Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электр энергиясын өндіру үшін қазба отындарды жасайтын нысан
Facility that burns fossil fuels to produce electricity
Қазба отынмен жұмыс істейтін электр станциясы – электр энергиясын өндіру үшін көмір немесе табиғи газ сияқты қазба отынды жасайтын жылу электр станциясы. Қазба отынмен жұмыс істейтін электр станцияларында жанудың жылу энергиясын механикалық энергияға айналдыратын жабдықтар бар, ол электр генераторын іске қосады. Басты қозғалтқыш бу турбинасы, газ турбинасы немесе кішкентай станцияларда поршеньді газ қозғалтқышы болуы мүмкін. Барлық станциялар ыстық газдың – будың немесе жану газдарының – кеңеюінен алынған энергияны пайдаланады. Энергияны түрлендірудің әртүрлі әдістері болғанымен, барлық жылу электр станцияларының түрлендіру әдістері Карно тиімділігімен шектеледі және осыдан ысырап болатын жылу пайда болады. Әлемде қолданылатын электр энергиясының көп бөлігін қазба отынмен жұмыс істейтін электр станциялары өндіреді. Кейбір қазба отында жұмыс істейтін электр станциялары негізгі жүктеме станциялары ретінде үздіксіз жұмыс істеуге арналған, ал басқалары жойқын қуат станциялары ретінде қолданылады. Дегенмен, 2010 жылдардан бастап көптеген елдерде негізгі жүктемемен жабдықтауға арналған станциялар өзгермелі жаңаруға жататын энергияның өндірісін теңестіру үшін диспетчерлік генерация ретінде жұмыс істейді. Қазба отынмен жұмыс істейтін электр станцияларының жанама өнімдерін жобалау және пайдалану кезінде ескеру қажет. Қазба отынды жақтауда түзілген газдардың құрамында көмірқышқыл газы мен су буы, сондай-ақ азот оксидтері (NOx), күкірт оксидтері (SOx) және көмірмен жұмыс істейтін станцияларда сынап, басқа металдардың іздері мен ұшқыш күл бар. Көбінесе барлық көмірқышқыл газы және ластанулардың бір бөлігі ауаға шығарылады. Көмірмен жұмыс істейтін қазандықтардан шығатын қатты қалдық күлді де шығару қажет. Қазба отынмен жұмыс істейтін электр станциялары көмірқышқыл газын (CO2) көп шығарады, ол жаһандық жылу көтерілуіне ықпал ететін парниктік газ. Жақында жасалған зерттеулер көрсеткендей, ірі компаниялардың акционерлеріне тиесілі таза табыс АҚШ-тағы табиғи апаттарға байланысты парниктік газ шығарылымдарының салдарынан тек бір көмірмен жұмыс істейтін электр станциясынан туындаған жауапкершілікке байланысты айтарлықтай төмендеуі мүмкін. Алайда, 2015 жылдың сотына дейін АҚШ-та мұндай істер бойынша сот шешімі шығарылған жоқ. Электр энергиясының бір бірлігіне шаққанда, қоңыр көмір табиғи газға қарағанда шамамен екі есе көп CO2 шығарады, ал қара көмір қоңыр көмірге қарағанда аздап аз шығарады. 2019 жылдың мәліметтері бойынша, қазба отынмен жұмыс істейтін электр станциялары үшін шығарылымды ұстап алу және сақтау экономикалық тұрғыдан тиімді емес, ал жаһандық жылуды 1,5°C төмен ұстау әлі де мүмкін, бірақ егер жаңа қазба отынмен жұмыс істейтін электр станциялары салынбаса және кейбір қолданыстағы станциялар мерзімінен бұрын жабылып, орманды қайта өсіру сияқты басқа шаралармен бірге.
A fossil fuel power station is a thermal power station which burns a fossil fuel, such as coal or natural gas, to produce electricity. Fossil fuel power stations have machinery to convert the heat energy of combustion into mechanical energy, which then operates an electrical generator. The prime mover may be a steam turbine, a gas turbine or, in small plants, a reciprocating gas engine. All plants use the energy extracted from the expansion of a hot gas, either steam or combustion gases. Although different energy conversion methods exist, all thermal power station conversion methods have their efficiency limited by the Carnot efficiency and therefore produce waste heat. Fossil fuel power stations provide most of the electrical energy used in the world. Some fossil fired power stations are designed for continuous operation as baseload power plants, while others are used as peaker plants. However, starting from the 2010s, in many countries plants designed for baseload supply are being operated as dispatchable generation to balance increasing generation by variable renewable energy. By products of fossil fuel power plant operation must be considered in their design and operation. Flue gas from combustion of the fossil fuels contains carbon dioxide and water vapor, as well as pollutants such as nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), and, for coal fired plants, mercury, traces of other metals, and fly ash. Usually all of the carbon dioxide and some of the other pollution is discharged to the air. Solid waste ash from coal fired boilers must also be removed. Fossil fueled power stations are major emitters of carbon dioxide (CO2), a greenhouse gas which is a major contributor to global warming. The results of a recent study show that the net income available to shareholders of large companies could see a significant reduction from the greenhouse gas emissions liability related to only natural disasters in the United States from a single coal fired power plant. However, as of 2015, no such cases have awarded damages in the United States. Per unit of electric energy, brown coal emits nearly twice as much CO2 as natural gas, and black coal emits somewhat less than brown. as of 2019, carbon capture and storage of emissions is not economically viable for fossil fuel power stations, and keeping global warming below 1.5 °C is still possible but only if no more fossil fuel power plants are built and some existing fossil fuel power plants are shut down early, together with other measures such as reforestation.
Негізгі түсініктер: механикалық энергияға жылу
Қалдық отынмен жұмыс істейтін электр стансасында көмір, отын майы, табиғи газ немесе тақтатас сияқты қалдық отында сақталған химиялық энергия және ауадағы оттегі бірінен соң бірі жылу энергиясына, механикалық энергияға және, соңында, электр энергиясына айналады. Әрбір қалдық отынмен жұмыс істейтін электр стансасы – күрделі, жекеше жобаланған жүйе. Жерді, табиғи ресурстарды және еңбек күшін тиімді пайдалану үшін бір жерде бірнеше генерациялық бөлімдер салынуы мүмкін. Әлемдегі жылу электр стансаларының көпшілігі қалдық отынды пайдаланады, ядролық, геотермальдық, биомассалық немесе концентрацияланған күн электр стансаларынан асып түседі. Термодинамиканың екінші заңына сәйкес, жабық циклдың кез келген түрі жану кезінде туындаған жылудың тек бір бөлігін ғана механикалық жұмысқа айналдыра алады. Жылудың қалған бөлігі, яғни пайдаланбаған жылу, циклдің кері қайтару кезеңінде салқын ортаға шығарылуы тиіс. Салқындату ортасына шығарылатын жылудың үлесі салқындату жүйесінің (ортаның) және жылу көзінің (жағу пешінің) абсолютті температураларының қатынасына тең немесе одан жоғары болуы керек. Пештің температурасын көтеру тиімділікті арттырады, бірақ конструкцияны күрделілендіреді, негізінен құрылысқа қолданылатын қорытпаларды таңдау арқылы, бұл пештің құнын арттырады. Пайдаланбаған жылуды салқындату жүйесі жеткіліксіз болса, механикалық энергияға айналдыру мүмкін емес. Дегенмен, оны когенерациялық стансаларда ғимараттарды жылытуға, ыстық су өндіруге немесе кейбір мұнай өңдеу заводтарында, заводтарда және химиялық синтез заводтарындағы материалдарды өнеркәсіптік масштабта жылытуға қолдануға болады. Желілік электр генераторларының жылу тиімділігі көмір және мұнаймен жұмыс істейтін стансалар үшін шамамен 37%, ал газбен жұмыс істейтін комбиналды циклды стансалар үшін 56–60% (LEV) құрайды. Жоғары тиімділікке жету үшін жобаланған стансалар, номиналды қуатынан төмен жұмыс істегенде (яғни температура тым төмен болғанда) тиімділігі төмендейді. Жылу машиналары ретінде жұмыс істейтін қалдық отын стансалары жылу энергиясын пайдалы жұмысқа айналдыру үшін Карно циклінің шегінен аспауы керек. Отын жасу элементтері жылу машиналары емес болғандықтан, олардың термодинамикалық шектемелері жоқ. Қалдық отын стансасының тиімділігі оның жылу тұтынуы арқылы, BTU/киловатт-сағат немесе мегаджоуль/киловатт-сағат есебімен көрсетіледі.
In a fossil fuel power plant the chemical energy stored in fossil fuels such as coal, fuel oil, natural gas or oil shale and oxygen of the air is converted successively into thermal energy, mechanical energy and, finally, electrical energy. Each fossil fuel power plant is a complex, custom designed system. Multiple generating units may be built at a single site for more efficient use of land, natural resources and labor. Most thermal power stations in the world use fossil fuel, outnumbering nuclear, geothermal, biomass, or concentrated solar power plants. The second law of thermodynamics states that any closed loop cycle can only convert a fraction of the heat produced during combustion into mechanical work. The rest of the heat, called waste heat, must be released into a cooler environment during the return portion of the cycle. The fraction of heat released into a cooler medium must be equal or larger than the ratio of absolute temperatures of the cooling system (environment) and the heat source (combustion furnace). Raising the furnace temperature improves the efficiency but complicates the design, primarily by the selection of alloys used for construction, making the furnace more expensive. The waste heat cannot be converted into mechanical energy without a cooler cooling system. However, it may be used in cogeneration plants to heat buildings, produce hot water, or to heat materials on an industrial scale, such as in some oil refineries, plants, and chemical synthesis plants. Typical thermal efficiency for utility scale electrical generators is around 37% for coal and oil fired plants, and 56 – 60% (LEV) for combined cycle gas fired plants. Plants designed to achieve peak efficiency while operating at capacity will be less efficient when operating off design (i. e. temperatures too low.) Practical fossil fuels stations operating as heat engines cannot exceed the Carnot cycle limit for conversion of heat energy into useful work. Fuel cells do not have the same thermodynamic limits as they are not heat engines. The efficiency of a fossil fuel plant may be expressed as its heat rate, expressed in BTU/kilowatthour or megajoules/kilowatthour.
Бу
Бу турбиналық электр стансасында отын пеште жағылады, ал ыстық газдар қазандық арқылы өтеді. Қазандықта су буға айналады; буды артық қыздыру үшін қосымша қыздыру кезеңдері қарастырылуы мүмкін. Ыстық бу басқару клапандары арқылы турбинаға жіберіледі. Бу кеңейіп, салқындағанда, оның энергиясы генераторды қозғалтатын турбина қалақтарына беріледі. Қолданылған будың қысымы мен энергиясы өте төмен; бұл су буы конденсатор арқылы беріледі, ол будан жылуды алып тастайды. Конденсатталған су қайтадан қазандыққа сорылып, цикл қайталанады. Қазандықтан шығатын эмиссияларға көмірқышқыл газы, күкірт оксидтері, сондай-ақ отындағы жануға қабілетсіз заттардан түзілген ұшқыш күл жатады. Конденсатордан шығатын қалдық жылу ауаға немесе кейде салқындату тоғанына, көлге немесе өзенге беріледі.
In a steam turbine power plant, fuel is burned in a furnace and the hot gasses flow through a boiler. Water is converted to steam in the boiler; additional heating stages may be included to superheat the steam. The hot steam is sent through controlling valves to a turbine. As the steam expands and cools, its energy is transferred to the turbine blades which turn a generator. The spent steam has very low pressure and energy content; this water vapor is fed through a condenser, which removes heat from the steam. The condensed water is then pumped into the boiler to repeat the cycle. Emissions from the boiler include carbon dioxide, oxides of sulfur, and in the case of coal fly ash from non combustible substances in the fuel. Waste heat from the condenser is transferred either to the air, or sometimes to a cooling pond, lake or river.
Газ турбинасы және газ/буды біріктіру
Қалдық отынмен жұмыс істейтін электр станциясының бір түрі газ турбинасын жылуды қайта пайдалану бу генераторымен (ЖҚБГ) бірге қолданады. Бұл электр станциясы біріктірілген циклды электр станциясы деп аталады, себебі ол газ турбинасының Брейтон циклын ЖҚБГ-нің Ранкин циклымен үйлестіреді. Турбиналар табиғи газ немесе отын майымен қамтамасыз етіледі.
One type of fossil fuel power plant uses a gas turbine in conjunction with a heat recovery steam generator (HRSG). It is referred to as a combined cycle power plant because it combines the Brayton cycle of the gas turbine with the Rankine cycle of the HRSG. The turbines are fueled either with natural gas or fuel oil.
Қалқымалы қозғалтқыштар
Дизельді генераторлар көбінесе кең таралған электр желісіне қосылмаған елді мекендерде негізгі қуат көзі ретінде қолданылады. Төтенше (қосалқы) қуат жүйелері отын майы немесе табиғи газбен жұмыс істейтін, поршеньді ішкі жану қозғалтқыштарын пайдалануы мүмкін. Қосалқы генераторлар зауыттың немесе деректер орталығының авариялық қуаты ретінде немесе жергілікті электр жүйесімен параллель жұмыс істеу арқылы электрмен жабдықтаушы ұйымнан ең жоғары қуат сұранысы үшін төленетін ақыны төмендетуге мүмкіндік береді. Дизельді қозғалтқыштар салыстырмалы түрде төмен айналу жылдамдығында жоғары серпімді күшті (момент) өндіре алады, бұл генераторды басқару кезінде қажетті жағдай, бірақ дизель отынын ұзақ мерзімді сақтауда су жиналуы және химиялық ыдырау салдарынан туындайтын мәселелерге ұшырауы мүмкін. Аз қолданылатын генераторлар отын жүйесіне техникалық қызмет көрсетуді азайту үшін табиғи газ немесе сұйытылған пропан-бутан газымен жабдықталуы мүмкін. Бензин (бензин), пропан немесе сұйытылған пропан-бутан газымен жұмыс істейтін поршеньді ішкі жану қозғалтқыштары көбінесе құрылыс жұмыстарына, авариялық қуатқа немесе демалыс мақсатында қолданылатын портативті уақытша қуат көздері ретінде қолданылады. Стирлинг қозғалтқышы сияқты сыртқы жану қозғалтқыштары әртүрлі табиғи отындармен, сондай-ақ жаңартылатын отындармен немесе өнеркәсіптік қалдық жылумен жұмыс істей алады. Электр энергиясын өндіруге арналған Стирлинг қозғалтқыштарының орнатылымдары салыстырмалы түрде сирек кездеседі. Тарихи тұрғыдан алғанда, алғашқы электр станциялары генераторларды басқару үшін поршеньді бу қозғалтқыштарын пайдаланған. Электр жүктемесінің көлемі артқан сайын, поршеньді агрегаттар тым үлкен және оларды орнату экономикалық тұрғыдан тиімсіз болды. Бу турбинасы орталық электр станцияларындағы барлық поршеньді қозғалтқыштарды жылдам алмастырды.
Diesel engine generator sets are often used for prime power in communities not connected to a widespread power grid. Emergency (standby) power systems may use reciprocating internal combustion engines operated by fuel oil or natural gas. Standby generators may serve as emergency power for a factory or data center, or may also be operated in parallel with the local utility system to reduce peak power demand charge from the utility. Diesel engines can produce strong torque at relatively low rotational speeds, which is generally desirable when driving an alternator, but diesel fuel in long term storage can be subject to problems resulting from water accumulation and chemical decomposition. Rarely used generator sets may correspondingly be installed as natural gas or LPG to minimize the fuel system maintenance requirements. Spark ignition internal combustion engines operating on gasoline (petrol), propane, or LPG are commonly used as portable temporary power sources for construction work, emergency power, or recreational uses. Reciprocating external combustion engines such as the Stirling engine can be run on a variety of fossil fuels, as well as renewable fuels or industrial waste heat. Installations of Stirling engines for power production are relatively uncommon. Historically, the first central stations used reciprocating steam engines to drive generators. As the size of the electrical load to be served grew, reciprocating units became too large and cumbersome to install economically. The steam turbine rapidly displaced all reciprocating engines in central station service.
Көмір
Көмір – планетадағы ең көп кездесетін қазба отын, және жылу электр станцияларында энергия көзі ретінде кеңінен қолданылады, сондай-ақ салыстырмалы түрде арзан отын болып табылады. Көмір – таза емес отын, ол мұнай мен табиғи газға қарағанда көбірек парниктік газдар мен ластану тудырады. Мысалы, 1000 МВт қуаттылығы бар көмірмен жұмыс істейтін электр станциясының жұмысы жылына 490 адам-рем ядролық сәулелену дозасын құрайды, ал уран өндіру, реакторды пайдалану және қалдықтарды кәдеге жаратуды қамтитын эквивалентті ядролық электр станциясының жұмысы жылына 136 адам-ремге тең. Көмір автомобильдермен, теміржолмен, баржамен, көмір тасымалдайтын кемелермен немесе көмір суспензиясы құбырларымен жеткізіледі. Кен орнына жақын орналасқан электр станциялары көмірді конвейерлік лентамен немесе қуатты дизельді-электрлік жүк көліктерімен алады. Көмірді пайдалануға дайындау үшін әдетте оны ұнтақтап, көлемі кішірек бөлшектерге келтіреді.
Coal is the most abundant fossil fuel on the planet, and widely used as the source of energy in thermal power stations and is a relatively cheap fuel. Coal is an impure fuel and produces more greenhouse gas and pollution than an equivalent amount of petroleum or natural gas. For instance, the operation of a 1000 MWe coal fired power plant results in a nuclear radiation dose of 490 person rem/year, compared to 136 person rem/year, for an equivalent nuclear power plant including uranium mining, reactor operation and waste disposal. Coal is delivered by highway truck, rail, barge, collier ship or coal slurry pipeline. Generating stations adjacent to a mine may receive coal by conveyor belt or massive diesel electric drive trucks. Coal is usually prepared for use by crushing the rough coal to pieces less than in size.
Табиғи газ
Газ – өте кең таралған отын және АҚШ, Ұлыбритания сияқты 20-шы ғасырдың соңында немесе 21-ші ғасырдың басында газ кендері табылган елдерде көмірдің орнын басып алды. Кейде көмірмен жұмыс істейтін бу станциялары көмірқышқыл газының жалпы шығарындыларын азайту үшін табиғи газға қайта жабдықталады. Мұнаймен жұмыс істейтін станцияларды табиғи газға ауыстыру арқылы пайдалану шығындарын төмендету мүмкін.
Gas is a very common fuel and has mostly replaced coal in countries where gas was found in the late 20th century or early 21st century, such as the US and UK. Sometimes coal fired steam plants are refitted to use natural gas to reduce net carbon dioxide emissions. Oil fuelled plants may be converted to natural gas to lower operating cost.
Мұнай
Ауыр жанар май бір кезде электр энергиясын өндіру үшін маңызды энергия көзі болды. 1970 жылдардағы мұнай бағасының өсуінен кейін мұнай көмірмен, содан кейін табиғи газбен ығыстырылды. Дистиллят мұнайы дизельді қозғалтқыштармен жұмыс істейтін электр станциялары үшін әлі де маңызды, әсіресе желіге қосылмаған шалғайдағы елді мекендерде. Сұйық отын газда турбиналық электр станцияларында да қолданылуы мүмкін, әсіресе қуаттың жоғары қажеттіліктерінде немесе төтенше жағдайларда. Үш түрлі қазба отынының ішінде мұнайдың қатты көмірге қарағанда тасымалдау және қолдану оңай, ал табиғи газға қарағанда сақтау ыңғайлы.
Heavy fuel oil was once a significant source of energy for electric power generation. After oil price increases of the 1970s, oil was displaced by coal and later natural gas. Distillate oil is still important as the fuel source for diesel engine power plants used especially in isolated communities not interconnected to a grid. Liquid fuels may also be used by gas turbine power plants, especially for peaking or emergency service. Of the three fossil fuel sources, oil has the advantages of easier transportation and handling than solid coal, and easier on site storage than natural gas.
Жылу және электр энергиясын біріктіру
Жылу-электр энергиясын біріктіру (ЖЭЭ), сонымен қатар когенерация деп те аталады, – бұл жылу электр станциясын электр қуатымен қатар жылу беру үшін пайдалану (соңғысы, мысалы, аудандық жылу жүйелерінде қолданылады). Бұл технологияны тұрғын үйлерді жылытуға ғана емес, сонымен қатар өнеркәсіптік процестерде қажетті жоғары температуралы жылуды алу үшін де қолданады. Есептеулер көрсеткендей, жылу-электр энергиясын біріктірілген аудандық жылу жүйесі (ЖЭЭАЖ) дәстүрлі қазба отынын жағу жалғаса берсе, көміртегі шығарындыларын азайтудың (бірақ толығымен жоюдың) ең арзан тәсілі болып табылады. Сенімсіз дереккөз: 2019 жылдың мамыр айы.
Combined heat and power (CHP), also known as cogeneration, is the use of a thermal power station to provide both electric power and heat (the latter being used, for example, for district heating purposes). This technology is practiced not only for domestic heating (low temperature) but also for industrial process heat, which is often high temperature heat. Calculations show that Combined Heat and Power District Heating (CHPDH) is the cheapest method in reducing (but not eliminating) carbon emissions, if conventional fossil fuels remain to be burned. Unreliable source: date=May 2019
Қоршаған ортаға әсері
Жылу электр станциялары – улы газдар мен бөлшектерді өндірудің негізгі жасанды көздерінің бірі. Қазба отынмен жұмыс істейтін электр станциялары SOx, CO, PM, органикалық газдар және полициклдік ароматты көмірсутектер сияқты ластаушы заттарды шығарады. Әлемдік ұйымдар мен халықаралық агенттіктер, мысалы, IEA, табиғи жанармайларды, әсіресе көмірді жағудың қоршаған ортаға тигізетін әсерінен алаңдайды. Көмірді жағу қышқыл жаңбыр мен ауаның ластануына ең көп үлес қосады және жаһандық жылынумен байланысты. Көмірдің химиялық құрамына байланысты, қатты отынның жану алдындағы қоспаларын жою қиынға түседі. Қазіргі заманғы көмір электр станциялары ескі конструкцияларға қарағанда аз ластайды, себебі жаңа "скраббер" технологиясы түтін шығару құбырларындағы ауаны сүзіп тазартады. Дегенмен, әртүрлі ластаушы заттардың шығарындылары орташа есеппен табиғи газ электр станцияларына қарағанда бірнеше есе жоғары, ал скрабберлер ұсталған ластаушы заттарды ағынды суға жібереді, оларды қабылдау су объектілерінің ластануын болдырмау үшін тазарту қажет. Бұл заманауи конструкцияларда көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларының ластануы ауаға көмірқышқыл газы, азот оксидтері және күкірт диоксиді сияқты газдардың шығарылуынан, сондай-ақ құрамында қорғасын, сынап, кадмий және хром, әрі мырыш, селен және азот қосылыстары (нитраттар мен нитриттер) бар, қалдық судың айтарлықтай көлемін шығаруға әкеледі. Қышқыл жаңбыр азот оксидтері мен күкірт диоксидінің шығарындысынан туындайды. Бұл газдар өзіндік белгілі бір деңгейде ғана қышқылды болуы мүмкін, бірақ атмосферамен өзара әрекеттескенде күкірт қышқылы, азот қышқылы және күкірт қышқылы сияқты қышқыл қосылыстарды жасайды, олар жаңбыр түрінде жауады, сондықтан бұл құбылыс қышқыл жаңбыр деп аталады. Еуропа мен АҚШ-та эмиссияға қатысты қатаң заңдар мен ауыр өнеркәсіптің төмендеуі осы мәселеге байланысты экологиялық қауіптерді азайтты, нәтижесінде 1960-шы жылдардағы ең жоғары деңгейден кейін эмиссия төмендеді. 2008 жылы Еуропалық қоршаған орта агенттігі (EEA) Еуропалық Одақтағы электр станцияларынан алынған нақты шығарындыларға негізделген отынға тәуелді эмиссия факторларын құжаттады.
Thermal power plants are one of the main artificial sources of producing toxic gases and particulate matter. Fossil fuel power plants cause the emission of pollutants such as , SOx, , CO, PM, organic gases and polycyclic aromatic hydrocarbons. World organizations and international agencies, like the IEA, are concerned about the environmental impact of burning fossil fuels, and coal in particular. The combustion of coal contributes the most to acid rain and air pollution, and has been connected with global warming. Due to the chemical composition of coal there are difficulties in removing impurities from the solid fuel prior to its combustion. Modern day coal power plants pollute less than older designs due to new "scrubber" technologies that filter the exhaust air in smoke stacks. However, emission levels of various pollutants are still on average several times greater than natural gas power plants and the scrubbers transfer the captured pollutants to wastewater, which still requires treatment in order to avoid pollution of receiving water bodies. In these modern designs, pollution from coal fired power plants comes from the emission of gases such as carbon dioxide, nitrogen oxides, and sulfur dioxide into the air, as well a significant volume of wastewater which may contain lead, mercury, cadmium and chromium, as well as arsenic, selenium and nitrogen compounds (nitrates and nitrites). Acid rain is caused by the emission of nitrogen oxides and sulfur dioxide. These gases may be only mildly acidic themselves, yet when they react with the atmosphere, they create acidic compounds such as sulfurous acid, nitric acid and sulfuric acid which fall as rain, hence the term acid rain. In Europe and the US, stricter emission laws and decline in heavy industries have reduced the environmental hazards associated with this problem, leading to lower emissions after their peak in 1960s. In 2008, the European Environment Agency (EEA) documented fuel dependent emission factors based on actual emissions from power plants in the European Union. Pollutant Hard coal Brown coal Fuel oil Other oil Gas CO2 (g/GJ) 94,600 101,000 77,400 74,100 56,100 SO2 (g/GJ) 765 1,361 1,350 228 0.68 NOx (g/GJ) 292 183 195 129 93.3 CO (g/GJ) 89.1 89.1 15.7 15.7 14.5 Non methane organic compounds (g/GJ) 4.92 7.78 3.70 3.24 1.58 Particulate matter (g/GJ) 1,203 3,254 16 1.91 0.1 Flue gas volume total (m3/GJ) 360 444 279 276 272
Ластаушы зат | Қатты көмір | Қоңыр көмір | Отын майы | Басқа мұнай | Газ
---|---|---|---|---|---
CO2 (г/ГДж) | 94,600 | 101,000 | 77,400 | 74,100 | 56,100
SO2 (г/ГДж) | 765 | 1,361 | 1,350 | 228 | 0.68
NOx (г/ГДж) | 292 | 183 | 195 | 129 | 93.3
CO (г/ГДж) | 89.1 | 89.1 | 15.7 | 15.7 | 14.5
Метан емес органикалық қосылыстар (г/ГДж) | 4.92 | 7.78 | 3.70 | 3.24 | 1.58
Бөлшектер (г/ГДж) | 1,203 | 3,254 | 16 | 1.91 | 0.1
Түтін газының жалпы көлемі (м3/ГДж) | 360 | 444 | 279 | 276 | 272
Thermal power plants are one of the main artificial sources of producing toxic gases and particulate matter. Fossil fuel power plants cause the emission of pollutants such as , SOx, , CO, PM, organic gases and polycyclic aromatic hydrocarbons. World organizations and international agencies, like the IEA, are concerned about the environmental impact of burning fossil fuels, and coal in particular. The combustion of coal contributes the most to acid rain and air pollution, and has been connected with global warming. Due to the chemical composition of coal there are difficulties in removing impurities from the solid fuel prior to its combustion. Modern day coal power plants pollute less than older designs due to new "scrubber" technologies that filter the exhaust air in smoke stacks. However, emission levels of various pollutants are still on average several times greater than natural gas power plants and the scrubbers transfer the captured pollutants to wastewater, which still requires treatment in order to avoid pollution of receiving water bodies. In these modern designs, pollution from coal fired power plants comes from the emission of gases such as carbon dioxide, nitrogen oxides, and sulfur dioxide into the air, as well a significant volume of wastewater which may contain lead, mercury, cadmium and chromium, as well as arsenic, selenium and nitrogen compounds (nitrates and nitrites). Acid rain is caused by the emission of nitrogen oxides and sulfur dioxide. These gases may be only mildly acidic themselves, yet when they react with the atmosphere, they create acidic compounds such as sulfurous acid, nitric acid and sulfuric acid which fall as rain, hence the term acid rain. In Europe and the US, stricter emission laws and decline in heavy industries have reduced the environmental hazards associated with this problem, leading to lower emissions after their peak in 1960s. In 2008, the European Environment Agency (EEA) documented fuel dependent emission factors based on actual emissions from power plants in the European Union. Pollutant Hard coal Brown coal Fuel oil Other oil Gas CO2 (g/GJ) 94,600 101,000 77,400 74,100 56,100 SO2 (g/GJ) 765 1,361 1,350 228 0.68 NOx (g/GJ) 292 183 195 129 93.3 CO (g/GJ) 89.1 89.1 15.7 15.7 14.5 Non methane organic compounds (g/GJ) 4.92 7.78 3.70 3.24 1.58 Particulate matter (g/GJ) 1,203 3,254 16 1.91 0.1 Flue gas volume total (m3/GJ) 360 444 279 276 272
Қалдықтар
Көмірді жағумен байланысты тағы бір мәселе – халық денсаулығына елеулі зиян келтіретін бөлшектердің шығарылуы. Электр станциялары, түтін газынан бөлшектерді сауытты сүзгілер немесе электростатикалық тұндырғыштарды қолдану арқылы тазартуды жүзеге асырады. Көмірді жасайтын бірнеше жаңа станциялар басқа технологияны пайдаланады – Интегралдық газдандырудың біріктірілген циклі, онда көмір мен судың арасындағы реакция нәтижесінде синтез газы алынады. Синтез газы көбінесе зиянды заттарды жою үшін өңделіп, бастапқыда газ турбиналарын қуаттандыруға қолданылады. Содан кейін газ турбиналарынан шығатын ыстық газдар бу турбинасын іске қосу үшін бу жасауға пайдаланылады. Мұндай станциялардағы ластану деңгейі дәстүрлі көмірлік электр станцияларымен салыстырғанда айтарлықтай төмен. Көмірді жағудан пайда болатын бөлшектер зиянды және денсаулыққа кері әсер етеді. Зерттеулер көрсеткендей, бөлшектерге ұшырау тыныс және жүрек-қан тамырлары ауруларынан болатын өлім-жітімнің өсуімен байланысты. Бөлшектер өкпедегі кішкентай жолдарды тітіркендіруі мүмкін, бұл астма, созылмалы бронхит, тыныс жолдарының кедергісі және газ алмасуымен байланысты проблемаларды күшейтеді. Көмірдің ұшқын күлі – көмірдің жануынан кейін қалған қалдық, ол көмірде кездесетін жанбайтын материалдардан тұрады. Бұл бөлшектердің өлшемі мен химиялық құрамы адам денсаулығына тигізетін әсерге әсер етеді.
Another problem related to coal combustion is the emission of particulates that have a serious impact on public health. Power plants remove particulate from the flue gas with the use of a bag house or electrostatic precipitator. Several newer plants that burn coal use a different process, Integrated Gasification Combined Cycle in which synthesis gas is made out of a reaction between coal and water. The synthesis gas is processed to remove most pollutants and then used initially to power gas turbines. Then the hot exhaust gases from the gas turbines are used to generate steam to power a steam turbine. The pollution levels of such plants are drastically lower than those of "classic" coal power plants. Particulate matter from coal fired plants can be harmful and have negative health impacts. Studies have shown that exposure to particulate matter is related to an increase of respiratory and cardiac mortality. Particulate matter can irritate small airways in the lungs, which can lead to increased problems with asthma, chronic bronchitis, airway obstruction, and gas exchange. Coal fly ash is what remains after the coal has been combusted, so it consists of the incombustible materials that are found in the coal. The size and chemical composition of these particles affects the impacts on human health.
Қалдық су
Қазба отынмен жұмыс істейтін электр станциялары, әсіресе көмірмен жұмыс істейтін станциялар, өнеркәсіптік сарсудың маңызды көзі болып табылады. Сарсу ағындарына түтін газын күкіртсіздендіру, ұшқыш күл, түпкі күл және түтін газындағы сынапты бақылау жүйелері кіреді. Ауа ластануын бақылау жүйелері бар станциялар, мысалы, ылғалды тазалағыштар, әдетте ұсталған ластаушы заттарды сарсуға жібереді.
Fossil fuel power stations, particularly coal fired plants, are a major source of industrial wastewater. Wastewater streams include flue gas desulfurization, fly ash, bottom ash and flue gas mercury control. Plants with air pollution controls such as wet scrubbers typically transfer the captured pollutants to the wastewater stream.
Радиоактивті микроэлементтер
Көмір – негізінен жинақталған өсімдік материалдарынан түзілген шөгінді тау жынысы, және оның құрамында көптеген бейорганикалық минералдар мен элементтер бар, олар оның пайда болуы кезінде органикалық материалмен бірге жиналған. Жер қыртысының қалған бөлігі сияқты, көмірде де уран, торий және басқа да табиғи радиоактивті изотоптардың аз мөлшердесі бар, олардың қоршаған ортаға шығарылуы радиоактивті ластануға алып келеді. Бұл заттар өте аз мөлшердегі қоспалар түрінде кездеседі, бірақ күйдірілетін көмірдің мөлшері жеткілікті болғандықтан, осы заттардың айтарлықтай мөлшері шығарылады. 1000 МВт көмірмен жұмыс істейтін электр станциясы жылына 5,2 тонна уранды (ішінде уран-235 бар) және 12,8 тонна торийді бақылаусыз шығаруы мүмкін. Қарама-қарсылығы, 1000 МВт ядролық электр станциясы жылына шамамен 30 тонна жоғары деңгейлі радиоактивті қатты қалдықтарды өндіреді. 1982 жылы АҚШ-тағы көмірді жағу, Три Майл Айленд оқиғасымен салыстырғанда, атмосфераға 155 есе көп бақылаусыз радиоактивтілікті шығарды деп есептеледі. 1937 жылдан 2040 жылға дейінгі кезеңде әлем бойынша көмірді жағу нәтижесінде туындаған жалпы радиоактивтілік 2,700,000 кюри немесе 0,101 EBq құрайды деп бағаланады, бұл көрсеткіш бір ғасыр ішінде жағылған барлық көмірдің жалпы шығарындыларынан бір рет артық, ал авариялық жағдайларда шығатын негізгі радиоактивті зат – йод-131-дің жартылай ыдырау периоды бар болғаны 8 күнге солады.
Coal is a sedimentary rock formed primarily from accumulated plant matter, and it includes many inorganic minerals and elements which were deposited along with organic material during its formation. As the rest of the Earth's crust, coal also contains low levels of uranium, thorium, and other naturally occurring radioactive isotopes whose release into the environment leads to radioactive contamination. While these substances are present as very small trace impurities, enough coal is burned that significant amounts of these substances are released. A 1,000 MW coal burning power plant could have an uncontrolled release of as much as 5.2 metric tons per year of uranium (containing of uranium 235) and 12.8 metric tons per year of thorium. In comparison, a 1,000 MW nuclear plant will generate about 30 metric tons of high level radioactive solid packed waste per year. It is estimated that during 1982, US coal burning released 155 times as much uncontrolled radioactivity into the atmosphere as the Three Mile Island incident. The collective radioactivity resulting from all coal burning worldwide between 1937 and 2040 is estimated to be 2,700,000 curies or 0.101 EBq. of radioactivity, a value one order of magnitude above this value for total emissions from all coal burned within a century, while the iodine 131, the major radioactive substance which comes out in accident situations, has a half life of just 8 days.
Көмір күлінің су мен ауаны ластауы
2010 жылы тамызда Environmental Integrity Project, Sierra Club және Earthjustice ұйымдары АҚШ-тың мемлекеттік ластану деректерін зерттеген зерттеуде, АҚШ-тың 21 штатындағы полигондарға төгілген көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларының көмір күлі жер асты суларын уытты элементтермен ластағанын анықтады. Ластағыштардың ішінде улы заттар – мырыш және қорғасын бар. Зерттеу, АҚШ-та көмір күлінен туындаған судың ластану мәселесі бұрынғы есептерден де кеңірек екенін көрсетті. Зерттеу нәтижесінде АҚШ-та электр станцияларының көмір күлінен ластанған жер асты суларының саны 137-ге жетті. Арсен тері, несеп қуығы және өкпе қатерлі ісіктеріне себеп болатыны, ал қорғасын – жүйке жүйесіне зиян келтіретіні дәлелденді. Көмір күлінің ластағыштары тыныс алу ауруларымен және басқа да денсаулық және даму проблемаларымен байланысты, сондай-ақ жергілікті су экосистемасын бұзды.
A study released in August 2010 that examined state pollution data in the United States by the organizations Environmental Integrity Project, the Sierra Club and Earthjustice found that coal ash produced by coal fired power plants dumped at sites across 21 U. S. states has contaminated ground water with toxic elements. The contaminants including the poisons arsenic and lead. The study concluded that the problem of coal ash caused water contamination is even more extensive in the United States than has been estimated. The study brought to 137 the number of ground water sites across the United States that are contaminated by power plant produced coal ash. Arsenic has been shown to cause skin cancer, bladder cancer and lung cancer, and lead damages the nervous system. Coal ash contaminants are also linked to respiratory diseases and other health and developmental problems, and have disrupted local aquatic life.
Көмірмен ластануды азайту
Көмірден туындаған ластануды азайту – көмірді минералдар мен қоспалардан химиялық түрде тазарту, кейде газдандыру, жағу және түтін газдарын бумен өңдеу арқылы күкірт диоксидін жою мақсатында, содан кейін түтін газындағы көмірқышқыл газын экономикалық тұрғыдан қайта өңдеуге және жер астына сақтауға мүмкіндік беру үшін қайта жағу (соңғысы "көміртегіді ұстау және сақтау" деп аталады). Көмір өнеркәсібі "таза көмір" терминін көмірді өндіру, дайындау және пайдалану тиімділігін және экологиялық қабылдауын арттыруға бағытталған технологияларды сипаттау үшін қолданады, бірақ ешқандай шығарындыларға, әсіресе көмірқышқыл газына нақты сандық шектеулер белгілемеген. Көмірден күкірт немесе сынап сияқты ластаушы заттарды жоюға болады, бірақ пайдалы отын қалдырып, көмірді тиімді түрде жою мүмкін емес. Көміртегіді ұстап алу және сақтаусыз "таза көмір" станциялары көмірқышқыл газының шығарылуын айтарлықтай азайта алмайды. Джеймс Хансен АҚШ президенті Барак Обамаға жолдаған ашық хатында көмір станцияларын тоқтатуға және оларды жабуға шақырды. Өзінің "Немерелерімнің дауылдары" кітабында Хансен өзінің Басқару туралы жарияламасын талқылайды, оның бірінші қағидасы көмірлі электр станцияларына көмірқышқыл газын ұстап алып, сақтамайтын станцияларға мораторий салуды талап етеді.
Coal pollution mitigation is a process whereby coal is chemically washed of minerals and impurities, sometimes gasified, burned and the resulting flue gases treated with steam, with the purpose of removing sulfur dioxide, and reburned so as to make the carbon dioxide in the flue gas economically recoverable, and storable underground (the latter of which is called "carbon capture and storage"). The coal industry uses the term "clean coal" to describe technologies designed to enhance both the efficiency and the environmental acceptability of coal extraction, preparation and use, but has provided no specific quantitative limits on any emissions, particularly carbon dioxide. Whereas contaminants like sulfur or mercury can be removed from coal, carbon cannot be effectively removed while still leaving a usable fuel, and clean coal plants without carbon sequestration and storage do not significantly reduce carbon dioxide emissions. James Hansen in an open letter to then U. S. President Barack Obama advocated a "moratorium and phase out of coal plants that do not capture and store CO2". In his book Storms of My Grandchildren, similarly, Hansen discusses his Declaration of Stewardship, the first principle of which requires "a moratorium on coal fired power plants that do not capture and sequester carbon dioxide".
Электр станциясының табиғи газдан алынған сутектен жұмыс істеуі
Газбен жұмыс істейтін электр станцияларын сутегімен жұмыс істеуге бейімдеуге болады. Сутегіні бастапқыда табиғи газдан бу арқылы қайта өңдеу арқылы алуға болады, бұл сутегі экономикасына қадам ретінде көміртегі шығарындыларын азайтуға көмектеседі. 2013 жылдан бері Карлсруэ сұйық металл зертханасының (KALLA) ғалымдары метан пиролизі деп аталатын әдіс арқылы конверсия процесін жақсартты. Олар күйені оңай алып тастауға қол жеткізді (күйе – процестің қосалқы өнімі және бұрынғыда жұмыс істейтін бөліктерге, әсіресе никель-темір-кобальт катализаторына зиян келтіретін). Күйе (көміртегін қамтитын) жер астына сақталады және атмосфераға шығарылмайды.
Gas fired power plants can also be modified to run on hydrogen. Hydrogen can at first be created from natural gas through steam reforming, as a step towards a hydrogen economy, thus eventually reducing carbon emissions. Since 2013, the conversion process has been improved by scientists at Karlsruhe Liquid metal Laboratory (KALLA), using a process called methane pyrolysis. They succeeded in allowing the soot to be easily removed (soot is a byproduct of the process and damaged the working parts in the past most notably the nickel iron cobaltcatalyst ). The soot (which contains the carbon) can then be stored underground and is not released into the atmosphere.
Қазба отынмен жұмыс істейтін электр стансаларын тоқтату
2019 жылы, егер жаңа қатты отынмен жұмыс істейтін электр станциялары салынбаса және қолданыстағы кейбір қатты отынмен жұмыс істейтін электр станциялары мерзімінен бұрын жабылып, орманды қайта өсіру сияқты басқа да шаралар қолданылса, жаһандық жылуды 1,5°C-тан төмен ұстау мүмкіндігі сақталады. Қатты отынмен жұмыс істейтін электр станцияларына балама ретінде ядролық энергия, күн энергиясы, геотермальдық энергия, жел энергиясы, су энергиясы, биомассалық электр станциялары және басқа да жаңаруға болатын энергия көздері қарастырылады (көміртегісіз экономикаға қараңыз). Олардың көпшілігі өнеркәсіптік деңгейде сынақтан өткен технологиялар, ал қалғандары әлі прототиптік нұсқада. Кейбір елдер электр энергиясын өндіруге кеткен шығындарды ғана есепке алады, көміртегінің әлеуметтік салдары мен көмірді жағу нәтижесінде пайда болатын көптеген зиянды заттарға байланысты туындайтын жанама шығындарды ескермейді (мысалы, ұсақ түтін бөлшектерінен туындаған тыныс алу ауруларынан ауруханаға түсу көрсеткішінің артуы).
as of 2019 there is still a chance of keeping global warming below 1.5 °C if no more fossil fuel power plants are built and some existing fossil fuel power plants are shut down early, together with other measures such as reforestation. Alternatives to fossil fuel power plants include nuclear power, solar power, geothermal power, wind power, hydropower, biomass power plants and other renewable energies (see non carbon economy). Most of these are proven technologies on an industrial scale, but others are still in prototype form. Some countries only include the cost to produce the electrical energy, and do not take into account the social cost of carbon or the indirect costs associated with the many pollutants created by burning coal (e. g. increased hospital admissions due to respiratory diseases caused by fine smoke particles).