и водой. Синтез-газ обрабатывается для удаления большинства загрязняющих веществ, а затем первоначально используется для питания газовых турбин. Затем горячие выхлопные газы из газовых турбин используются для генерации пара для питания паровой турбины. Уровни загрязнения таких электростанций значительно ниже, чем у «классических» угольных электростанций. [24]
Твердые частицы от угольных электростанций могут быть вредными и оказывать негативное воздействие на здоровье. 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 газообменом. [25]
Существуют различные типы твердых частиц, в зависимости от химического состава и размера. Доминирующей формой твердых частиц от угольных электростанций является угольная летучая зола , но вторичные сульфаты и нитраты также составляют большую часть твердых частиц от угольных электростанций. [26] Угольная летучая зола — это то, что остается после сжигания угля, поэтому она состоит из негорючих материалов, которые находятся в угле. [27]
Размер и химический состав этих частиц влияют на воздействие на здоровье человека. [25] [26] В настоящее время крупные (диаметром более 2,5 мкм) и мелкие (диаметром от 0,1 мкм до 2,5 мкм) частицы регулируются, но сверхтонкие частицы (диаметром менее 0,1 мкм) в настоящее время не регулируются, хотя они представляют много 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, помогающих сократить выбросы твердых частиц от угольных электростанций. Примерно 80% золы попадает в зольный бункер, но остальная часть золы затем выбрасывается в атмосферу и становится угольной летучей золой. [27] Методы сокращения этих выбросов твердых частиц включают:
В рукавном фильтре имеется фильтр тонкой очистки, который собирает частицы золы, электростатические осадители 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, могли вызвать 10-летнее затишье в глобальном потеплении (1998-2008). [28]
Электростанции на ископаемом топливе, особенно угольные, являются основным источником промышленных сточных вод . Потоки сточных вод включают десульфуризацию дымовых газов, летучую золу, зольный остаток и контроль ртути в дымовых газах. Заводы с контролем загрязнения воздуха, такие как мокрые скрубберы, обычно передают уловленные загрязняющие вещества в поток сточных вод. [13]
Золоотстойники , тип поверхностного водохранилища, являются широко используемой технологией очистки на угольных электростанциях. Эти пруды используют гравитацию для осаждения крупных частиц (измеренных как общее количество взвешенных твердых частиц ) 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, замкнутая переработка золы, химическое осаждение, биологическая очистка (например, процесс с использованием активированного ила), мембранные системы и системы испарения-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 систем электродиализа позволили обеспечить высокоэффективную очистку сточных вод десульфуризации дымовых газов для соответствия обновленным предельным значениям сброса Агентства по охране окружающей среды. [29]
Уголь — это осадочная порода, образованная в основном из накопленного растительного материала, и он включает в себя множество неорганических минералов и элементов, которые были отложены 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 малых следовых примесей, сжигается достаточно угля, чтобы высвобождались значительные количества этих веществ. Электростанция, работающая на угле мощностью 1000 МВт, может иметь неконтролируемый выброс до 5,2 метрических тонн в год урана (содержащего 74 фунта (34 кг) урана-235 ) и 12,8 метрических тонн в год тория. [30] Для сравнения, атомная станция мощностью 1000 МВт будет генерировать около 30 метрических тонн высокоактивных твердых упакованных отходов в год. [31] По оценкам, в 1982 году сжигание угля в США высвободило в атмосферу в 155 раз больше неконтролируемой радиоактивности, чем инцидент на Три-Майл-Айленде . [32] Общая радиоактивность, образовавшаяся 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] Во время нормальной работы эффективный эквивалент дозы от угольных электростанций в 100 раз больше, чем от атомных электростанций. [30] Однако нормальная работа является обманчивой отправной точкой для сравнения: только в результате чернобыльской ядерной катастрофы было выброшено, по оценкам, 1,76 ЭБк. [33] радиоактивности, что на порядок превышает это значение для общих выбросов от всего сжигаемого угля в течение столетия, в то время как йод-131, основное радиоактивное вещество, которое выделяется в аварийных ситуациях, имеет период полураспада всего 8 дней.
Исследование, опубликованное в августе 2010 года, в котором были изучены данные о загрязнении в Соединенных Штатах организациями Environmental Integrity Project , Sierra Club и Earthjustice, показало, что угольная зола, производимая угольными электростанциями, сбрасываемая на площадках в 21 штате США, загрязняет грунтовые воды токсичными элементами. Загрязнители включают яды мышьяк и свинец . Исследование пришло к выводу, что проблема загрязнения воды угольной золой в Соединенных Штатах еще более обширна, чем предполагалось. Исследование довело до 137 количество участков грунтовых вод в Соединенных Штатах, которые загрязнены угольной золой, производимой электростанциями. [34]
Было показано, что мышьяк вызывает рак кожи , рак мочевого пузыря и рак легких , а свинец повреждает нервную систему . [35] Загрязнители угольной золы также связаны с респираторными заболеваниями и другими проблемами со здоровьем и развитием, а также нарушают местную водную жизнь. [34] Угольная зола также выбрасывает в окружающий воздух различные токсичные загрязняющие вещества, представляя угрозу здоровью тех, кто вдыхает сдуваемую угольную пыль. [35]
Ученые правительства США проверили рыбу в 291 ручье по всей стране на предмет загрязнения ртутью . Они обнаружили ртуть в каждой проверенной рыбе, согласно исследованию Министерства внутренних дел США . Они обнаружили ртуть даже в рыбе из изолированных сельских водоемов. Двадцать пять процентов проверенной рыбы имели уровни ртути выше безопасных уровней, определенных Агентством по охране окружающей среды США (EPA) для людей, которые регулярно едят рыбу. Крупнейшим источником загрязнения ртутью в Соединенных Штатах являются выбросы угольных электростанций. [36]
Существует несколько методов снижения загрязнения и сокращения или устранения выбросов углерода электростанциями, работающими на ископаемом топливе. Часто используемый и экономически эффективный метод — перевести установку на работу на другом топливе. Это включает в себя переоборудование угольных электростанций на энергетические культуры /биомассу или отходы [37] [38] [39] и переоборудование электростанций, работающих на природном газе, на биогаз или водород. [40] Переоборудование угольных электростанций в электростанции, работающие на отходах, имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что оно может сократить захоронение отходов . Кроме того, электростанции, работающие на отходах, могут быть оснащены системой рекуперации материалов, что также полезно для окружающей среды. В некоторых случаях торрефикация биомассы может принести пользу электростанции, если энергетические культуры/биомасса являются материалом, который будет использовать переоборудованная электростанция, работающая 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 сократить выбросы.
Помимо простого перехода на другой вид топлива, некоторые компании также предлагают возможность переоборудовать существующие электростанции, работающие на ископаемом топливе, в сетевые системы хранения энергии , использующие электротепловые накопители энергии (ETES) [42]
Смягчение загрязнения углем — это процесс, при котором уголь химически промывается от минералов и примесей, иногда газифицируется , сжигается, а полученные дымовые газы обрабатываются паром с целью удаления диоксида серы и повторно сжигаются, чтобы сделать диоксид углерода в дымовом газе экономически [ требуется ссылка ] извлекаемым и хранимым под землей (последнее называется «улавливанием и хранением углерода»). Угольная промышленность использует термин «чистый уголь» для описания технологий, разработанных для повышения как эффективности, так и экологической приемлемости добычи, подготовки и использования угля, [43] но не установила никаких конкретных количественных ограничений на какие-либо выбросы, особенно диоксида углерода. В то время как загрязняющие вещества, такие как сера или ртуть, могут быть удалены из угля, углерод не может быть эффективно удален, оставляя при этом пригодное для использования топливо, а чистые угольные электростанции без секвестрации и хранения углерода не снижают значительно выбросы диоксида углерода. 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 CO2 » . В своей книге «Штормы моих внуков » Хансен аналогичным образом обсуждает свою Декларацию по управлению , первый принцип которой требует «введения моратория на угольные электростанции, которые не улавливают и не изолируют углекислый газ». [44]
Газовые электростанции также могут быть модифицированы для работы на водороде . [45] Водород может быть сначала получен из природного газа путем паровой конверсии , как шаг к водородной экономике , таким образом, в конечном итоге сокращая выбросы углерода. [46] [47]
С 2013 года процесс преобразования был улучшен учеными из Лаборатории жидких металлов Карлсруэ (KALLA), используя процесс, называемый пиролизом метана . [48] Им удалось сделать возможным легкое удаление сажи (сажа является побочным продуктом процесса и в прошлом повреждала рабочие детали - в первую очередь никель-железо-кобальтовый катализатор-). [49] [50] Сажа (которая содержит углерод) затем может храниться под землей и не выбрасываться в атмосферу.
По состоянию на 2019 год [обновлять]все еще есть шанс удержать глобальное потепление ниже 1,5 °C, если больше не будут строиться электростанции на ископаемом топливе, а некоторые существующие электростанции на ископаемом топливе будут закрыты раньше, вместе с другими мерами, такими как лесовосстановление . [5] Альтернативы электростанциям на ископаемом топливе включают атомную энергетику , солнечную энергетику , геотермальную энергетику , ветровую энергетику , гидроэнергетику , электростанции на биомассе и другие возобновляемые источники энергии (см. неуглеродная экономика ). Большинство из них являются проверенными технологиями в промышленных масштабах, но другие все еще находятся в форме прототипа.
Некоторые страны включают только стоимость производства электроэнергии и не принимают во внимание социальную стоимость углерода или косвенные издержки, связанные с многочисленными загрязняющими веществами, образующимися при сжигании угля (например, увеличение числа госпитализаций из-за респираторных заболеваний, вызванных мелкими частицами дыма). [51]
При сравнении затрат на электростанции принято [ уточнение необходимо ] начинать с расчета стоимости электроэнергии на терминалах генератора, учитывая несколько основных факторов. Внешние затраты, такие как затраты на подключение, влияние каждой электростанции на распределительную сеть, рассматриваются отдельно как дополнительные затраты к расчетной стоимости электроэнергии на терминалах.
Первоначальными факторами, которые следует учитывать, являются:
Эти затраты возникают в течение 30–50 лет [ необходимо разъяснение ] срока службы электростанций, работающих на ископаемом топливе, с использованием дисконтированных денежных потоков .
