Hiilivoimala - Coal-fired power station
Hiili-voimalaitoksen tai voimalaitos on lämpövoimalaitos , joka polttaa hiilen ja tuottaa sähköä . Maailmassa on noin 8500 hiilivoimalaitosta, joiden kapasiteetti on yli 2000 gigawattia, noin kolmannes maailman sähköstä .
Hiilivoimala on eräänlainen fossiilisten polttoaineiden voimala . Hiili yleensä jauhetaan ja poltetaan sitten jauhetussa hiilikattilassa . Uunin lämpö muuntaa kattilan veden höyryä , joka sitten käytetään spin turbiinit , jotka puolestaan generaattorit . Näin hiileen varastoitu kemiallinen energia muuttuu peräkkäin lämpöenergiaksi , mekaaniseksi energiaksi ja lopulta sähköenergiaksi .
Hiilivoimaloita voimalaitosten säteilevät yli 10 Gt on hiilidioksidia vuosittain noin viidennes maailman kasvihuonekaasupäästöistä , niin ovat suurin yksittäinen syy ilmastonmuutokseen . Yli puolet maailman hiilivoimalla tuotetusta sähköstä tuotetaan Kiinassa. Vuonna 2020 tehtaiden kokonaismäärä alkoi laskea, kun ne jäävät eläkkeelle Euroopassa ja Amerikassa, vaikka niitä rakennetaan edelleen Aasiassa, lähes kaikki Kiinassa. Jotkut ovat edelleen kannattavia, koska kivihiiliteollisuuden terveys- ja ympäristövaikutuksista johtuvia kustannuksia muille ihmisille ei ole hinnoiteltu tuotantokustannuksiin, mutta on olemassa vaara, että uusista laitoksista voi tulla pulaa . YK: n pääsihteeri on sanonut, että OECD- maiden olisi lopettaa tuottavan sähköä hiilestä vuoteen 2030 mennessä, ja muualla maailmassa vuoteen 2040 mennessä.
Operaatio
Tyypiksi lämpövoimalan , hiili-voimalaitoksen muuntaa kemiallista energiaa varastoidaan hiilen peräkkäisesti lämpöenergian , mekaanisen energian ja lopuksi sähköenergian . Hiili yleensä jauhetaan ja poltetaan sitten jauhetussa hiilikattilassa . Lämpö palavasta jauhetun hiilen muuntaa kattilan veden höyryä , joka sitten käytetään spin turbiinit , jotka puolestaan generaattorit . Verrattuna muita polttoainetyyppejä polttavaan lämpövoimalaan tarvitaan hiilikohtaista polttoaineen käsittelyä ja tuhkan hävittämistä.
Yli 200 MW: n yksiköissä keskeisten komponenttien redundanssi saadaan aikaan asentamalla kaksoiskappaleet pakotetuista ja indusoiduista tuulettimista, ilman esilämmittimistä ja lentotuhkankeräimistä. Joissakin noin 60 MW: n yksiköissä voidaan sen sijaan toimittaa kaksi kattilaa yksikköä kohti. Luettelo hiilivoimaloista on 200 suurin voimalaitokset, joiden koko vaihtelee 2,000MW ja 5,500MW.
Polttoaineen käsittely
Kivihiili valmistetaan käyttöön murskaamalla karkea hiili alle 5 cm: n paloiksi. Hiili siirretään sitten varastosäiliöstä telakan valmistuksenaikaisten varastointi siiloissa kuljetushihnojen nopeuksilla jopa 4000 tonnia tunnissa.
Laitoksissa, jotka polttavat jauhettua hiiltä, siilot syöttävät hiiltä jauhettimille (kivimyllyille), jotka ottavat suuret 5 cm: n kappaleet, jauhavat ne talkkijauheen sakeuteen , lajittelevat ne ja sekoittavat ne primääripolttoilmaan, joka kuljettaa hiilen kattilauunin ja esilämmittää hiilen ylimääräisen kosteuden poistamiseksi. 500 MW e kasvi voi olla kuusi tällaista pulveroijien joista viisi voi toimittaa kivihiiltä uuniin 250 tonnia tunnissa täydellä kuormituksella.
Laitoksissa, jotka eivät polta jauhettua hiiltä, suuret 5 cm: n kappaleet voidaan syöttää suoraan siiloihin, jotka sitten syöttävät joko mekaanisia jakajia, jotka pudottavat hiilen liikkuvalle arinalle, tai syklonipolttimia , erityistä polttolaitetta, joka voi polttaa tehokkaasti suurempia kappaletta polttoainetta.
Kattilan toiminta
Ruskohiilelle (ruskohiilelle) suunniteltuja kasveja käytetään niin vaihtelevissa paikoissa kuin Saksa , Victoria , Australia ja Pohjois -Dakota . Ruskohiili on paljon nuorempi hiilen muoto kuin musta hiili. Sen energiatiheys on pienempi kuin mustan hiilen ja se vaatii paljon suuremman uunin vastaavan lämmöntuotannon saavuttamiseksi. Tällaiset hiilet voivat sisältää jopa 70% vettä ja tuhkaa , mikä johtaa alhaisempiin uunilämpötiloihin ja vaatii suurempia indusoituja tuulettimia. Polttojärjestelmät eroavat myös mustasta hiilestä ja tyypillisesti imevät kuumaa kaasua uunin poistumistasolta ja sekoittavat sen tulevan hiilen kanssa puhallintyyppisissä tehtaissa, jotka ruiskuttavat jauhettua hiiltä ja kuumaa kaasuseosta kattilaan.
Tuhkan hävittäminen
Tuhka varastoidaan usein tuhkalammikoihin . Vaikka tuhkalammien käyttö yhdessä ilmansaasteiden torjunnan (kuten märkäpesureiden ) kanssa vähentää ilman epäpuhtauksien määrää, rakenteet aiheuttavat vakavia terveysriskejä ympäröivälle ympäristölle. Sähköyhtiöt ovat usein rakentaneet lampia ilman vuorausta erityisesti Yhdysvaltoihin, ja siksi tuhkan kemikaalit voivat huuhtoutua pohja- ja pintavesiin.
1990 -luvulta lähtien Yhdysvaltain sähkölaitokset ovat suunnitelleet monia uusia laitoksiaan kuivalla tuhkankäsittelyjärjestelmällä. Kuiva tuhka sijoitetaan kaatopaikoille, joihin kuuluu tyypillisesti vuorauksia ja pohjaveden seurantajärjestelmiä. Kuivaa tuhkaa voidaan myös kierrättää tuotteiksi, kuten betoniksi, tienrakennuksen rakennetäytteiksi ja laastiksi.
Lentotuhkan kokoelma
Lentotuhka kerätään ja poistetaan savukaasusta sähköstaattisilla saostimilla tai kangaspussisuodattimilla (tai joskus molemmilla), jotka sijaitsevat uunin ulostulossa ja ennen indusoitua tuuletinta. Lentotuhka poistetaan määräajoin keräyssäiliöistä saostimien tai pussisuodattimien alla. Yleensä lentotuhka kuljetetaan pneumaattisesti varastosiloihin ja varastoidaan paikan päällä tuhkalammikoihin tai kuljetetaan kuorma -autoilla tai junavaunuilla kaatopaikoille ,
Pohjatuhkan kerääminen ja hävittäminen
Uunin pohjassa on suppilo pohjatuhkan keräämistä varten . Tämä suppilo pidetään täynnä vettä sammuttaakseen tuhkan ja uunista putoavat klinkkerit. Mukana on järjestelyt klinkkerien murskaamiseksi ja murskattujen klinkkerien ja pohjatuhkan kuljettamiseksi paikan päällä oleviin tuhkalammeihin tai kaatopaikoille. Tuhkanpoistolaitteita käytetään tuhkan poistamiseen yhdyskuntajätteestä poltetuista kattiloista.
Joustavuus
Hyvin suunniteltu energiapolitiikka , energialaki ja sähkömarkkinat ovat kriittisiä joustavuuden kannalta. Vaikka teknisesti joidenkin hiilivoimaloiden joustavuutta voitaisiin parantaa, ne eivät pysty tuottamaan lähetettävää tuotantoa vähemmän kuin useimmat kaasuvoimalaitokset . Tärkein joustavuus on matala minimikuormalla kuitenkin jonkin verran joustavuutta parannuksia voi olla kalliimpaa kuin uusiutuvan energian kanssa akkuja .
Hiilen sähköntuotanto
Maailman sähköntuotanto lähteen mukaan vuonna 2018. Kokonaistuotanto oli 26,7 PWh .
Vuodesta 2020 lähtien kaksi kolmasosaa poltetusta hiilestä on sähköntuotantoa. Vuonna 2020 hiili oli suurin sähkön lähde 34%. Vuonna 2020 yli puolet hiilestä tuotettiin Kiinassa. Kiinassa, Intiassa ja Indonesiassa noin 60% sähköstä on peräisin hiilestä.
Vuonna 2020 maailmanlaajuisesti 2059 GW hiilivoimaa oli toiminnassa, 50 GW otettiin käyttöön ja 25 GW aloitti rakentamisen (suurin osa näistä kolmesta Kiinassa); ja 38 GW eläkkeellä (enimmäkseen Yhdysvallat ja EU).
Hiilidioksidipäästöt
Koska hiili on pääasiassa hiiltä , hiilivoimaloilla on korkea hiili-intensiteetti . Hiilivoimalat tuottavat keskimäärin paljon enemmän kasvihuonekaasua tuotettua sähköyksikköä kohti verrattuna muihin energialähteisiin (katso myös energianlähteiden elinkaaren aikaiset kasvihuonekaasupäästöt ). Vuonna 2018 hiili poltettiin tuottamaan yli 10 Gt hiilidioksidipäästöistä sähköä
2polttoaineen polttamisesta peräisin olevasta 34 Gt: n kokonaismäärästä (kasvihuonekaasujen kokonaispäästöt vuonna 2018 olivat 55 Gt CO
2e).
Lieventäminen
Lopeta vaiheittain
Vuodesta 2015 vuoteen 2020 hiilen tuotanto tuskin laski absoluuttisesti mitattuna, mutta osa sen markkinaosuudesta otettiin tuulen ja auringon avulla. Vuonna 2020 vain Kiina lisäsi hiilen sähköntuotantoa, ja maailmanlaajuisesti se laski 4%. YK: n pääsihteeri on sanonut, että OECD- maiden olisi lopettaa tuottaa sähköä hiilestä vuoteen 2030 mennessä, ja muualla maailmassa vuoteen 2040 mennessä, muuten rajoittaa ilmaston lämpeneminen 1,5 ° C, kohde Pariisin sopimuksen , olisi erittäin vaikeaa. Lopettaminen Aasiassa voi olla taloudellinen haaste, koska siellä olevat kasvit ovat suhteellisen nuoria.
Muuntaminen
Jotkut voimalaitokset muutetaan poltettavaksi kaasulla, biomassalla tai jätteellä, ja muutosta lämpövarastoksi kokeillaan vuonna 2023.
Hiilen talteenotto
Joidenkin nykyisten hiilivoimalaitosten jälkiasennusta hiilen talteenottoon ja varastointiin harkittiin Kiinassa vuonna 2020, mutta tämä on erittäin kallista, vähentää energiantuotantoa ja joidenkin laitosten osalta se ei ole teknisesti mahdollista.
Saastuminen
Joissakin maissa saastumista valvotaan parhailla käytettävissä olevilla tekniikoilla , esimerkiksi EU : n teollisuuspäästödirektiivin mukaisilla tekniikoilla . Yhdysvalloissa hiilivoimaloita säännellään kansallisella tasolla useilla ilmansaasteasetuksilla, mukaan lukien elohopea- ja ilmamyrkytysstandardit (MATS), jätevesisuositukset veden saastumisesta sekä kiinteiden jätteiden määräykset luonnonvarojen suojelun ja Palautuslaki (RCRA).
Hiilivoimalat saastuttavat edelleen heikosti säänneltyjä maita, kuten Länsi- Balkania , Intiaa , Venäjää ja Etelä-Afrikkaa .
Paikallinen ilmansaaste
Vahinkoa terveydelle hiukkasten , rikkidioksidin ja typen oksidien esiintyy pääasiassa Aasiasta ja on usein johtuu polttaminen heikkolaatuinen hiili, kuten ruskohiilen , kasveissa puuttuu moderni savukaasujen käsittely. Ilman pilaantumisen aiheuttamien varhaisten kuolemien arvioidaan olevan 200 per GW-vuosi, mutta ne voivat olla korkeampia voimalaitoksilla, joissa ei käytetä pesureita, tai pienemmät, jos ne ovat kaukana kaupungeista.
Veden saastuminen
Epäpuhtaudet, kuten raskasmetallit, jotka huuhtoutuvat pohjaveteen vuoraamattomista kivihiilituhkavarastoista tai kaatopaikoilta, saastuttavat vettä mahdollisesti vuosikymmeniä tai vuosisatoja. Tuhka -altaista joihin (tai muihin pintavesimuodostumiin) johtavia saastepäästöjä ovat tyypillisesti arseeni , lyijy , elohopea , seleeni , kromi ja kadmium .
Hiilivoimaloiden elohopeapäästöt voivat pudota takaisin maahan ja veteen sateessa, ja sitten bakteerit voivat muuttaa ne metyylielohopeaksi . Läpi rikastumisen , tämä elohopea voi sitten saada vaarallisen kalassa. Yli puolet ilmakehän elohopeasta tulee hiilivoimaloista.
Hiilivoimalaitoksista vapautuu myös rikkidioksidia ja typpeä . Nämä päästöt johtavat happosateeseen , joka voi uudistaa ruokaverkkoja ja johtaa kala- ja selkärangattomien populaatioiden romahtamiseen .
Paikallisen pilaantumisen vähentäminen
Vuodesta 2018 lähtien Kiinan, jossa on ylivoimaisesti eniten hiilivoimalaitoksia, paikallisen pilaantumisen ennustetaan vähenevän edelleen 2020- ja 2030-luvuilla, varsinkin jos pienet ja alhaisen tehokkuuden laitokset poistetaan käytöstä aikaisin.
Hiilen kuljetus ja toimitus
Hiili toimitetaan valtatie kuorma , rautatie- , proomu , Collier aluksen tai hiililieteputkia putki . Generaattorit rakennetaan joskus kaivoksen viereen; erityisesti yksi kaivoshiili, kuten ruskohiili , joka ei ole tarpeeksi arvokas pitkän matkan kuljettamiseen; voi saada hiiltä kuljetinhihnalla tai massiivisilla dieselkäyttöisillä kuorma -autoilla . Suuri hiilen juna kutsutaan "yksikkö juna" voi olla 2 km pitkä, joka sisältää 130-140 autoja noin 100 tonnia kivihiiltä kussakin, yhteensä kuorman yli 10000 tonnia. Suuri laitos täydellä kuormituksella vaatii vähintään yhden tämän kokoisen hiilen toimituksen joka päivä. Kasvit voivat saada jopa kolme tai viisi junaa päivässä, erityisesti "sesonkiaikana" kuumimman kesän tai kylmimpien talvikuukausien aikana (paikallisesta ilmastosta riippuen), kun virrankulutus on korkea.
Nykyaikaiset purkimet käyttävät pyöriviä kaatopaikkalaitteita, jotka poistavat kivihiilen jäädyttämisongelmat pohjakaivoissa. Purkulaitteessa on junan asennoitinvarsi, joka vetää koko junan asettamaan jokaisen auton hiilisäiliön päälle. Kippiauto puristaa yksittäisen auton alustaan, joka kääntää auton ylösalaisin kaataakseen hiiltä. Kääntyvät liittimet mahdollistavat koko toiminnan, kun autot ovat edelleen kytkettyinä yhteen. Yksikköjunan purkaminen kestää noin kolme tuntia.
Lyhyemmät junat voivat käyttää junavaunuja, joissa on "ilma-tyhjennys", joka perustuu moottorin ilmanpaineeseen ja jokaisen auton "kuuma kenkä". Tämä "kuuma kenkä", kun se joutuu kosketuksiin "kuumakiskon" kanssa purkamispukissa, ampuu sähkövarauksen ilmanpoistolaitteen läpi ja saa auton pohjan ovet avautumaan, jolloin hiili putoaa pukki. Yhden junan purkaminen kestää tunnista puoleentoista tuntiin. Vanhemmat purkajat voivat edelleen käyttää käsikäyttöisiä pohjakaivokiskoja ja "ravistinta", joka on liitetty hiilen kaatamiseen.
Collier (rahtilaiva, joka kuljettaa hiiltä) voi sisältää 41 000 tonnia (40 000 pitkää tonnia) hiiltä ja purkaminen kestää useita päiviä. Jotkut leikkuulaitteet kuljettavat omia kuljetuslaitteitaan purkamaan omat bunkkerinsa; toiset ovat riippuvaisia laitoksen laitteista. Hiilen kuljettamiseen rauhallisemmilla vesillä, kuten jokissa ja järvissä, käytetään usein tasapohjaisia proomuja . Proomut ovat yleensä ei ole omaa, ja pitää liikuttaa hinaajien tai hinaajia .
Käynnistys- tai avustustarkoituksiin laitos voi käyttää myös polttoöljyä. Polttoöljy voidaan toimittaa tehtaille putkistolla , säiliöaluksella , säiliöautolla tai kuorma -autolla. Öljyä varastoidaan pystysuoraan lieriömäiseen terässäiliöön, jonka tilavuus on jopa 14 000 kuutiometriä (90 000 bbl). Raskaampaa ei. 5 "bunkkeri" ja nro. 6 polttoainetta lämmitetään tyypillisesti höyryllä ennen pumppaamista kylmässä ilmastossa.
Tehokkuus
Hiilivoimaloita on 4 päätyyppiä tehostavassa järjestyksessä: alikriittinen, ylikriittinen , erittäin ylikriittinen ja yhteistuotanto (kutsutaan myös lämmön ja sähkön yhteistuotantoksi). Subkriittinen on vähiten tehokas tyyppi, mutta viimeaikaiset innovaatiot ovat antaneet jälkiasennusten vanhemmille alikriittisille laitoksille vastata tai jopa ylittää ylikriittisten laitosten tehokkuuden.
Integroitu kaasutus yhdistetyn syklin suunnittelu
Integroitu kaasutuksen yhdistetty sykli (IGCC) on hiilen sähköntuotantotekniikka, joka käyttää korkeapainekaasuttimen avulla hiiltä (tai muita hiilipohjaisia polttoaineita) paineistetuksi kaasuksi - synteesikaasuksi (syngas). Kivihiilen muuntaminen kaasuksi mahdollistaa yhdistelmäjaksosähkögeneraattorin käytön , joka yleensä saavuttaa korkean hyötysuhteen. IGCC -prosessi voi myös mahdollistaa joidenkin epäpuhtauksien poistamisen synteesikaasusta ennen sähköntuotantoa. Tekniikka on kuitenkin kallista verrattuna perinteisiin hiilivoimaloihin.
Taloustiede
Tuet
Kivihiilivoimalaitokset toimivat yleensä peruskuormitustekniikkana , koska niillä on korkea käytettävyystekijä ja niiden suhteellinen nousu ja lasku on suhteellisen vaikeaa ja kallista. Siten ne toimivat huonosti reaaliaikaisilla energiamarkkinoilla , joilla he eivät pysty reagoimaan paikallisten rajahintojen muutoksiin. Yhdysvalloissa tämä on ollut erityisen totta, kun otetaan huomioon halpa maakaasu, joka voi toimia polttoaineena lähetettävissä voimalaitoksissa, jotka korvaavat peruskuorman roolin verkossa.
Vuonna 2020 kivihiiliteollisuutta tuettiin 18 miljardilla Yhdysvaltain dollarilla.
Rahoittaa
Suurimmat tukijat ovat kiinalaiset pankit Belt and Road Initiativen (BRI) puitteissa.
Kapasiteettitekijät
Intiassa kapasiteetit ovat alle 60%. Vuonna 2020 hiilivoimaloita asemia Yhdysvalloissa oli kokonaisuudessaan käyttökerroin on 40%; toisin sanoen ne toimivat hieman alle puolet niiden kumulatiivisesta tyyppikilven kapasiteetista.
Hukkaan jääneet varat
Jos ilmaston lämpeneminen rajoittuu selvästi alle 2 ° C: een, kuten Pariisin sopimuksessa määrätään, vuoteen 2050 mennessä ennustetaan yli 500 miljardin Yhdysvaltain dollarin hiilen tuotantolaitoksen omaisuutta , lähinnä Kiinassa. Vuonna 2020 ajatushautomo Carbon Tracker arvioi, että 39% hiilivoimaloista oli jo kalliimpia kuin uudet uusiutuvat energialähteet ja varastointi ja että 73% olisi vuoteen 2025 mennessä. Vuodesta 2020 lähtien noin puolet Kiinan hiilivoimayhtiöistä menettää rahaa ja vanhoja ja pieniä voimalaitoksilla "ei ole toivoa voittoa".
Politiikka
Toukokuussa 2021 G7 sitoutui lopettamaan tukensa hiilivoimaloille vuoden kuluessa.
Energiapolitiikka Kiinan suhteen hiilen ja hiiltä Kiinassa ovat tärkeimpiä tekijöitä tulevaisuuden suhteen hiilivoimaloiden asemat, koska maa on niin paljon. Erään analyysin mukaan paikalliset virkamiehet investoivat liikaa hiilivoimaan 2010-luvun puolivälissä, koska keskushallinto takasi aukioloajat ja asetti korkean sähkön tukkuhinnan.
Vuonna demokratioissa hiilivoimala investointi seuraa Kuznets käyrä . Energiapolitiikka Intian noin hiili on kysymys politiikasta Intiassa .
Mielenosoituksia
Mielenosoituksia on usein ollut kaivospaikoilla ja uusien laitosten kohteilla.
Historia
Ensimmäisessä hiilivoimaloita asemia rakennettiin myöhään 19th century ja käytetään mäntämoottorit tuottaa tasavirtaa . Höyryturbiinit mahdollistivat paljon suurempien laitosten rakentamisen 1900 -luvun alussa ja vaihtovirtaa käytettiin laajemmille alueille.
Katso myös
Viitteet
Ulkoiset linkit
- Calgaryn yliopiston hiilivoimalaitos Energy Education
- Tennessee Valley Authorityn video , miten hiilivoimala toimii
- Miten hiilivoimala toimii video by Ontario Sähköntuotanto
- Sähköä hiilestä , jonka Maailman hiili Association
- Maailman hiilivoimalat kartoitettu by Carbon Lyhyt
- End Coal eri ympäristön, sosiaalisen oikeudenmukaisuuden ja terveyden puolestapuhujilta
- Hiilivoimaloiden joita Kansainvälinen energiajärjestö
- Economics hiilen mukaan Carbon Tracker
- Energian ja puhtaan ilman tutkimuskeskus